立體式壓縮天然氣加氣站建設(shè)

朱富斌

(中煤科工集團重慶設(shè)計研究院有限公司，重慶400016)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越突出。城市大氣污染中79.5%的CO、74%的NOx和34%的碳氫化合物是機動車輛排放的。隨著環(huán)境保護意識的不斷增強和石油價格的飛漲，汽車能源結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生了一些變化。其中，壓縮天然氣(CNG)汽車經(jīng)過多年的推廣，其安全性、經(jīng)濟性逐步得到各方認可。CNG汽車的安全運行以及良好的經(jīng)濟、環(huán)境效益，對CNG汽車的發(fā)展起到了有力的推動?，F(xiàn)在使用天然氣的城市都將天然氣加氣站納入城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，但由于許多使用天然氣的城市未將加氣站用地列入城市規(guī)劃中，給加氣站選址及建設(shè)帶來一些困難，特別在一些城市加氣站選址時，遇到地形條件較差、場地標高相差較大的地塊，如何經(jīng)濟、安全利用地形建設(shè)加氣站是擺在各部門面前的一道難題。本文擬結(jié)合工程設(shè)計建設(shè)中的實際情況，對利用地形高差，局部突破現(xiàn)有加氣站設(shè)計規(guī)范規(guī)定建設(shè)立體式加氣站進行探討。

1 加氣站的建設(shè)方式

加氣站分為常規(guī)加氣站、加氣母站、加氣子站。

常規(guī)加氣站每個站內(nèi)均有進氣、壓縮、脫水(脫硫)、儲氣、售氣系統(tǒng)及相關(guān)的設(shè)備,各站從城市燃氣管道或城市調(diào)壓站接氣，其中前者受管網(wǎng)供氣影響較大，在民用氣高峰時，加氣站天然氣進氣壓力會下降；后者只有在調(diào)壓站附近才有條件，天然氣供氣壓力較穩(wěn)定。

將加氣母站建設(shè)到天然氣進氣壓力高的城邊地區(qū)，再將生產(chǎn)的壓縮天然氣通過氣瓶車運到城區(qū)的加氣子站，徹底擺脫城市天然氣管道敷設(shè)難、壓力低的缺點。但氣瓶車行走路線受城市道路管理及其他因素影響也較大。

加氣站是直接對各類車輛加氣的場所，因此在滿足規(guī)劃及氣瓶車運輸方便安全的前提下，盡量選擇在車流量大的道路附近。

2 加氣站選址原則

CNG加氣站屬易燃易爆甲類火災(zāi)危險生產(chǎn)場所，選址首先要考慮的是安全問題。選址的安全性應(yīng)符合下列要求。

① GB 50156—2012《汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范》(2014年版)第4.0.8條規(guī)定：儲氣瓶距離重要公共建筑物不得小于50 m，儲氣井、加(卸)氣設(shè)備、脫硫脫水設(shè)備、壓縮機(間)、集中放散管管口距離重要公共建筑物不得小于30 m。

② 加氣站選址應(yīng)避開居民稠密區(qū)和人員密集的繁華地段，以減小事故對人員的危害。

③ CNG加氣子站的規(guī)模一般為(1～2)×104m3/d，常規(guī)加氣站控制日供氣量(2～4)×104m3。加氣站規(guī)模大，占地面積相對較大，要求安全間距大，城市區(qū)域不易滿足，發(fā)生事故對周圍危害也大，且容易造成車輛擁擠而堵塞交通。

④ CNG加氣站與站外民用建筑，以及與明火和散發(fā)火花地點的防火間距及安全評價標準應(yīng)滿足GB 50156—2012(2014年版)等規(guī)范的規(guī)定。

⑤ 加氣站選址，應(yīng)符合城市規(guī)劃和道路交通規(guī)劃，處理好方便加氣和不影響交通的關(guān)系。

⑥ 加氣站應(yīng)選擇在城市交通干道的邊緣和車輛出入方便的次要干道上，以保證有較大的車流量和方便加氣。

⑦ 氣瓶車盡量減少通過城市主干道、主要的大型橋梁。

3 加氣站建設(shè)中遇到的問題

隨著各地城市建設(shè)的高速發(fā)展，給加氣站的選址帶來越來越大的困難，加氣站建設(shè)用地從“挑地”變化到“搶地”。建站位置及地形情況也越來越復(fù)雜，給加氣站的建設(shè)帶來更多的挑戰(zhàn)。工程建設(shè)中遇到的主要問題如下。

① 周圍建筑物較多，包括一些大型企業(yè)、大型建筑物等，對安全防火距離要求高。

② 地形高差大、地形較復(fù)雜、地質(zhì)條件差等，采用擋墻之類處理占地面積大，工程建設(shè)費用高。

③ 加氣站周圍交通復(fù)雜，存在地面軌道交通、地鐵等情況。

④ 用地面積較小，只能滿足加氣站基本功能，擴展性較差。

4 常見立體式加氣站建設(shè)形式

基于工程建設(shè)中遇到的一些問題，各方提出了一些新的思路和構(gòu)想，其中之一就是提出并形成了獨特的立體式加氣站建設(shè)模式。本文探討的立體式加氣站是指常規(guī)加氣站各生產(chǎn)設(shè)施分布在不同的標高面上，標高相差較大。立體式加氣站可分為以下幾類。

① 第1類：無架空平臺立體式加氣站。這類加氣站是由于站內(nèi)地形有高差，將加氣站內(nèi)生產(chǎn)區(qū)和對外銷售區(qū)布置在不同的標高層面上，以節(jié)約土建工程投資。其典型布置見圖1。

圖1 無架空平臺立體式加氣站

② 第2類：單層架空平臺，平臺下部無生產(chǎn)、交通等設(shè)施，加氣站生產(chǎn)設(shè)備均地面布置。這類加氣站由于站內(nèi)地形有高差，為將站內(nèi)主要標高控制在一個層面上，將擋墻以外部分利用鋼筋混凝土架空平臺，將地形控制在一個標高，將站內(nèi)生產(chǎn)設(shè)施布置在平臺上，達到方便管理、節(jié)約用地和節(jié)約投資的目的。這類立體式加氣站的平臺下部沒有利用。其典型布置見圖2。

圖2 有單層架空平臺，平臺下部無生產(chǎn)、交通等設(shè)施

例如重慶市綦江天然氣公司擬建設(shè)沙溪加油加氣站，用地面積只有3 500 m2，擬建場地地勢東高西低，標高在214.51～227.14 m，地形自然坡度較大。如果采用高擋墻，則無法承受壓縮機的頻繁振動，而且用地將減少。經(jīng)過設(shè)計方案比選及優(yōu)化，采用鋼筋混凝土架空平臺方案，將卸油、天然氣預(yù)處理及壓縮設(shè)施設(shè)置于平臺上，這樣有效增大使用面積，從而創(chuàng)造出高效、親和、舒適的工作環(huán)境。沙溪加油加氣站總平面圖和橫斷面圖分別見圖3、4。

圖3 沙溪加油加氣站總平面圖

圖4 沙溪加油加氣站橫斷面圖

③ 第3類：單層架空平臺，平臺下部有輔助生產(chǎn)設(shè)施或道路，加氣站生產(chǎn)設(shè)備均地面布置。這類加氣站與第2類布置基本相似，主要區(qū)別在于平臺下面布置有其他非明火類輔助生產(chǎn)設(shè)施或營業(yè)設(shè)施，或?qū)⑵脚_下部用于非重要道路等，使平臺下部得到充分利用。這類布置平臺上下部面積都得到充分利用，其典型布置見圖5。

圖5 有單層架空平臺，平臺下部有輔助生產(chǎn)設(shè)施

④ 第4類：單層架空平臺，平臺下部有加氣站生產(chǎn)設(shè)施。這類加氣站與第3類主要區(qū)別是平臺下部的利用方式不同，為了充分利用場地面積，將加氣站部分生產(chǎn)設(shè)施布置在平臺下，平臺上部可以是生產(chǎn)設(shè)施，也可是非生產(chǎn)設(shè)施等。該布置根據(jù)高差和周圍情況，分為地下式(平臺高差大約8～10 m，高差較小，有兩個面或3個面不能自然通風(fēng)和泄壓)和非地下式(平臺高差10 m以上，高差較大，有兩個面或3個面能自然通風(fēng)和泄壓)。其典型布置見圖6。

圖6 單層架空平臺，平臺下部有加氣站生產(chǎn)設(shè)施

例如重慶市南岸區(qū)金馬燃氣公司擬在明家路建設(shè)一座加氣站，紅線范圍內(nèi)面積只有1 595.4 m2，場地高差6～7 m。而消防部門要求站內(nèi)建、構(gòu)筑物與站外建、構(gòu)筑物的防火間距全部考慮在站內(nèi)，站內(nèi)設(shè)施按防火間距布置，滿足不了要求。擬充分利用原場地，按上下兩層布置，設(shè)計中將脫硫區(qū)、壓縮機、儲氣井、儀表間、配電室布置在下層，加氣島、站房、循環(huán)水池布置在上層。經(jīng)過設(shè)計方案比選及優(yōu)化，采用鋼筋混凝土架空平臺方案，項目最終建成投產(chǎn)。該加氣站縱斷面圖見圖7，上層實景圖和下層實景圖分別見圖8、9。

圖7 明家路加氣站縱斷面圖

圖8 明家路加氣站上層實景圖

圖9 明家路加氣站下層實景圖

⑤ 第5類：多層平臺立體式加氣站。這類加氣站由于場地地形高差較大，利用地形可以設(shè)置多層平臺加氣設(shè)施，可在二層及以上的架空平臺同時對汽車加氣。其典型布置見圖10。

圖10 多層平臺立體式加氣站

5 立體式加氣站建設(shè)的可行性

從立體式加氣站的分類來看，第1類、第2類立體式加氣站與現(xiàn)行規(guī)范不存在沖突，只是利用了地形高差，將不同生產(chǎn)區(qū)域分布在不同標高平臺上，平面防火間距均能達到現(xiàn)行規(guī)范的要求，各管理部門審批設(shè)計均有法可依，不存在規(guī)范障礙，因此都能通過。

后面幾類立體式加氣站由于是立體布置，在平面位置的防火距離與現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定不相符合，給設(shè)計、建造審批帶來一些麻煩，因此在許多地方都存在不能通過的情況，但是后面幾類加氣站有許多優(yōu)點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

① 節(jié)約用地

由于立體式加氣站采用了架空平臺方式，架空平臺下部的面積得到利用，相當于將現(xiàn)有的加氣站用地面積擴大近1倍，在地價高昂的今天，土地投資已成為許多加氣站最大的單項投資，擴大使用面積，無疑是節(jié)約投資、降低加氣站成本的一種手段。

② 提高了土地的利用價值

傳統(tǒng)的選站思路多將加氣站選擇在地形高差小、場地比較簡單的地方，但這類條件比較好的地點越來越少，選擇余地也比較小，因此，將一些地形條件不好的地塊通過技術(shù)手段用于建設(shè)加氣站，提高了土地的利用價值。

③ 減少了地面建筑數(shù)量，降低了工程投資

由于利用了架空平臺，如將壓縮機室、變配電間等放置在平臺下，減少了地面上建筑數(shù)量，提高了視覺美感。減少加氣站內(nèi)建筑數(shù)量，節(jié)約了投資。

④ 減少了生產(chǎn)噪聲對周圍環(huán)境的影響

壓縮天然氣加氣站生產(chǎn)噪聲較大，處理不好，對周圍影響較大，特別對居民住宅的影響難以接受。在平臺下部布置壓縮機，用地面積大，位置低，噪聲處理比較容易，費用相對也較低。相比地面上布置壓縮機方式，噪聲影響更小，更易治理。

⑤ 提高了加氣站的加氣量

由于單層或多層加氣平臺的設(shè)置，增大了加氣站的生產(chǎn)面積，擴大了加氣區(qū)域面積，方便車輛進出，提高了加氣速度。同時也為增加生產(chǎn)設(shè)備提供了條件，因此為擴大加氣量創(chuàng)造了條件。

基于立體式加氣站的許多優(yōu)點，為了建設(shè)立體式加氣站，各地采取了通過組織規(guī)范管理組、設(shè)計、消防、安全方面的專家評審設(shè)計方案方式，試點建設(shè)了一批立體式加氣站。多年的運行證明，立體式加氣站在采取必要的安全措施、加強經(jīng)營管理、加強人員操作技能培養(yǎng)條件下，是能夠滿足安全運行的。

6 立體式加氣站安全措施

由于下層布置的脫硫、壓縮、儲氣系統(tǒng)是易發(fā)生泄漏的設(shè)施，它們處于相對密閉的空間，一旦發(fā)生天然氣泄漏，積聚到一定濃度，會發(fā)生爆炸，其后果比較嚴重。因此應(yīng)采取預(yù)防為主的安全技術(shù)措施，確保不出現(xiàn)天然氣積聚的情況發(fā)生，變被動管理為主動管理。在設(shè)計、管理中采取的一些安全措施如下。

① 總平面布置安全措施

總平面布置根據(jù)工藝流程要求及自然地形條件，將加氣站按上下兩層或多層布置，上層采用架空平臺結(jié)構(gòu)。將與站外安全距離要求最高的脫硫脫水、壓縮機、儲氣井布置在下層，儀表間、配電室也可布置在下層；加氣島、站房、循環(huán)水池布置在上層。在加氣站邊設(shè)樓梯，便于員工上下方便。這樣平臺上層對外加氣，下層布置生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)設(shè)施。

② 工藝系統(tǒng)安全措施

根據(jù)工藝要求，原料天然氣管道選用20#輸送流體用無縫鋼管，壓縮天然氣管道采用高壓鍋爐用無縫鋼管，材質(zhì)為不銹鋼。選用優(yōu)質(zhì)閥門，確保使用壽命。

除壓縮天然氣管道與設(shè)備采用高壓卡套連接外，其余管道采用焊接連接。站內(nèi)焊接連接的管道焊縫100%采用X射線照像檢驗，質(zhì)量不得低于NB/T 47013—2015《壓力容器無損檢測》規(guī)定的Ⅱ級。

③ 防止天然氣泄漏并積聚的措施

壓縮機組及儲氣井為甲類生產(chǎn)區(qū)域，在平臺下部壓縮機組上方設(shè)有可燃氣體濃度檢測裝置，在平臺下方設(shè)強排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置通風(fēng)管及軸流風(fēng)機，當發(fā)生天然氣泄漏時，報警并自動開啟強制排風(fēng)，避免天然氣積聚發(fā)生危險。儲氣井管道上設(shè)有安全閥、壓力表，可方便觀察壓力，同時在意外時，可通過安全閥放散泄壓，且不能排放在室內(nèi)。

泄放系統(tǒng)分為高壓氣放散和低壓氣放散兩個系統(tǒng)，高壓氣放散系統(tǒng)負責(zé)壓縮機及之后的設(shè)備管道的放散，低壓氣放散系統(tǒng)負責(zé)進氣系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)的放散。放散管均引到上層平臺并高于加氣棚2.0 m進行放散。

④ 電氣、儀表系統(tǒng)安全措施

加氣站用電負荷按三級負荷設(shè)計。在防爆區(qū)域內(nèi)的所有電氣設(shè)備均采用防爆型(隔爆型)。加氣站所有火災(zāi)和爆炸危險場所的照明均選用防爆燈具，其余場所選用一般照明燈具。對于配電室、自動控制室等重要場所設(shè)有事故照明。

站內(nèi)防爆場所內(nèi)的所有建構(gòu)筑物均設(shè)有防雷保護。

站內(nèi)所有工藝設(shè)備和管道均設(shè)防靜電和感應(yīng)雷保護，其聯(lián)合接地裝置接地電阻不大于30 Ω。

供配電系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)接地與防雷接地系統(tǒng)共用接地裝置，其接地裝置接地電阻不大于4 Ω。

平臺上下部應(yīng)設(shè)緊急電鈴，確保在室外時能及時發(fā)出警示及報警。

站內(nèi)設(shè)實時監(jiān)控系統(tǒng)，全方位實時監(jiān)控站內(nèi)生產(chǎn)情況，在緊急情況下具有停機功能。

⑤ 結(jié)構(gòu)設(shè)計安全措施

加氣站內(nèi)的站房及其他附屬建筑物的耐火等級不低于二級，架空平臺采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。加氣島罩棚采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

⑥ 消防設(shè)施

在站內(nèi)主要生產(chǎn)設(shè)施區(qū)域及建筑內(nèi)配置手提式干粉滅火器。

⑦ 其他安全措施

設(shè)專人值班，檢查生產(chǎn)、售氣的安全。

7 結(jié)語

立體式加氣站作為加氣站建設(shè)中的一個特殊形式，在地形條件復(fù)雜、高差較大的地方具有較高的價值，特別是在節(jié)約用地、提高土地價值、提高加氣能力方面具有獨特的優(yōu)勢。作為不同于普通的加氣站，在現(xiàn)行規(guī)范難以確定防火間距的情況下，通過專家評審方式，是一種可行的方式。實踐證明，對立體式加氣站采取必要的安全技術(shù)措施，加強管理，是能夠安全運行的。