CNG加气站安全技术.ppt

1CNG加气站安全技术加气站安全技术2 目录1 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状2 2 CNGCNG加气站概述加气站概述3 3 CNGCNG加气站的一般规定加气站的一般规定4 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施5 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识6 6 防爆防火措施防爆防火措施7 7 加油加气站消防设施加油加气站消防设施8 8 CNGCNG加气站安全管理加气站安全管理31 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状1.1 1.1 概述概述表表1-1 1-1 世界主要国家世界主要国家CNGCNG汽车数量及加气站数汽车数量及加气站数国家国家CNGCNG汽车数（万辆）汽车数（万辆）CNGCNG加气站数（座）加气站数（座）阿根廷40.1531意大利29284俄罗斯20.5187美国6.58491102新西兰2.5190加拿大1.722120巴西1.439其它2.8801319合计合计104.6870104.68702772277241 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状1.2 1.2 天然气汽车的种类天然气汽车的种类 天然气汽车是指以天然气作为燃料的汽车，按照压力及形态，可分为：（1）低压气囊式天然气汽车。它是指天然气以低压方式充装于汽车顶部的气囊内，直接供给内燃机燃烧，该种充装方式目前已基本上淘汰了。英文缩写为NGV。（2）压压缩缩天天然然气气汽汽车车。天然气压缩至20MPa，储存于汽车用压缩天然气钢瓶中，经减压后供给内燃机。目前的天然气汽车基本上指的都是压缩天然气汽车。英文缩写为CNGV。51 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状天然气概念车（德国）Opel新车（德国）61 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状在德国波恩举行的“天然气驱动汽车环游”活动表明，天然气驱动比燃油驱动更有效：一公斤压缩天然气现在的价格为67欧分，而汽车可行驶相当于1.5升燃油所能达到的距离（在德国93号汽油的价格为1升1.16欧元）把天然气换算成汽油价格仅相当于42到48欧分。因为天然气在德国有直到2010年的税收优惠政策，所以与汽油柴油相比要便宜百分之七十到八十。71 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状东风CNG公交客车：东风汽车集团股份有限公司（原东风汽车工业投资有限公司）和清华大学共同承担的“十五”国家科技攻关计划“清洁汽车清洁汽车关键技术研究开发与示范应用关键技术研究开发与示范应用”项目 81 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状（3）液化天然气汽车。将天然气液化气后，储存于高压保温钢瓶中。它储存燃料装置的体积比压缩天然气汽车的小，行驶里程长，但技术要求高，目前尚处于开发试验阶段。英文缩写为LNGV。20世纪80年代晚期到90年代，对环境问题的重视使得NGV再次受到关注。美国1988年的汽车代用燃料法案（AlternativeMotorFuelsAct）、1990年 的 清 洁 空 气 法 案 修 正 案（CleanAirActAmendments）和1992年的能源政策法案（EnergyPolicyAct）引发了对NGV的研究热潮。91 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状目前，美美国国的的LNGLNG汽汽车车技技术术己己完完全全进进入入实实用用化化阶阶段段，有有成成熟熟的的产产品品供供应应。如MVE公司作为世界最大的低温储运设备的设计、制造公司之一，就设有专门的LNG业务部门，其主要的业务就是车用LNG设备及LNG燃料站的装置。日本从1969年开始进口LNG以来，进口量逐年递增，到1997年己达48.4106万吨，现己成为世世界界上上最最大大的的LNGLNG进进口口国国。为加快NGV的推广使用，日本国际贸易和工业管理部于1990年开始实施政府资助项目-NGVUIP，日本燃气协会从1990年4月至1996年3月己在执行该项目。该协会这6年主要集中关注CNG汽车及加气站建设。而从1996年4月至2000年3月，则集中力量发展LNG汽车及其燃料站建设。到1998年底，日本己成功开发了一辆LNG燃料汽车的原型车及一个燃料站原型。101 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状目前我国的天然气工业存在着供需之间地域的矛盾，即天然气产地多在四川及西北等内陆地区，而对天然气需求较大的却在东部和东南沿海等经济发达地区。而天然气管道的运输在我国又是一个薄弱环节。国家的远景规划是将在2010年建成3条国内的及2条国际的天然气管道，以期从俄罗斯及土库曼斯坦进口天然气。近期我国南部地区还将引进LNG。2004年11月11日，在重庆举办的绿色环保汽车展上，展示了一辆液化天然气汽车。11121 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状1.3 1.3 用天然气替代汽（柴）油的优点用天然气替代汽（柴）油的优点（1）污染少据统计，目前各大城市汽车尾气排放是造成城市空气污染的主要原因，它占了空气污染源总量的60%以上，将汽车燃料由汽（柴）油改为天然气后，尾气污染会明显减少。与汽油相比，天然气汽车尾气中，CO减少97%，HC减少72%，NOX减少39%，CO2减少24%，SO2减少90%，汽车噪音亦可降低40%，可以说，天然气是汽车最佳的清洁燃料。（2）运行费用低按汽油4元/kg，天然气1.5元/m3计，表2是二种汽车燃料的运行价格比。由表2可见，天然气汽车与汽油汽车相比较，可节省费用约0.47元/km。若将汽油车改装为双燃料汽车所需费用为600010000元/辆，正常运行情况下，612个月即可收回改装费用。131 1 天然气汽车发展现状天然气汽车发展现状表表1-2 1-2 汽油、天然气汽车运行价格比较表汽油、天然气汽车运行价格比较表（3）运行安全天然气相对密度（空气为1）小，为0.580.62，泄漏后很快升空，易散失，不易着火；汽油蒸汽较重，液态挥发有过程，且不易散失，易着火爆炸。天然气爆炸极限为4.7%15%（5%5%16%16%），比汽油（爆炸极限为1%6%）高2.54.7倍，而且天然气自燃点（在空气中）为650，比汽油自燃点（510530）高，故天然气比汽油泄漏着火的危险小。汽车用压缩天然气钢瓶标准（GB17258-1998）规定：钢瓶试验压力高于工作压力4倍，并安装有防爆设施，不会因汽车碰撞或翻覆造成失火或爆炸，而汽油汽车的油箱系非压力容器，着火后容易爆炸。燃料燃料热值热值价格价格运行里程运行里程运行价运行价汽油43953（kJ/kg）4元/kg4.77km/kg0.84（元/km）天然气44688（kJ/m3）1.5元/m34.1km/m30.37（元/km）142 2 CNGCNG加气站概述加气站概述2.1 2.1 前言前言2002年7月1日，我国正式施行汽汽车车加加油油加加气气站站设设计计与与施施工工规规范范（GB GB 50156-200250156-2002），结束了我国无统一加油加气站规范的局面，使我国加油加气站的设计、施工与管理，从此走上了统一的规范化的道路。汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）以小型石油库及汽车加油站设计规范依据，增加了汽车用液化石油气加气站、压缩天然气加气站和工程施工内容而完成的。2000年前：小型石油库及汽车加油站设计规范GB50156-92 汽车用压缩天然气加气站设计规范SY0092-98汽车用液化石油气加气站设计规范SY0093-98汽车用燃气加气站技术规范CJJ 84-2000/J22-2000 北京、上海、广州等地方政府还制定了地方加气站建设标准。152 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述2.2 2.2 标准术语标准术语（1）加油加气站：automobile gasoline/gas filling station（2）压缩天然气加气站：automobile CNG filling station（3）加油加气合建站：automobile gasoline and gas filling station（4）加气站：automobile LPG or CNG filling station（5）站房：station house（6）加气岛：gas filling island（7）加气机：LPG（CNG）dispenser（8）压 缩 天 然 气 加 气 母 站：gas primary filling station（9）压缩天然气加气子站：gas secondary filling station（10）加气井：gas storage well162 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述2.3 2.3 天然气加气站简介天然气加气站简介天然气加气站一般分为三个基本类型，即快速充装型快速充装型，普通（慢速）充装及两者的混合型。常见的为快速充装型。天然气加气站（快速充装站）天然气加气站（快速充装站）是指以压缩天然气（CNG）形式向天然气汽车（NGV）和大型CNG子站车提供燃料的场所。天然气管线中的气体一般先经过前置净化处理，除去气体中的硫份和水份，再由压缩机组将压力由0.1-1.0MPa压缩到25MPa，最后通过售气机给车辆加气。一个典型的快速充装站所需的设备包括天然气压缩机压缩机，高高压钢瓶组（或高压储气球或高压储气井）压钢瓶组（或高压储气球或高压储气井），控制阀门及加控制阀门及加气机气机等，辅肋设备包括一种单塔型无胶粘剂的可再生分子筛干燥器及流量计。17 图2-1a 成都新华CNG加气站 图2-1b 富顺CNG加气站 图2-1c 自贡双塘CNG加气站 图2-1d CNG加气母站（北京）2 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述182 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述2.3.1 2.3.1 天然气质量天然气质量引入加气站的天然气质量不得低于现行国家标准天然气（GB17820）的类气质指标，汽车用天然气质量应符合现行国家标准车用压缩天然气的规定。2.3.2 2.3.2 系统组成系统组成天然气加气站由天然气引入站管道和脱硫、脱水、调压、计量、压缩、贮存、加气等主要生产工艺系统及循环冷却水、废润滑油回收、冷凝处理、供电、供水等辅助生产工艺系统组成，可分为贮贮存存加加压压生产区生产区和加气营业辅助区加气营业辅助区。贮贮存存加加压压生生产产区区：内设天然气压缩机房（含天然气过滤、调压、计量、压缩脱水装置和储气瓶库、天然气压缩机冷却系统）。加气营业辅助区：加气营业辅助区：设 加注区（含天然气加气岛）。营业站房（含营业室、财务室、值班室、办公室、仪表总控制室等）。综合辅助用房（含高低压变配电室、消防水系统等）。192 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述 2.3.3 2.3.3 加气系统流程加气系统流程来站天然气经过滤、调压计量后经缓冲稳压后进入压缩机，天然气压缩机将天然气压缩加压至25MPa进入高压脱水装置除去剩余水分，脱水后经程序控制器选择安排，进高压储气瓶组或高压储气管束，分不同压力储气，不同高压天然气又在程序售气控制器下经天然气售气机向燃气汽车售气。当高压储气系统存气不足时，经程序控制器天然气可经压缩机加压直接供给售气机，经计量向燃气汽车售气。加气系统流程见图2.3 202 2 CNGCNG加油加气站概述加油加气站概述图2.3 加气站系统流程示意图 213 3 CNGCNG加气站的一般规定加气站的一般规定3.13.1供气供气可采取罐车运输或管道输送的方式。当压缩天然气加气站采用管道供气方式时，不应影响营网其它用户正常使用。3.2 3.2 建站建站加油站与液化石油气加气站或加油站与压缩天然气加气站可联合建站。汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）允许汽车加油站和汽车加气（LPG、CNG）站合建。这样做有利于节省城市用地，有利于经营管理，也有利于燃气汽车的发展。只要采取适当的安全措施，加油站和加气站合建是可以做到安全可靠的。国国外外燃燃气气汽汽车车发发展展比比较较快快的的国国家家普普遍采用加油站和加气站合建方式。遍采用加油站和加气站合建方式。223 3 CNGCNG加气站的一般规定加气站的一般规定3.3 3.3 加气站储气设施的总容积限制加气站储气设施的总容积限制压缩天然气加气站储气设施的总容积应根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间等因素综合确定，在城市建成区内不应超过16m3。在汽车用燃气加气站技术规范（CJJ 84-2000）中规定，加气站分为：一级站：总储气容积为1316m3；二级站：总储气容积为712m3；三级站：总储气容积为6m3。而新新规规范范汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）不对加气站分级，仅对压缩天然气加气站储气设施的总容积大小，根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间等因素综合确定，并规定在城城市市建建成成区区内内不不应应超超过过1616m m3 3。233 3 CNGCNG加气站的一般规定加气站的一般规定3.4 3.4 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分加油和压缩天然气加气合建站的等级划分新规范汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）中，对于加油加气合建站，分为两级，需符合下表的规定。表表3-1 3-1 加油和压缩天然气加气合建站的等级划分加油和压缩天然气加气合建站的等级划分级级 别别油品储罐容积（油品储罐容积（m3）压缩天然气储气设压缩天然气储气设施总容积（施总容积（m3）总容积单罐容积单罐容积一 级611005012二 级6030注：柴油罐容积可折半计入油罐总容积。244 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.1 4.1 天然气的质量、调压、计量、脱硫和脱水天然气的质量、调压、计量、脱硫和脱水（1）压缩天然气加气站的进站天然气的质量应符合现行国家标准天然气GB 17820中规定的工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GB 18047的规定。进站天然气需用硫处理时，脱硫装置应设在压缩机前。脱硫装置应设双塔。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。脱水装置应设双塔。表4-1是现行国家标准车用压缩天然气GB 18047-2000对汽车用压缩天然气的技术要求。254 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施表表4-1 4-1 车用压缩天然气技术要求车用压缩天然气技术要求项目项目技术指标技术指标试验方法试验方法高位发热量（MJ/m3）31.4GB/T 11062总硫（以硫计）（mg/m3）200GB/T 11061硫化氢（mg/m3）15GB/T 11060.1二氧化碳yCO2（%）3.0GB/T 13610氧气yO2（%）0.5水露点（）在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，不应高于-13；当最低气温低于-8，应比最低气温低5GB/T 17283注：1、气体体积为在101.325kPa、20状态下的体积。2、压缩天然气中固体颗粒直径应小于5。3、压缩天然气应有可察觉的臭味。加臭剂的最小量应符合当天然气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，应能察觉。加臭剂可用具有明显臭味的硫酸、硫醚或其它含硫有机化合物配置。264 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（2）天然气进站管道上宜设置调压装置。进站管道设置调压装置以适应压缩机工况变化需要，满足压缩机的吸入压力，平稳供气，并防止超压，保证运行安全。（3）天然气进站管道上应设计量装置，计量装置的设置应符合下列规定：天然气流量采用标准孔板计量时，应符台国家现行标准天然气流量的标准孔板计量方法SY/T 6143中的有关规定，其流量计量系统不确定度，不应低于1.51.5级级。体积流量计量的基准状态为：压压力力101.325101.325kPakPa，温温度度2020。（4）加气站内的设备及管道，凡经增压、输送、储存需显示压力的地方，均应设压力测点，并应设供压力表拆卸时高压气体泄压的安全泄气孔。压力表量程范围应为2倍工作压力，压力表的准确度不应低于1.5级。274 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.2 4.2 天然气增压天然气增压天然气压缩系统主要由进气缓冲罐、压缩机主机、润滑系统、冷却系统等部分组成。压缩机主机最为重要，它是加气站的心脏，其性能好坏直接影响加气站运行的可靠性和经济性。CNG加气站用压缩机的排气压力高、排量小，一般采用往复式压缩机。从润滑方式分，主要由有油润滑和无油润滑两种，对于有油润滑，在其最终排气口后应安装脱油装置。加气站用压缩机的排气压力一般为25MPa，有的稍高一些，达到28MPa，也有少数厂家的压缩机达到32MPa，但分析表明，以排气压力25 MPa时最为经济、可靠和安全。进气压力范围为0.0359 MPa，压缩机排气量可根据不同规模进行选择，范围可为162000m3/h，常用排气量为200300 m3/h。284 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施图4-1 W型系列压缩机（成都天然气压缩机厂）294 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（7）压缩机组运行的安全保护应符合下列规定：压缩机出口与第一个截断阔之间应设安全阀，安全阀的泄放能力不应小于压缩机的安全泄放能力。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。（8）压缩机的卸载排气不得对外放散。回收的天然气可输至压缩机进口缓冲罐。（9）压缩机排出的冷凝液应集中处理。压缩机排出的冷凝液中当含有凝析油等污物，有一定危险，应集中处理达到排放标准时排放。304 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.3 4.3 压缩天然气的储存压缩天然气的储存1988年在四川省南充市兴建了第一座全进口新西兰的CNC加气站。十几年来，CNG加气站储存容器内最初的氧气瓶走向了天然气专用瓶、从小型气瓶组发展到大型瓶组，上世纪90年代又出现了井式储气技术，近几年在四川大型焊接容器储气形式的出现立即得到了人们的关注。目前，储气方案主要有DOT（美国运输部）储气瓶组、ASME（美国机械工程师协会）容器单元、地下储气井三种方案可供选择，现分别介绍如下。314 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.3.14.3.1储气瓶组储气瓶组设计压力25Mpa，设计标准为美国DOT49CFR的178.37节（压缩气体运输标准），安全系数为2.48，不允许有排污口，初期投资低，运行维修成本高，每3年必须把单元拆开，对每只瓶子进行水压实验。场地面积在50m2以上。属于松散结构，没有结构整体性，容器多，接头多，存在泄露危险且管线尺寸小，流动阻力大。32图4-2 诺凯系列高压储气钢瓶组（韩国）334 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.3.2 4.3.2 地下储气井地下储气井四川从20世纪90年代初开始，研究成功了打地下井储存CNG的技术，并先后在四川、重庆、上海、新疆等地打了50多口井进行推广应用，纳入了中华人民共和国行业标准汽车用燃气加气站技术规范(CJJ84-2000)，从2000年7月1日起正式颁发施行。储气井井筒直径为177.8mm298.4mm；井深80-200m；储气井水容积24m3，设计压力为25MPa。它由几十根石油钻井工业中常用的180mm套管通过管端的扁梯形螺纹和接头连接而成，封底和封头由焊接平盖的接头与套管通过螺纹连接，套管是按照API标准5CT制造的N80或P110钢级石油套管。其占地面积很小，有利于站场平面布置；虽然初期投资较大，但据四川石油管理局提供的资料表明该储气井至少可以使用25年以上，并可以节省检验维修费，安全可靠性好。其缺点是耐压试验无法检验强度和密封性，制造缺陷也不能及时发现，排污不彻底，容易对套管造成应力腐蚀。344 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施 地下储气井装置有以下特点：（1）安全可靠，使用方便，免维护设计（2）不受环境影响，恒温和抗静电、雷电（3）占地面积小（1m2）（4）排水彻底（5）无恶性事故发生CNG地下储气井的设计、施工按以下API标准及国家相关标准执行：CJJ84-2000汽车用燃气加气站技术规范。Q/CY097-98钻井技术操作规范SY/T6194-96套管和油管SY/T0420-97埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准354 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施CNG地下储气井现已成为国内CNG加气站首选储气系统。4-3c 储气井示意图 4-3d CNG地下储气井工艺流程图364 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.3.3 4.3.3 ASMEASME压力容器单元压力容器单元设计压力27.MPa，设计标准为ASME第章1节压缩气体地面存储设计标准。安全系数3，容器壁厚比同等DOT瓶壁厚高出39%，通常作为地面存储。ASME允许容器上有排污口；初期投资高，运行和维修成本低，除一般的外部和内部直观检测外，不需再检测；场地要求57m2，坚固，整体结构能更好的承受冲击载荷及地震波动；其容器数量少，接头少，管线尺寸大，流动阻力较小。374 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施在新规范汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）中，对于加气站的压缩天然气的储存，有以下一些规定。（1）储气设施的工作压力（气站规范为：最大允许充装压力）应为25MPa，其设计温度应满足环境温度要求。（2）储气瓶应选用符合国家有关规定和标准的产品。（3）加气站宜选用同一种规格型号的大容积储气瓶。当选用小容积储气瓶时，每组储气瓶的总容积不宜大于4m3，且瓶数不宜大于60个。目前我国加气站采用较多的是国产60L钢瓶，每组储气瓶总容积约为 4m3（约储天然气 1000Nm3），60L瓶 66个。限量是为了减少事故风险度。日本多采用 250L、400L瓶；美国 CPI公司 DOT标准瓶3AAX-2400型DN 559mm，L=5.3312.19m，容积V=10762577L，重量11182547kg。384 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（4）加气站内的储气瓶宜按运行压力分高、中、低三级设置，各级瓶组应自成系统。汽车加气的最高压力限定在20MPa，站内储气瓶的压力限定在25MPa，通过编组方法提高加气效率，满足快速加气的要求。常用加加气气方方法法有两种：一是将所有气瓶同时增至最高压后通过平衡充气瓶组自然形成高、中、低三组；另一种方法是把瓶组固定分成高、中、低三组，加压方法根据各站经验而定。四川经验按1：2：3比例配置高、中、低压瓶组容量取气效率取气效率可达58%。（5）小容积储气瓶应固定在独立支架上，且宜卧式存放。（6）储气井的设计、建造和检验应符合国家现行标准高压气地下解气井SY/T 6535的有关规定。储气并的建造应由具有天然气钻井资质的单位进行。（7）储气瓶组或储气并与站内汽车通道相邻一侧，应设安全防撞栏或采取其它防撞措施。（8）压缩天然气加气站也可采用撬装式储气加气设备。394 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.4 4.4 汽车用压缩天然气钢瓶简介汽车用压缩天然气钢瓶简介 压缩气瓶有钢瓶、环向缠绕复合材料的钢瓶和全复合材料气瓶3种，目前只有钢瓶有统一的国家规范，即汽车用压缩天然气钢瓶GB 172581998。简要介绍如下：（1）车用压缩天然气钢瓶 车用压缩天然气钢瓶主要用于长期固定安装在汽车上盛装压缩天然气燃料，容积有 30L、40L。、50L、60L、70L、80L、90L、100L、120L。具有压力高、容量大、质量轻、安全可靠等优点。主要用于各大、中城市的出租车、中巴车、公交车、环卫车等。40图4-4 车用压缩天然气钢瓶414 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（2）车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶 北京兰天达汽车清洁燃料技术有限公司所生产的车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶如下：图4-6 车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶（北京）424 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（3）车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶 钢瓶和环向缠绕复合材料的钢瓶，自身重量大，用于大型车辆上，与车体重、载物重比较，气瓶重量微不足道，但用在小型车辆上（小轿车、出租车），气瓶重量就会影响车体的重心，与载物重相比，气瓶重量就占取了一定的比例，若减小气瓶的自重，气瓶容积相应变小，气瓶充气量减少，因而汽车行驶的路程就会减少。全复合材料气瓶目前还没有统一标准，也还未批量生产，车用压缩天然气全复合材料气瓶具有如下优点：采用低密度、高性能的非金属材料塑料作为内胆，以低密度、高性能的复合材料作结构层，气瓶外包覆有保护层的全复合材料，所以气瓶本身重量轻，且内胆制造工艺简单，一次成型，降低了生产成本。在制造上采用了环氧树脂、中温固化配方，湿法缠绕成型工艺。环氧树脂性能良好，价格便宜；中温固化，节约能源；湿法缠绕与干法缠绕相比，减少了一道工序，提高了生产效率，降低了生产成本。434 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施气瓶进行水压疲劳试验时，据研究，在疲劳10000次后，气密性完好，检压至设计爆破压力的85%，保压5分钟，无异常，其设计及制造具有可靠性。北京兰天达汽车清洁燃料技术有限公司所生产的车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶如右图。图4-7 车用压缩天然气全缠绕复合材料气瓶（北京）444 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.5 4.5 压缩天然气加气机压缩天然气加气机为避免压缩机频繁启动及在不需要进行充气时提供气源，CNG加气站需设有储气装置。典型的设计是储气系统和售气系统通过优先顺序控制盘的顺序来实现高效充气和快速加气。通常加气站采用分级储存方式，将储气瓶纽分为高压、中压和低压瓶组，由优先顺序控制盘对其充气和取气过程进行自动控制。充充气气时时：先向高压组充气，当高压组的压力上升到一定位时，中压组开始充气，等到中压组压力上升到一定值时，低压组外始充气，随后三组气瓶一起充气，上升到最大储气压力后停止充气。取取气气时时：先从低压组取气，当低压组的压力下降到一定值时，开始从中压组取气，等到中压组压力下降到一定值时，开始从高压组取气，随店从三组气瓶一起取气，直到三组储气瓶中的压力下降到车载气瓶的最高储气压力相等时，停止取气。454 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施 （1）加气机不得设在室内。（2）加气机的数且应根据加气汽车数量、每辆汽车加气时间46min计算确定。CNG加气一般分为两种，即快充气与慢充气。由北京长空机械有限责任公司生产的长空牌加气机，是国内目前最好的国产加气机。采用了目前世界上最先进的CNG专用质量流量计；由微机控制器控制，能自动显示加气量及加气金额；具有金额预置、气量预制多种加气模式；当加满气时，具有自动停机功能；可以复显最近四次的加气数据，以备查验；可以统计当班加气累计数值和汇总累计数值；具有自动检测故障功能，能自动显示故障代码；在充气过程中能直接显示压力和和流量；当管道压力漏失、超压或溢流时能自动关机；输气软管装有可恢复拉断保护装置；可以同任何进口压缩机相配套（模块化接入PLC中的ESD系统）；464 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（3）加气机应具有充装与计量功能，并应符合下列规定：加气机额定工作压力应为20MPa。气机加气流量不应大于0.25m3/min（工作状态）。加气机应设安全限压装置。加气机计量准确度不应低于1.0级。加气量计量应以立方米为计量单位，最小分度值应为0.lm3。加气量计量应进行压力、温度铰正，并换算成基准状态。在寒冷地区应选用适合当地环境温度条件的加气机。加气机的进气管道上宜设置防撞事故自动切断阀。图4-5 长空加气机474 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.6 4.6 加气工艺设施的安全保护加气工艺设施的安全保护（1）天然气进站管道上应设紧急截断阀。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。加气站灭火的最有效办法就是切断气源。在远离作业区的天然气进站管道上安装紧急手动截断阀，是为了一旦发生火灾或其他事故，自控系统失灵时，操作人员仍可以靠近并关闭截断阀，切断气源，防止事故扩大。（2）储气瓶组（储气并）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。储气设施进口设置安全装置及出口设置的截断阀，均为保证储气设施的安全运行及事故时能及时切断气源之用。（3）储气瓶组（储气井）与加气枪之间应设储气瓶组（储气井）截断阀、主截断阀、紧急截断阀和加气截断阀（图4-6）。48图4-6 储气瓶组与加气枪间阀门设置示意图1储气瓶组（储气井）；2 储气瓶组（储气井）截断阀；3 一主截断阀；4输气管道；5紧急截断阀；6供气软管；7加气截断阀；8加气枪494 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施4.7 4.7 压缩天然气管道及其组成件压缩天然气管道及其组成件（1）增增压压前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GB 8163的有关规定。增增压压后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GB 5310或不锈钢无缝钢管GB/T 4976的有关规定。加气站用输气管道的选择除应根据增压前后的压力选用符合条文规定的管材，对压力低的管道（如压力小于 4.0MPa）可选用 GB 8163中的无缝钢管，对压力较高者应选用符合 GB 5310或 GB/T 14976的管子，对北方寒冷地区的室外架空管道选材还应考虑低温影响。（2）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定压。504 4 CNGCNG加气工艺及设施加气工艺及设施（3）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、基片等的材质应与天然气介质相适应。加气站用天然气允许含有微量H2S、CO2，并可能残存少量凝析油等腐蚀性介质。因此所有与大然气接触的设备材料都应具有抗腐蚀耐老化能力。（4）压前的天然气管道宜理地敷设，其管质距地面不应小于0.5m。冰冻地区宜敷设在冰冻线以下。（5）加气站内室外高压管道宜埋地敷设。加气站内管道埋地敷设，受外界于扰小，较安全。室内管沟敷设，在沟内填充干沙可防泄漏天然气在管沟内聚集产生爆炸危险。（6）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，并应采用最后级别防后绝级保护层。515 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识5.1 5.1 可燃介质的危险特性及分类可燃介质的危险特性及分类5.1.1 5.1.1 燃烧与爆炸燃烧与爆炸 （1）燃烧：燃烧是一种同时有热和光发生的剧烈的氧化还原反应，在氧化还原反应中，某些物质被氧化而另一些物质被还原。2H+O2 2H2O C+O2 CO2（2）燃烧条件:燃烧必须具备3个条件（或称3要素）：有可燃物存在，它们可以是固态的，如木材、棉纤维、煤等；或是液态的，如酒精、汽油、苯等；也可以是气态的，如氢气、乙炔、一氧化碳等。有助燃物存在，即有氧化剂存在，常见的有空气（其中的氧）、纯氧或其它具有氧化性的物质。有能导致着火的能源，如高温灼热体、撞击或摩擦所产生的热量或火花、电气火花、静电火花、明火、化学反应热、光能、绝热压缩产生的热能等。上述3点是燃烧的必要条件，缺少上述三条中的任何一条，也就不能导致燃烧。525 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识 爆炸:物质自一种状态迅速转变为另一种状态，并在瞬间以对外作机械功的形式放出大量能量的现象称为爆炸。爆炸现象一般具有如下特征：爆炸过程进行得很快；爆炸点附近瞬间压力急剧上升；发出声响；周围建筑物或装置受到冲击而发生震动或遭到破坏。简言之，爆炸是系统的一种非常迅速的物理的或化学的能量释放过程。爆轰:可燃气体或蒸气预先按一定比例与空气（或氧）均匀混合组成爆炸性混合气体，在全部或部分封闭的环境中（容器或管道中），一经点火，就会以点火源为中心，燃烧的火焰就以圆球面形状一层层向外传播。由于是爆炸性混合气体，可燃气体或蒸气与空气（或氧）的扩散过程已在燃烧前完成，所以其传播速度是以通常的爆炸波速度（每秒数十米或数百米）传播的；假如混合物的组成或预热条件适宜，就可能产生一种与通常爆炸根本不同的现象，爆炸波的传播速度可高达1000m/s，压力再升高，就会产生更大的破坏力，这种现象称为爆轰。535 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识5.1.2 天然气知识及其危险特性（1）天然气的应用 天然气是指在不同地质条件下生成、远移、并以一定压力储集在地下构造中的气体。我国天然气储量丰富，资源辽阔，但在石油能源中消费的比例仅占到2%，与发达国家能源消费中所占22%的比例相比相差甚远。（2）天然气的化学组成 天然气是从油气田开采得到的可燃性气体，其主要成分是甲烷，甲烷含量一般高于90%，其次是乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷等气态烃类。天然气的非烃类气体有硫化氢、二氧化碳、氢气、氮气以及极少量的硫醇、硫醚、二硫化碳等有机硫化合物。545 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识 天然气可分为气层气、半生气和凝析气三种。气气层层气气也称气田气，是指在地层个呈气态单独存在，开采到地而后仍为气态的天然气。伴伴生生气气也称油田气，是指溶解在原油中或者呈气态与原油共存，随原油同时被采出的天然气。伴生气的甲烷含量一般约占65%80%，此外还有相当数量的乙烷、丙烷、丁烷等烃类。凝凝折折气气是指在地层的原始条件下呈气态存在，在开采过程中由干压力降低而凝结出一些液体烃类的天然气。凝析气的组成大致和伴生气相似，但是它的戊烷、己烷等烃类含量比伴生气要多，一般经分离后可以得到天然汽油甚至轻柴油产品。天然气又有干气、湿气干气、湿气之分。一般来说，含90%以上甲烷的天然气称为干气或贫气；甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烃类含量高于10%的则称为湿气或富气。555 5 加气站安全基本知识加气站安全基本知识（3）天然气（CNG）的危险特性CNG的主要成分是甲烷，船甲烷含量高于90%，此外，还有少量的乙烷、丙烷等烃类，以及微量的硫化氢气体等，天然气通常是元色的气体，比空气轻，密度为0.51.0 g/m3。气层气的密度一般是空气的0.550.60倍，伴生气的密度一般是空气的0.750.85倍。含有硫化氢的天然气带有臭鸡蛋味，含有戊烷以上的烃类的天然气带有汽油味。天天然然气气是是一一种种易易燃燃、易易爆爆的的气气体体，与与空空气气混混合合后后，当当其其浓浓度度在在5%5%16%16%范范围围内内时时，遇遇火火源源即即会会发发生生燃燃烧烧或或爆爆炸炸，此此外外，天天然然气气与与空空气气混混合合后后，只只要要温温度度达达到到650650左左右右，即即使使没没有有火火源源也也会会自自行行着着火火。组成天然气的气态烃本身是无毒的，但是，如果天然气中含有硫化氢时就会对人体有毒害作用。当天然气大量地泄漏到空气或室内达到一定浓度时，会使空气中的含氧量减少，严重时可使人窒息死亡。此外，天然气燃烧不完全时生成的一氧化碳，对人体也有毒害作用。566 6 防爆防火措施防爆防火措施6.1 6.1 爆炸和火灾危险环境爆炸和火灾危险环境6.1.1 6.1.1 爆炸危险气体环境及区域划分爆炸危险气体环境及区域划分（1）爆炸性气体混合物环境 对于生产、加工、处理、转运或储存过程中出现或可能出现下列描述的环境，称为爆炸性气体混合物环境。（2）爆炸性气体环境危险区域划分 爆炸性气体环境的分区是根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间确定的。国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB50058将爆炸性气体环境划分为下述 3个危险区域：0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。国家标准汽车加油加气站设计与施工规范GB501562002附录B给出了加油加气站内爆炸危险区域的等级范围划分。576 6 防爆防火措施防爆防火措施6.1.2 6.1.2 火灾危险环境及区域划分火灾危险环境及区域划分（1）火灾危险环境 对于生