CNG加氣站儲氣設(shè)施使用儲氣瓶組或儲氣井的利弊分析

摘要：CNG加氣站的建設(shè)中設(shè)置儲氣設(shè)備對于提高加氣站的充裝效率，降低加氣站的運營成本，提高加氣站充裝安全性都起到非常重要的作用。而目前加氣站的儲氣設(shè)備主要有兩種方式，儲氣井和儲氣瓶組（按照固定式壓力容器設(shè)計制造）。通過分析設(shè)置儲氣井或儲氣瓶組的必要性，及兩種儲氣方式在建設(shè)成本、檢修檢驗成本、安全性三個方面優(yōu)劣勢，為加氣站選擇恰當?shù)膬夥绞教峁┮恍┙梃b經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：CNG加氣站，儲氣井，儲氣瓶組，經(jīng)濟性，安全性。

中圖分類號：TE97

作者簡介：李昱林（1984-1-20），男，漢族、甘肅慶陽人，工程師職稱，大學(xué)本科，主要從事特種設(shè)備檢驗，事故調(diào)查，鑒定評審，安全技術(shù)檢查等工作。聯(lián)系電話：15117070113

目前我國汽車保有量陡增，汽車尾氣排放所造成的環(huán)境問題十分嚴峻，取代傳統(tǒng)汽柴油燃料的清潔能源大量興起，其中車用CNG加氣站也隨之增多，本人從事的工作主要是特種設(shè)備許可鑒定評審工作，在過去的兩年時間內(nèi)，本省新增的CNG加氣站大量增加，在評審過程中也發(fā)現(xiàn)：車用CNG加氣站加氣工藝及設(shè)施中，儲氣設(shè)施主要有有儲氣井和儲氣瓶組（本文所指儲氣瓶組為按照固定式壓力容器設(shè)計制造的大容器高壓瓶式容器）兩種。這兩種方式在形式選擇上各有利弊，現(xiàn)分析如下：

一、加氣站設(shè)置儲氣井或者儲氣瓶組的必要性

最初的加氣站只有壓縮機組，沒有儲氣瓶組或者儲氣井，后來人們在實踐中發(fā)現(xiàn)給充裝系統(tǒng)配備相應(yīng)的儲氣井或者儲氣瓶組能夠改善充裝穩(wěn)定性和可靠性。另外，壓縮機的排氣量是有限的，通過存儲一定量的高壓天然氣能很大程度彌補壓縮機排氣量的不足。通過調(diào)整高中低壓三組儲氣瓶（儲氣井）的容積（一般是3：2：1），改善容積利用率，大大提高了充裝工作效率。當氣瓶組或儲氣井的壓力下降后再通過壓縮機給儲氣瓶組或儲氣井充氣，也可以減少壓縮機組的開啟頻率，延長壓縮機的使用壽命。儲氣瓶組或儲氣井作為儲氣設(shè)施也同時起到緩沖器的作用，可以降低壓縮機往復(fù)運動所產(chǎn)生的的脈沖氣流震動，減小管路系統(tǒng)的疲勞損傷，降低管路系統(tǒng)風(fēng)險隱患。

二、儲氣井的介紹

儲氣井是用于儲存天然氣的立井，由井口裝置，井筒，封頭組成，見圖1。井筒由多節(jié)套管組成，套管與套管在豎直方向用梯形螺紋連接，并用耐高壓的專用密封脂進行密封。套管最低部為井底密封頭，最上端為井口裝置。井筒與井壁之間的環(huán)形空間用油井水泥加以封固，井口裝置上安裝有控制閥件、排液裝置、壓力表并連通地面管道。

三、儲氣瓶組

目前大多數(shù)CNG加氣站的儲氣瓶組都是每個500L以上的大容器氣瓶，3-6個一組，按照固定式壓力容器設(shè)計制造，通過支撐架、高強度螺栓固定在固定板上。并安裝附屬管路與安全附件。屬撬裝式結(jié)構(gòu)，安裝方便。

四、兩種儲氣方式的優(yōu)劣勢對比

我們可以從經(jīng)濟性，安全性兩個方面對比兩種儲氣設(shè)施的優(yōu)劣。

1、經(jīng)濟性分析

①建設(shè)成本

加氣站無論是選擇儲氣井或者選擇瓶組作為儲氣設(shè)施，都需要考慮土地成本的問題。影響土地成本的主要因素為安全間距，《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》GB50156-2012中對于儲氣井和儲氣瓶組的安全間距有明確規(guī)定，儲氣井13-30m，儲氣瓶組18-50m，而儲氣井的安全距離起點為井口中心點，而儲氣瓶組則是外壁，這使得儲氣瓶組的安全間距又增加了一個氣瓶的長度，所以從占地面積上來說，儲氣瓶組的占地面積比儲氣井少30-50%。

從設(shè)備的采購，安裝及施工難度方面來說，儲氣井需要專業(yè)的有石油鉆井資質(zhì)的企業(yè)來安裝，從鉆井，井筒安裝，防腐，固井，到地面管線設(shè)施的安裝，整個過程的施工周期較長，而且儲氣井在安裝前還需要地質(zhì)勘探部門進行勘探，對于地質(zhì)結(jié)構(gòu)不符合《高壓氣地下儲氣井》SY/T6535-2002要求的場地，不能安裝儲氣井。地面儲氣瓶組則沒有以上問題，現(xiàn)在的大容積氣瓶組都是撬裝式整體到場，只需要現(xiàn)場就位安裝即可，施工難度小，周期短，且對地質(zhì)結(jié)構(gòu)沒有要求。如果出現(xiàn)地址變更，瓶組的拆裝運輸都非常方便，而儲氣井則不可能搬遷。所設(shè)備成本和安裝成本對比，儲氣瓶組都要少于儲氣井。

②維護檢驗成本

地下儲氣井作為固定式壓力容器，按照《壓力容器監(jiān)督檢驗規(guī)則》TSG R7004-20013附件3的要求，其安裝過程需要進行監(jiān)督檢驗，收取監(jiān)督檢驗費用，其定期檢驗依據(jù)《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》TSG 21-2016的要求在安全狀況等級較高的情況下可以定六年為一個檢驗周期，但本人從事特種設(shè)備檢驗檢查工作十余年，了解到，全國具備地下儲氣井定期檢驗資質(zhì)的檢驗機構(gòu)很少，需要提前預(yù)約檢驗，且檢驗機構(gòu)對在用的儲氣井的檢驗周期要求嚴格，通常都是三年一個周期，檢驗費用高。

CNG加氣站儲氣瓶按照固定式壓力容器或者氣瓶設(shè)計制造，均無需監(jiān)督檢驗，各省基本都具備檢驗氣瓶的資格，如果按照固定式壓力容器設(shè)計制造，定期檢驗依據(jù)《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》TSG 21-2016的要求根據(jù)安全狀況等級確定檢驗周期，一般為六年;如果按照氣瓶設(shè)計制造，定期檢驗依據(jù)《氣瓶安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R0006-2014的要求，檢驗周期為三年，目前絕大多數(shù)加氣站的儲氣瓶組按固定式壓力容器設(shè)計制造，檢驗周期長，檢驗費用低。

2安全性

儲氣瓶組的安全性比較主要表現(xiàn)在設(shè)備結(jié)構(gòu)因素，壓力因素，腐蝕因素，制造質(zhì)量因素四個方面

①設(shè)備結(jié)構(gòu)因素

儲氣井的結(jié)構(gòu)特點是承壓部分深埋于地下，不接觸明火，同時整個容器只有氣相進出口和排液口兩處開孔，漏點很少，儲氣井的安全保護裝置在地面發(fā)生火災(zāi)事故的同時可以有效阻斷儲氣井與外界火源的接觸，保證不會發(fā)生更嚴重的事故。但由于結(jié)構(gòu)原因，一旦發(fā)生泄漏很難發(fā)現(xiàn)，不便于泄漏處置，可能直接導(dǎo)致儲氣井報廢。

儲氣瓶組的結(jié)構(gòu)特點是地面固定式安裝，各個氣瓶之間的連接管路多，漏點較多，地面發(fā)生火災(zāi)容易受牽連并發(fā)生更嚴重的次生事故，但氣瓶組發(fā)生泄漏后，濃度報警裝置會立即作用，便于及時發(fā)現(xiàn)并進行泄漏處置和設(shè)備維修。

②壓力因素

儲氣井為高壓容器，由于深埋于地下，受外界環(huán)境溫度變化而引起的壓力變化較小，即使地面發(fā)生火災(zāi)，對儲氣井的壓力也不會有較大影響。

儲氣瓶組也是高壓容器，由于安裝與地面，受外界環(huán)境溫度影響而引起的壓力變化較大，特別是地面發(fā)生火災(zāi)事故可能導(dǎo)致瓶組壓力迅速升高，進而導(dǎo)致更嚴重的爆炸事故。

③腐蝕因素

儲氣井和儲氣瓶組的內(nèi)腐蝕機理基本相同，主要是硫化氫的氫脆，壓力越大對介質(zhì)硫化氫最高允許體積濃度要求越低，GB 18047-2017《車用壓縮天然氣》中規(guī)定在標況下硫化氫濃度應(yīng)不大于15mg/Nm3，其對應(yīng)條件下的體積分數(shù)約為10ppm，如果介質(zhì)要求符合GB 18047《車用壓縮天然氣》的規(guī)定，基本可以避免氫脆的發(fā)生。

儲氣井的外腐蝕主要是接觸土壤而發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，主要發(fā)生在固井時套管與井壁空間的水泥漿澆灌不均勻，導(dǎo)致部分井壁與套管直接接觸部位。且電化學(xué)腐蝕一旦開始，除了進行定期檢驗，很難被發(fā)現(xiàn)，真沒有進行犧牲陽極保護處理的情況下，套管壁會在短時間內(nèi)減薄到校核壁厚以下并出現(xiàn)爆管或竄管事故。

儲氣瓶組一般都有防腐涂料，很少會發(fā)生外腐蝕，且即使發(fā)生外腐蝕也可及時發(fā)現(xiàn)并做處置，很少會因為外壁腐蝕而導(dǎo)致泄漏事故。

④制造質(zhì)量因素

儲氣井的制造需要現(xiàn)場安裝，鉆井、固井、水泥漿澆灌、井口裝置的安裝，井口地面施工等等一系列的工序均在安裝現(xiàn)場進行，現(xiàn)場施工條件限制，地下環(huán)境復(fù)雜，安裝質(zhì)量控制難度較大等等都是儲氣井安全性能的不確定因素。而儲氣瓶組的制造過程都是在制造廠進行，完善的資源條件配備，嚴格的質(zhì)量控制程序，保證了合格的設(shè)備安全性能。

五、總結(jié)

CNG加氣站設(shè)置儲氣設(shè)施對于提高充裝效率和降低設(shè)備損耗和運營成本都非常的必要。儲氣井在安全性方面優(yōu)于儲氣瓶組，經(jīng)濟性方面劣與儲氣瓶組，所以在城市建成區(qū)人口密集地區(qū)建設(shè)加氣站，考慮土地成本和安全風(fēng)險，如果在地質(zhì)條件允許的條件下可選擇儲氣井作為儲氣設(shè)施

儲氣瓶組的經(jīng)濟性優(yōu)于儲氣井，安全性劣于儲氣井，在人口密度低，土地成本低，地形空曠區(qū)域可選擇儲氣瓶組作為儲氣設(shè)施。

參考文獻：

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