对我国CNG加气站相关设计规范的建议_工程实践

摘要

摘要：分析了CNG加气站相关设计规范中存在的问题，提出了相应建议，以供今后修订这些规范时参考，使规范的具体条款具有可操作性，与实际情况相符合。关键词：压缩天然气；加气站；设计规范；

摘要：分析了CNG加气站相关设计规范中存在的问题，提出了相应建议，以供今后修订这些规范时参考，使规范的具体条款具有可操作性，与实际情况相符合。

关键词：压缩天然气；加气站；设计规范；水露点；水含量；H₂S含量；脱硫

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

随着我国西气东输、陕京线等大型输气管道的建成投产，城镇CNG加气站以其良好的环境、社会和经济效益得以迅速发展。据不完全统计，2003年—2007年，燃气汽车从17.58×10⁴辆增加到31.58×10⁴辆，加气站由293座增加到537座^[1]。与此相应，CNG加气站的相关设计规范也日趋完善。但是我们在加气站的设计过程中，感到相关规范中仍有一些值得商榷之处。

1 加气站规模

目前，CNG加气站常用规范有GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工验收规范》和GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》。这些设计规范对各种加气站的设计规模按何要求进行分级并不统一或不明确，从而导致有关设计人员无所适从。

例如：在GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工验收规范》中只是对城镇建成区建设的CNG加气站储气设施总容积作出了规定。在GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的压缩天然气加气站条款中对加气站的规模划分也没有作出明确规定。

目前，在CNG加气站的建设中，加气母站设计大多执行GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的相关规定。但是，由于国内的加气母站加气规模越来越大，故其规模如何划分一直是有关设计人员非常关注的一个问题。而标准站和加气子站设计则执行GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工验收规范》的相关规定，安装方面没有详细的规定。因此，建议今后在修订这些标准时，将其相关内容统一，并对包括母站在内的天然气加气站规模划分以及其他方面给出明确规定。

GB 50156—2002《汽车加油加气站设计与施工验收规范》中规定：CNG加气子站储气设施总容积应小于等于18m³。在其条文解释中说明，加气子站储气设施包括车载储气瓶和站内储气瓶(储气井)。但是，这只能对采用液压槽车的加气子站适用，而对于一般气瓶车不适用。这是因为一般气瓶车的储气容积通常已为18m³，此时站内就不能再设置储气设施，这样就无法保证加气子站高、中、低压储气容积的合理比例，势必会影响加气速度，无法保证加气子站经济运行。

建议今后在修订这些规范时应统一加气站规模分级依据，并取消那些与实际情况不符的条款。

2 压缩天然气气质监控

用作汽车燃料的压缩天然气因其储存压力高达20～25MPa，组成中又含有微量水分和硫化氢，故其气质既是质量指标，也是安全指标，必须严格按照国家标准GB 18047—2000《车用压缩天然气》规定的技术指标和测定方法进行监控。但是，目前国内加气站的实际情况并非完全如此。

2.1 水露点

天然气水露点(或水含量)的主要测定方法见表1^[2]。

表1 天然气中水露点(或水含量)的主要测定方法

分类	具体方法	执行标准
测定水含量的绝对法	称量法	ISO/DIS 11541:1997
	卡尔费休法	GB/T 18619.1—2002，ISO 10101—1:1993
	电解法	SY/T 7507—1997
	红外法	—
测定水含量的相对法	色谱法	—
测定水含量的相对法	湿度计法：电容法、压电法、电导法、光学法	—
测定水露点的绝对法	冷却镜面法	GB/T 17283—1998，ISO 6327:1981

其中，冷却镜面凝析湿度计法(简称冷却镜面法)、卡尔费休法、电解法等我国已有国家或行业标准，属于非在线分析法。此外，在线分析仪器也已在我国应用，一般为电容式、电导式：光学式等分析方法，即将探头直接安装在管道上，连续测定天然气的水含量。但是，天然气中水含量在线仪器分析方法目前在国内外均无标准可依。

与其他方法相比，冷却镜面法的特点是：①我国制定的标准等效采用国际标准(ISO 6327)，此标准精度较高，测量范围宽，检测下限低。②该法为表1中唯一在取样工况下直接测定天然气水露点的方法，故既不需要在线仪器将其探头产生的模拟信号转换为天然气的相应水含量，也不需要将低压下测定的水含量换算为相应的水露点，因而不确定度小。③在规定的测量范围内，采用自动测定仪时水露点的准确度在±1℃；采用手动装置测定时，大多数情况下可获得±2℃的准确度。④仪器购置费、检测材料费较贵，测定时间较长，需要采取措施防止气样中干扰杂质(如固体颗粒、油污、甲醇等)引起测定误差。

由此可知，虽然冷却镜面法检测成本较高，操作也较复杂，但是它具有其他分析方法无法比拟的上述特点，因而GB 18047—2000《车用压缩天然气》在规定水露点指标的同时，在第4.7条明确指出水露点测定应按GB/T 17283—1998《天然气水露点的测定冷却镜面凝析湿度计法》执行，而且“正常生产时，必须定期对产品水露点进行检验，以确保压缩天然气中不存在液态水”^[3]。

但是由于种种原因，国内很多加气站并未执行这些严格而明确的规定。有的采用在线仪器或采用电解法(SY/T 7546—1996《汽车用压缩天然气》中规定的测定方法)进行检测，有的则无检测设施。

在线仪器虽然可以自动、连续测定天然气的水含量，但无标准可依。电解法因其在低压下测定，气样中的水分可能在减压时被吸附或凝析，致使测定的水含量偏低。而且，二者均需将测定到的水含量换算为相应的水露点，这就增加了测定结果的不确定度。因此，随着GB 18047—2000《车用压缩天然气》取代SY/T 7546—1996《汽车用压缩天然气》后，后者规定采用的SY/T 7507《电解法测定天然气中水含量》分析方法也就不再引用。

虽然在线仪器和电解法检测成本低，操作比较简便，但是由于其测定的水含量准确度无法监控，再加上一些加气站的脱水装置操作时有失误，因而导致压缩天然气的水露点大大超过GB 18047—2000《车用压缩天然气》的规定，致使车载气瓶内常有液态水出现。

近几年，国内一些城市如长春、成都等开始关注加气站的水露点(或水含量)检测问题，规定CNG加气站每天对外公布其水露点(或水含量)，并定期对加气站的水露点(或水含量)进行检测，发现问题及时整改，保证CNG加气站的安全运行。为此，建议今后修订加气站设计规范时也邀请制定《车用压缩天然气》标准的人员参加，共同拟定一个既符合规范原则又兼顾现场实际的方案。例如，规定各个加气站必须在站内对其压缩天然气产品的水露点(或水含量)进行检测，分析方法可以自选，但前提是未选用冷却镜面法的加气站必须定期请当地质监部门在现场采用冷却镜面法进行检测。

2.2 硫化氢

美国腐蚀工程师协会(NACE)认为，天然气中可导致压力容器出现氢脆的H₂S浓度与气体压力有关，气体储存压力越大，不发生氢脆的H₂S最高容许体积分数就越低^[4]。

目前，我国天然气输送管道中的商品天然气均按GB 17820—1999《天然气》中规定的二类气质技术指标生产，其H₂S质量浓度不大于20mg/m³。

但是，对于车用压缩天然气来说，在车载气瓶的最高工作压力为20MPa的条件下，不发生氢脆的硫化氢最高容许体积分数约为15×10^-6，而在储气井的最高工作压力为25MPa的条件下，不发生氢脆的硫化氢最高容许体积分数为12×10^-6[5]。因此，GB 18047—2000《车用压缩天然气》规定该气体的硫化氢质量浓度不大于15mg/m³，其相应的体积分数约10×10^-6。如果严格执行该规定，那么加气站储气设施的氢脆可以避免。

据了解，目前我国正在运行的陕京线、陕京二线及西气东输管道的商品天然气中H₂S含量大都达到GB 17820—1999《天然气》中一类气质标准(即H₂S质量浓度不大于6mg/m³，相应的体积分数约4×10^-6)。正在施工的西气东输二线、川气东送和正在规划的陕京三线、西气东输三线也都要求其输送的商品天然气符合GB 17820—1999《天然气》中一类气质标准。但是，这并不表示所有进入城镇管网的商品天然气都已达到这一指标。

设计中，应确切了解来气中的H₂S含量及其变化规律，并据此确定在加气站内是否需要脱硫。否则，压缩天然气中的H₂S含量就可能超标。据统计，目前有相当一部分加气站的压缩天然气中硫化氢体积分数超过了15×10^-6，具有很大的危险性。

因此，建议今后修订这些标准时在有关条款中强调应根据原料气中H₂S含量来确定加气站是否需要设置脱硫设施。

此外，对于原料天然气需要脱硫的加气站，GB 18047—2000《车用压缩天然气》还规定了“天然气中硫化氢的含量的测定应按GB 11060.1—1998《天然气中硫化氢含量测定碘量法》执行”。但是，如同上述水露点检测情况那样，也有不少加气站没有选用碘量法，个别加气站甚至没有检测设施，因而也给加气站的生产和安全带来莫大的隐患。为此，建议今后修订加气站设计规范时也邀请制定《车用压缩天然气》标准的人员参加，对此问题共同拟定一个既符合规范原则又兼顾现场实际的方案。

3 结论

① 建议今后在修订加气站设计标准时应统一加气站规模分级依据，并使规范的具体条款具有可操作性，与实际情况相符合。

② 建议今后修订加气站设计标准时在相关条款中强调应根据原料气中H₂S含量来确定加气站是否需要设置脱硫设施。

③ 建议今后修订加气站设计规范时邀请制定《车用压缩天然气》标准的人员参加，共同拟定一个既符合规范原则又兼顾现场实际的压缩天然气产品水露点(或水含量)和硫化氢含量的检测方案。

参考文献：

[1] 何太碧，黄海波，谭金会，等.城际间CNG汽车加气站选址布局研究[J].天然气工业，2009，29(4)：99-101.

[2] 陈赓良.测定水蒸汽含量水露点的方法与仪器[J].石油仪器，2000，14(4)：43-46.

[3] 刘云霞.车用CNG钢瓶产生裂纹的原因及预防措施[J].煤气与热力，2008，28(4)：B25-B27.

[4] 刘永志，彭晓春.四川省及重庆市CNG汽车及加气站发展回顾[J].煤气与热力，2007，27(6)：21-25.

[5] 朱清澄，黄海波，何太碧.CNG加气站几个安全技术问题[J].西华大学学报(自然科学版)，2006，25(1)：50-52.

(本文作者：王红霞¹ 何明² 杨莉¹ 李娜¹ 王遇冬¹ 1.西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安 710018；2.中国石油西南油气田公司四川成都 610081)