CNG汽车加气站的工作原理及类型.doc

随着汽车工业的不断发展和车辆保有量的增加，汽车尾气的排放对大气环境的污染也进一步加剧。随着天然气资源的开发利用，为改善汽油、柴油燃烧后对环境造成的污染，压缩天然气(CNG)汽车得到了广泛的推广和应用，压缩天然气(CNG)汽车加气站也随之建立，以满足天然气汽车燃料的需要。然而，天然气具有火灾爆炸危险性，尤其是高压运载与储存、油气双燃料站等安全技术问题，必须引起高度重视。

     一、CNG汽车加气站的工作原理及类型

     1．压缩天然气加气站的工作原理

     加气站的工作原理是将通过管线输送到加气站的天然气，先进行净化处理，再通过压缩系统使其压力达到25MPa，最后由高压储气瓶组和售气机将压缩天然气加入车辆储气瓶。压缩天然气加气站通常由六个系统组成，即调压计量系统，净化干燥系统，气体压缩系统，气体储存系统，设备控制系统和售气系统。

     2．类型

     压缩天然气汽车加气站按其使用功能，通常分为：天然气汽车加气站，油气混加站，子、母加气站等几种形式。单一的天然气加气站只能为汽车加天然气燃料，油气混加站可加注油、气两种燃料。子母站设计，母站是与输气管道相连的站，在母站内完成天然气的净化、压缩等主要工作，天然气被增压至25MPa，给气瓶或气瓶拖车充气；子站不需要连接供气管线，依靠母站来的气瓶拖车供气；子、母站都可以完成给汽车加气的工作。子、母加气站式节省建站资金和土地，有利于母站集中净化，子站的火灾危险性较低，可建在交通枢纽附近，便于使用。     从设备结构上来分，加气站可分为开放式结构和撬装式结构。开放式结构是将加气站所有设备安装在厂房内，按工艺流程高低压管道和各种阀门将这些设备组装起来，形成一个开环工艺系统；撬装式结构是将加气站的主要设备(净化、压缩、冷却、控制、储气等)集中在一个撬装的底座上，形成一个可闭环控制的整体设备系统。从安全性上讲，撬装式结构要优于开放式结构。

     二、CNG汽车加气站的火灾危险性分析

     1．天然气具有危险性

     天然气的主要成分甲烷属一级可燃气体，甲类火灾危险性，爆炸极限为5％—15％   (V／V)，最小点火能量仅为0．28mJ，燃烧速度快，燃烧热值高(平均热值为33440kJ／m3)，对空气的比重为0．55，扩散系数为0．196，极易燃烧、爆炸，并且扩散能力强，火势蔓延迅速，一旦发生火灾难以施救。

     2．泄漏引发事故

     站内工艺过程处于高压状态，工艺设备容易造成泄漏，气体外泄可能发生地点很多，管道焊缝、阀门、法兰盘、气瓶、压缩机、干燥器、回收罐、过滤罐等都有可能发生泄漏；当压缩天然气管道被拉脱或加气车辆意外失控而撞毁加气机时会造成天然气大量泄漏。泄漏气体一旦遇引火源，就会发生火灾和爆炸。1995年9月29日，四川自贡富顺华油公司压缩天然气加气站因钢瓶泄漏燃烧发生爆炸，造成重大经济损失和人员伤亡事故。

     3．高压运行危险性大

     压缩天然气加气站技术要求充装站的压缩机必须加压至25MPa以上，才能将天然气压缩到钢瓶内，这是目前国内可燃气体的最高压力贮存容器。若钢瓶质量或加压设备不能满足基本的技术要求，稍有疏忽，便可发生爆炸或火灾事故。1995年10月7日，四川省遂宁市压缩天然气加气站因钢瓶质量问题发生喷射燃烧，火焰柱高达20余米，造成直接经济损失18万余元。

     系统高压运行容易发生超压，系统压力超过了其能够承受的许用压力，最终超过设备及配件的强度极限而爆炸或局部炸裂。
3．天然气质量符合标准

     进站天然气的质量应符合现行国家标准《天然气》GBl7820—1999中规定的Ⅱ类气质标准和压缩机运行要求的有关规定。增压后进入储气装置及出站的压缩天然气的质量必须符合现行国家标准《车用压缩天然气》GBl8047的规定。若进入加气站的天然气硫化氢含量大于20ms／m3时，站内应设置脱硫装置，脱硫塔设在压缩机前可保护压缩机组，选用双塔轮换使用，有利于装置运行和维护。当进站天然气需脱水处理时，脱水可在天然气增压前、增压中或增压后进行，脱水装置设双塔。

     4．设置安全保护装置

     在远离作业区的天然气进站管道上应设紧急手动截断阀一旦发生火灾或其他事故，自控系统失灵时，操作人员可靠近并关闭截断阀，切断气源，防止事故扩大。手动紧急截断阀的位置应便于发生事故时能及时切断气源。

     锗气瓶组(储气井)进气总管上应设安全阀及紧急放散管、压力表及超压报警器。每个储气瓶(井)出口应设截止阀。以保证储气设备的安全运行及发生事故时能及时切断气源。为防止进站加气汽车控制失误撞上储气设施造成事故，储气瓶组或储气井与站内汽车通道相邻一侧，应设安全防撞拦或采取其他防撞措施。

     压缩机出口与第一个截断阀之间应设安全阀，安全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放量；压缩机进、出口应设高、低压报警和高压越限停机装置；压缩机组的冷却系统应设温度报警及停车装置；压缩机组的润滑油系统应设低压报警及停机装置。

     加气机应设安全限压装置；加气机的进气管道上宜设置防撞事故自动切断阀；加气机的加气软管上应设拉断阀，拉断阀在外力作用下分开后，两端应自行密封，当加气软管内的天然气工作压力为20MPa时，拉断阀的分离拉力范围宜为400-600N。加气机附近应设防撞柱(栏)，防止进站汽车失控撞上加气机。

     加气站内的天然气管道和储气瓶组应设置泄压保护装置，以便迅速排放天然气管道和储气瓶组中需泄放的天然气。在储气瓶组事故时紧急排放的气体，火灾或检修设备时排放系统气体，一次泄放量大于500m3(基准状态)，很难予以回收，只能通过放散管迅速排放。压缩机停机卸载的天然气量，一般太于2m3(基准状态)，并且泄放次数平均每小时2—3次以上，排放到专用回收罐较为妥当。因为天然气比重小于空气，能很快扩散，拆修仪表或加气作业时一次泄放量小于2m3(基准状态)的气体可排人大气。泄压保护装置应采取防塞和防冻措施。

     加气站不同压力级别系统的放散管宜分别设置，放散管管口应高出设备平台2m及以上，且应高出所在地面5m及以上。

     5．选择适当材质的设备

     增压前的天然气管道应选用无缝钢管，并应符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》GB8163的有关规定。增压后的天然气管道应选用高压无缝钢管，并应符合现行国家标准《高压锅炉用无缝钢管》GB5310或《不锈钢无缝钢管》GB／T14976的有关规定。对严寒地区的室外架空管道选材还要考虑环境温度的影响。由于天然气内含有硫化氢、二氧化碳、残存凝析油等腐蚀性介质，加气站内与压缩天然气接触的所有设备、管道、管件、阀门、法兰、垫片等的材质应具备抗腐蚀、耐老化等能力。

     加气站内的所有设备、阀门、管道、管件的设计压力应比最大工作压力高10％，且在任何情况下不应低于安全阀的起始工作压力。

     埋地管道防腐设计应符合国家现行标准(钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY0007的有关规定，并应采用最高级别防腐绝缘保护层。
6．控制和消除引火源

     加气站内爆炸危险区域的等级范围划分应按(汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156—2002确定。按照(爆炸和火灾危险环境电力装置设计范》GB50058的规定，使用高于或等于相应作业区域气体级别的防爆电气设备。爆炸危险区域慎用移动式和便携式电器，禁止私拉乱接，违章用电。

     加气站的站房和罩棚按建(构)筑物的防雷考虑，一般都采用避雷带(网)保护。天然气储气瓶组必须进行防雷接地，接地点不少于2处。储气瓶组、管道、法兰及其他金属附件均进行电气连接并接地。雷雨天气应停止加气作业。

     严格控制修理用火，严禁烟火和明火，防止摩擦撞击打火，作业时不得使用电气焊、割。

     7．采取通风措施

     为了防止爆炸性混合物的形成，加气站爆炸危险区域内的房间应采取通风措施，以防止发生中毒和爆炸事故。采用自然通风时，通风口总面积不应小于300cm；／m·(地面)，通风口不应少于2个，且应靠近可燃气体易积聚的部位设置，尽可能均匀，不留死角，以便可燃气体能够迅速扩散。对于可能泄漏天然气的建筑物，以上排风为主。采用强制通风时，通风设备的通风能力在工艺设备工作期间应按每小时换气15次计算，在工艺设备非工作期间应按每小时换气5次计算。

     8．设置可燃气体检测报警装置

     为了能及时检测到可燃气体非正常超量泄漏，以便工作人员尽快进行泄漏处理，防止或消除爆炸事故隐患，加气站应设置可燃气体检测报警系统。压缩天然气储气瓶间(棚)、天然气泵和压缩机房(棚)等场所应设置可燃气体检测器。报警器宜集中设置在控制室或值班室内，操作人员能及时得到报警。可燃气体检测器和报警器的选用和安装，应符合国家行业标准(石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》SH3063的有关规定。可燃气体检测器报警(高限)设定值应小于或等于可燃气体爆炸下限浓度(WV)值的25％。

     9．提高工作人员的专业素质

     对于目前加气站内工作人员专业素质参差不齐的现象，应加大安全培训和考核的力度，严格岗前培训、定期培训制度，并进行考核。熟悉加气站各类设备的原理、结构等生产专业知识和操作规程，了解天然气的火灾危险性，掌握防火、灭火的基础知识，提高处理突发事故的能力。