對我國CNG加氣站相關設計規(guī)范的建議

摘 要

摘要：分析了CNG加氣站相關設計規(guī)范中存在的問題，提出了相應建議，以供今后修訂這些規(guī)范時參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。關鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設計規(guī)范；
摘要：分析了CNG加氣站相關設計規(guī)范中存在的問題，提出了相應建議，以供今后修訂這些規(guī)范時參考，使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。
關鍵詞：壓縮天然氣；加氣站；設計規(guī)范；水露點；水含量；H2S含量；脫硫
Suggestions on Relevant Design Codes for CNG Filling Stations in China
WANG Hong-xia，HE Ming，YANG Li，LI Na，WANG Yu-dong
Abstract：The problems existing in the relevant design codes for CNG filling stations in China are analyzed，and the corresponding suggestions are proposed to provide reference for future modification of these codes，to make the concrete items operable and to be compliance with the actual situation.
Key words：compressed natural gas；gas filling station；design code；water dew point；water content：H2S content；desulfurization
    隨著我國西氣東輸、陜京線等大型輸氣管道的建成投產，城鎮(zhèn)CNG加氣站以其良好的環(huán)境、社會和經濟效益得以迅速發(fā)展。據不完全統(tǒng)計，2003年—2007年，燃氣汽車從17.58×104輛增加到31.58×104輛，加氣站由293座增加到537座[1]。與此相應，CNG加氣站的相關設計規(guī)范也日趨完善。但是我們在加氣站的設計過程中，感到相關規(guī)范中仍有一些值得商榷之處。
1 加氣站規(guī)模
    目前，CNG加氣站常用規(guī)范有GB 50156—2002《汽車加油加氣站設計與施工驗收規(guī)范》和GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》。這些設計規(guī)范對各種加氣站的設計規(guī)模按何要求進行分級并不統(tǒng)一或不明確，從而導致有關設計人員無所適從。
    例如：在GB 50156—2002《汽車加油加氣站設計與施工驗收規(guī)范》中只是對城鎮(zhèn)建成區(qū)建設的CNG加氣站儲氣設施總容積作出了規(guī)定。在GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》的壓縮天然氣加氣站條款中對加氣站的規(guī)模劃分也沒有作出明確規(guī)定。
    目前，在CNG加氣站的建設中，加氣母站設計大多執(zhí)行GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》的相關規(guī)定。但是，由于國內的加氣母站加氣規(guī)模越來越大，故其規(guī)模如何劃分一直是有關設計人員非常關注的一個問題。而標準站和加氣子站設計則執(zhí)行GB 50156—2002《汽車加油加氣站設計與施工驗收規(guī)范》的相關規(guī)定，安裝方面沒有詳細的規(guī)定。因此，建議今后在修訂這些標準時，將其相關內容統(tǒng)一，并對包括母站在內的天然氣加氣站規(guī)模劃分以及其他方面給出明確規(guī)定。
    GB 50156—2002《汽車加油加氣站設計與施工驗收規(guī)范》中規(guī)定：CNG加氣子站儲氣設施總容積應小于等于18m3。在其條文解釋中說明，加氣子站儲氣設施包括車載儲氣瓶和站內儲氣瓶(儲氣井)。但是，這只能對采用液壓槽車的加氣子站適用，而對于一般氣瓶車不適用。這是因為一般氣瓶車的儲氣容積通常已為18m3，此時站內就不能再設置儲氣設施，這樣就無法保證加氣子站高、中、低壓儲氣容積的合理比例，勢必會影響加氣速度，無法保證加氣子站經濟運行。
    建議今后在修訂這些規(guī)范時應統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級依據，并取消那些與實際情況不符的條款。
2 壓縮天然氣氣質監(jiān)控
    用作汽車燃料的壓縮天然氣因其儲存壓力高達20～25MPa，組成中又含有微量水分和硫化氫，故其氣質既是質量指標，也是安全指標，必須嚴格按照國家標準GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》規(guī)定的技術指標和測定方法進行監(jiān)控。但是，目前國內加氣站的實際情況并非完全如此。
2.1 水露點
    天然氣水露點(或水含量)的主要測定方法見表1[2]。
表1 天然氣中水露點(或水含量)的主要測定方法
分類
具體方法
執(zhí)行標準
測定水含量的絕對法
稱量法
ISO/DIS 11541:1997
卡爾費休法
GB/T 18619.1—2002，ISO 10101—1:1993
電解法
SY/T 7507—1997
紅外法
—
測定水含量的相對法
色譜法
—
濕度計法：電容法、壓電法、電導法、光學法
—
測定水露點的絕對法
冷卻鏡面法
GB/T 17283—1998，ISO 6327:1981
   其中，冷卻鏡面凝析濕度計法(簡稱冷卻鏡面法)、卡爾費休法、電解法等我國已有國家或行業(yè)標準，屬于非在線分析法。此外，在線分析儀器也已在我國應用，一般為電容式、電導式：光學式等分析方法，即將探頭直接安裝在管道上，連續(xù)測定天然氣的水含量。但是，天然氣中水含量在線儀器分析方法目前在國內外均無標準可依。
與其他方法相比，冷卻鏡面法的特點是：①我國制定的標準等效采用國際標準(ISO 6327)，此標準精度較高，測量范圍寬，檢測下限低。②該法為表1中唯一在取樣工況下直接測定天然氣水露點的方法，故既不需要在線儀器將其探頭產生的模擬信號轉換為天然氣的相應水含量，也不需要將低壓下測定的水含量換算為相應的水露點，因而不確定度小。③在規(guī)定的測量范圍內，采用自動測定儀時水露點的準確度在±1℃；采用手動裝置測定時，大多數情況下可獲得±2℃的準確度。④儀器購置費、檢測材料費較貴，測定時間較長，需要采取措施防止氣樣中干擾雜質(如固體顆粒、油污、甲醇等)引起測定誤差。   
由此可知，雖然冷卻鏡面法檢測成本較高，操作也較復雜，但是它具有其他分析方法無法比擬的上述特點，因而GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》在規(guī)定水露點指標的同時，在第4.7條明確指出水露點測定應按GB/T 17283—1998《天然氣水露點的測定冷卻鏡面凝析濕度計法》執(zhí)行，而且“正常生產時，必須定期對產品水露點進行檢驗，以確保壓縮天然氣中不存在液態(tài)水”[3]。
    但是由于種種原因，國內很多加氣站并未執(zhí)行這些嚴格而明確的規(guī)定。有的采用在線儀器或采用電解法(SY/T 7546—1996《汽車用壓縮天然氣》中規(guī)定的測定方法)進行檢測，有的則無檢測設施。
    在線儀器雖然可以自動、連續(xù)測定天然氣的水含量，但無標準可依。電解法因其在低壓下測定，氣樣中的水分可能在減壓時被吸附或凝析，致使測定的水含量偏低。而且，二者均需將測定到的水含量換算為相應的水露點，這就增加了測定結果的不確定度。因此，隨著GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》取代SY/T 7546—1996《汽車用壓縮天然氣》后，后者規(guī)定采用的SY/T 7507《電解法測定天然氣中水含量》分析方法也就不再引用。
    雖然在線儀器和電解法檢測成本低，操作比較簡便，但是由于其測定的水含量準確度無法監(jiān)控，再加上一些加氣站的脫水裝置操作時有失誤，因而導致壓縮天然氣的水露點大大超過GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》的規(guī)定，致使車載氣瓶內常有液態(tài)水出現。
    近幾年，國內一些城市如長春、成都等開始關注加氣站的水露點(或水含量)檢測問題，規(guī)定CNG加氣站每天對外公布其水露點(或水含量)，并定期對加氣站的水露點(或水含量)進行檢測，發(fā)現問題及時整改，保證CNG加氣站的安全運行。為此，建議今后修訂加氣站設計規(guī)范時也邀請制定《車用壓縮天然氣》標準的人員參加，共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現場實際的方案。例如，規(guī)定各個加氣站必須在站內對其壓縮天然氣產品的水露點(或水含量)進行檢測，分析方法可以自選，但前提是未選用冷卻鏡面法的加氣站必須定期請當地質監(jiān)部門在現場采用冷卻鏡面法進行檢測。
2.2 硫化氫
    美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)認為，天然氣中可導致壓力容器出現氫脆的H2S濃度與氣體壓力有關，氣體儲存壓力越大，不發(fā)生氫脆的H2S最高容許體積分數就越低[4]。
    目前，我國天然氣輸送管道中的商品天然氣均按GB 17820—1999《天然氣》中規(guī)定的二類氣質技術指標生產，其H2S質量濃度不大于20mg/m3。
    但是，對于車用壓縮天然氣來說，在車載氣瓶的最高工作壓力為20MPa的條件下，不發(fā)生氫脆的硫化氫最高容許體積分數約為15×10-6，而在儲氣井的最高工作壓力為25MPa的條件下，不發(fā)生氫脆的硫化氫最高容許體積分數為12×10-6[5]。因此，GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》規(guī)定該氣體的硫化氫質量濃度不大于15mg/m3，其相應的體積分數約10×10-6。如果嚴格執(zhí)行該規(guī)定，那么加氣站儲氣設施的氫脆可以避免。
    據了解，目前我國正在運行的陜京線、陜京二線及西氣東輸管道的商品天然氣中H2S含量大都達到GB 17820—1999《天然氣》中一類氣質標準(即H2S質量濃度不大于6mg/m3，相應的體積分數約4×10-6)。正在施工的西氣東輸二線、川氣東送和正在規(guī)劃的陜京三線、西氣東輸三線也都要求其輸送的商品天然氣符合GB 17820—1999《天然氣》中一類氣質標準。但是，這并不表示所有進入城鎮(zhèn)管網的商品天然氣都已達到這一指標。
    設計中，應確切了解來氣中的H2S含量及其變化規(guī)律，并據此確定在加氣站內是否需要脫硫。否則，壓縮天然氣中的H2S含量就可能超標。據統(tǒng)計，目前有相當一部分加氣站的壓縮天然氣中硫化氫體積分數超過了15×10-6，具有很大的危險性。
    因此，建議今后修訂這些標準時在有關條款中強調應根據原料氣中H2S含量來確定加氣站是否需要設置脫硫設施。
    此外，對于原料天然氣需要脫硫的加氣站，GB 18047—2000《車用壓縮天然氣》還規(guī)定了“天然氣中硫化氫的含量的測定應按GB 11060.1—1998《天然氣中硫化氫含量測定碘量法》執(zhí)行”。但是，如同上述水露點檢測情況那樣，也有不少加氣站沒有選用碘量法，個別加氣站甚至沒有檢測設施，因而也給加氣站的生產和安全帶來莫大的隱患。為此，建議今后修訂加氣站設計規(guī)范時也邀請制定《車用壓縮天然氣》標準的人員參加，對此問題共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現場實際的方案。
3 結論
    ① 建議今后在修訂加氣站設計標準時應統(tǒng)一加氣站規(guī)模分級依據，并使規(guī)范的具體條款具有可操作性，與實際情況相符合。
    ② 建議今后修訂加氣站設計標準時在相關條款中強調應根據原料氣中H2S含量來確定加氣站是否需要設置脫硫設施。
    ③ 建議今后修訂加氣站設計規(guī)范時邀請制定《車用壓縮天然氣》標準的人員參加，共同擬定一個既符合規(guī)范原則又兼顧現場實際的壓縮天然氣產品水露點(或水含量)和硫化氫含量的檢測方案。
參考文獻：
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[2] 陳賡良.測定水蒸汽含量水露點的方法與儀器[J].石油儀器，2000，14(4)：43-46.
[3] 劉云霞.車用CNG鋼瓶產生裂紋的原因及預防措施[J].煤氣與熱力，2008，28(4)：B25-B27.
[4] 劉永志，彭曉春.四川省及重慶市CNG汽車及加氣站發(fā)展回顧[J].煤氣與熱力，2007，27(6)：21-25.
[5] 朱清澄，黃海波，何太碧.CNG加氣站幾個安全技術問題[J].西華大學學報(自然科學版)，2006，25(1)：50-52.
 
(本文作者：王紅霞1 何明2 楊莉1 李娜1 王遇冬1 1.西安長慶科技工程有限責任公司 陜西西安 710018；2.中國石油西南油氣田公司 四川成都 610081)