张莉莉 王鹏 厉彦年
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摘要：天然气属于当代一种绿色能源，清洁高效的特性让它在许多领域起到非常关键的作用，但它同样具有易燃、易爆、易扩散等诸多特性，因此天然气加气站的设计安全必须注意。本文在论述建设天然气加气站必要性可行性的基础上，着重论述其基本设计理念、内部布局设计要点、防雷及通风设计、储气设施总体安全设计原则。
关键词 ：天然气加气站 ；布局设计要点 ；设计原则
1 建设天然气加气站必要性可行性分析
1.1必要性
飞速发展的现代世界经济，对石油需求不断上升，世界各国对石油有着非常迫切的储备需求。寻找可替代绿色清洁能源材料是我们目前面临不可避免的问题。在这种环境下，多数专家学者都将研究的重点转向天然气。天然气污染少、节能高效且比较安全，所以世界各国均在快速发展天然气应用技术。当前统计数据，全球天然气产量已超石油产量，并成为第一可利用能源。汽车尾气排放污染曾是现在人们的最大担心,所以天然气作为汽油的可替代能源,已经基本满足了动能条件。因此建设天然气加气站,是一个减少排气污染,和重要的开发替代能源,建设天然气汽车加气站非常必要。
1.2可行性
1.2.1从天然气气源方面
汽车天然气技术指标具有严格的要求，且现在城市燃气管网的天然气基本可以满足条件;
1.2.2从管网压力角度，城市管网设计压力技术指标可完全满足天然气加气站建设要求;
1.2.3从城市规划和环境污染控制标准来看，建设天然气加气站是解决汽车尾气污染环境的首要控制方法，总体符合城市发展规划的要求。
1.2.4从经济指标分析角度，天然气比燃油具有明显的成本优势，且随着现在汽车数量的不断攀升，未来以天然气为基础动力的汽车将越来越多，天然气消费和贮备量预计将逐步稳增。
2 天然气加气站的基本设计理念
一般来说，天然气加气站的设计应遵循以下理念:
2.1合理控制天然气加气站的空间。从经济角度看,城市天然气加气站的设计与施工,须减少永久性建筑建设,同时确保压缩机站的占地面积小,安装简单,注意合理的控制节省空间,以此提高经济效益。
2.2注意安全距离的控制。多方面研究加气站设计和建设的技术标准。综合国外加气站的建设施工经验，以确保施工标准的规范性和安全性。
2.3我国国土面积辽阔，同时造成气候温差变化很大。所以区域温度条件和购买保温设备也是建设加气站的必须考虑条件。
3 天然气加气站内部设计要点
3.1 布局设计要点
首先在总体布局上要遵循经济、安全、高效的原则。不同的工艺设备有不同的风险。要对根据工艺设置及设备的基本布局和流程进行梳理，既考虑工艺和生产需要，也要针对不同危险程度的设备进行布局设计，从而全面满足安全工艺标准，达到成本最低需求。
3.2 阻燃防静电设计
天然气贮存和运输都具一定的危险，所以设备的材料质量要阻燃、防静电。静电也是造成加气站危险事故的重要原因之一。所以，天然气加气站的所有设备应配备接地功能设备和接地线，以便将可能产生的静电得到及时疏通。一旦发生事故，具有质量良好的阻燃特性设备和管道可将经济损失降到最低。
3.3 储存天然气设施设计要点
储气方式和储气设施的选择必须根据不同的地域特点、环境特点和工程特点。目前我国大部分压缩天然气加气站的贮气方式一般都是地上储气罐和地下储气井两种。这两种方法各有优缺点。一般来说，地上储气罐的制造较为简单，维护也较方便，但储气罐危险性较高，所以一定要注意做好冷却、通风、防火、防爆等工作。出于安全原因,尤其是我国温度较高地域,应尽量选择容量大的气罐,相同的储存条件前提下,容量大的气罐占地面积少,参与管道接口和汽缸阀门较少、建设安装手段减少,成本降低,也可以改善安全条件。特别是将会减少在今后维护检查的工作量。
地下储气井优势是可更好地利用地下储气空间，地下管式钻套储气方式更有利于液化天然气的储存。这种模式，因为有效利用了地下空间，可减少地面空间占用，地面管道连接操作相对简单，所以可以有效的控制总体工程成本。但地下储气井建设中的难题一直是储气井的外防腐。这种储气方式对储气井的标准和规格要求都非常高，一旦发生漏气事故，维护极为困难，容易导致高压气体扎入地层。
3.4 压缩机
天然气加气站的核心设备是压缩机。保证天然气加气站的正常运行的先决条件是必须保证压缩机的性能稳定。目前国产品牌压缩机具有显著成本优势，同时技术要求可基本满足，若施工单位没有特殊要求，可使用国产品牌压缩机。如果所在区域天然气加气站的气压变化较大，建议可采用往复式压缩机。
3.5 高压脱水装置设计
高压脱水装置主要功能是对天然气进行深度高压脱水，提高加气站总体安全性。国内外脱水装置厂家一般都是根据用户提供的气源组、用气量、设备压力、处理后的天然气水露点等要求进行设计。高压脱水装置一般设置在天然气压缩后，低压脱水装置一般设置在天然气压缩前。
3.6 加气系统
不同的天然气加气站，合适的进气方式应根据储气设施的数量选择。例如，一线或二线加气系统一般适用于一组或两组储气设施。另外在选择时有必要考虑精确的剂量深度,安全性和其他因素,通常需要考虑的功能填充和剂量,但还需要防止事故的发生,很难操作,但非常有必要。一旦发生安全事故,以确保可及时切断气源,控制最小范围事故的损失。
3.7 智能控制系统
二十一世纪已经步入了智能控制时代，天然气加气站的控制也稳步向高效智能化的角度发展。传统的控制操作方式过于单一，已不能适应形势的发展和变化，因此有必要建立一个功能齐全、自动化程度高的智能控制系统加气站，以提高整个加气站的安全运营和工作效率。智能控制系统主要包括供电操作控制、压缩机运行控制、储气系统优化充电控制以及天然气售气系统控制。不同地区的加气站需根据所在区域自身需求特性进行改进和定制，尽可能采用最先进智能控制技术。智能控制系统是加气站工作效率的关键影响因素，需要不断升级和改进。
3.8 气源阀门及管道连接
在加气站所有设施设计中，不必要的管道连接尽量减少，控制维修工作量，以此提高安全性。阀门是设备与管道、主管道与其他所有管道间连接的主要附件。压缩天然气管道承受的压力很大，常采用截止阀和球阀作为连接附件，所以选择密封性和安全性高的管件非常必要。管道焊接应采用射线探伤缝。另外卡套的连接方式也是高气压管道常用的更安全的连接方式。
3.9 安全技术措施
在选址方面。加气站所选的地址必须满足加气站建设的基本消防要求，还应充分考虑当地的城市规划要求和环境保护等总体要求，避免对环境和交通造成噪音污染，且便于提供加气服务。
在天然气储存区、压缩区等关键区域必须设置检测仪器，检测该区域是否有可燃气体泄漏。可燃气体探测器一旦检测到泄漏气体可及时发出警告。值班人员接到报警信号后，应及时报告并采取紧急控制措施。贮存区最好为开放式或半开式，通风良好，防止发生中毒和爆炸事故。气罐应至少设置两个连接点。防雷接地可以提高安全性，降低雷击点的电势、反击电势和台阶电势。
另外需注意紧急手动截止阀的设置。一旦危险发生，操作者可通过紧急手动操作截止阀及时切断气源，可减免事故损失。
再根据天然气管道加压前后的不同压力值数据，根据技术标准，选择合适的无缝钢管。阀门与附件的压力必须高于标准规定的最大压力，且不低于安全阀的恒定压力。
3.10 其他设计注意事项
合理设置充气机的位置，保证不同的充气机之间的安全距离，同时还要考虑到充气车辆进出便利性以及工作人员操作的方便性。
卸料点与加气机之间须保持一定的距离，但为了缩短管道输送距离，防止阻力过大等问题，卸料点与相关设备之间的距离不宜太远。
4 结语
天然气加气站的所有设计必须从安全第一的前提出发，其次注意节省空间，优化设备和其他配置。天然气作为汽车动力的替代能源，在显著减少汽车尾气的排放污染基础上，也可减轻出行的经济负担，符合现代经济发展要求的绿色、清洁能源。但是，在天然气加气站的设计和建设中，由于不同地区和不同的环境因素，总会出现一些具体问题。我们必须正视和解决，不断总结和积累，用创新性思维解决天然气加气站设计中遇到的所有问题。只有这样，新能源加气站才能得到广泛应用推广。