立體式壓縮天然氣加氣站建設

朱富斌

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶400016)

隨著經濟的發展，環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。隨著環境保護意識的不斷增強和石油價格的飛漲，汽車能源結構也相應發生了一些變化。其中，壓縮天然氣(CNG)汽車經過多年的推廣，其安全性、經濟性逐步得到各方認可。CNG汽車的安全運行以及良好的經濟、環境效益，對CNG汽車的發展起到了有力的推動。現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設施，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劃中，給加氣站選址及建設帶來一些困難，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，如何經濟、安全利用地形建設加氣站是擺在各部門面前的一道難題。本文擬結合工程設計建設中的實際情況，對利用地形高差，局部突破現有加氣站設計規范規定建設立體式加氣站進行探討。

1 加氣站的建設方式

加氣站分為常規加氣站、加氣母站、加氣子站。

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

將加氣母站建設到天然氣進氣壓力高的城邊地區，再將生產的壓縮天然氣通過氣瓶車運到城區的加氣子站，徹底擺脫城市天然氣管道敷設難、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危險生產場所，選址首先要考慮的是安全問題。選址的安全性應符合下列要求。

① GB 50156—2012《汽車加油加氣站設計與施工規范》(2014年版)第4.0.8條規定：儲氣瓶距離重要公共建筑物不得小于50 m，儲氣井、加(卸)氣設備、脫硫脫水設備、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 加氣站選址應避開居民稠密區和人員密集的繁華地段，以減小事故對人員的危害。

③ CNG加氣子站的規模一般為(1～2)×104m3/d，常規加氣站控制日供氣量(2～4)×104m3。加氣站規模大，占地面積相對較大，要求安全間距大，城市區域不易滿足，發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，以及與明火和散發火花地點的防火間距及安全評價標準應滿足GB 50156—2012(2014年版)等規范的規定。

⑤ 加氣站選址，應符合城市規劃和道路交通規劃，處理好方便加氣和不影響交通的關系。

⑥ 加氣站應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 加氣站建設中遇到的問題

隨著各地城市建設的高速發展，給加氣站的選址帶來越來越大的困難，加氣站建設用地從“挑地”變化到“搶地”。建站位置及地形情況也越來越復雜，給加氣站的建設帶來更多的挑戰。工程建設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、大型建筑物等，對安全防火距離要求高。

② 地形高差大、地形較復雜、地質條件差等，采用擋墻之類處理占地面積大，工程建設費用高。

③ 加氣站周圍交通復雜，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形式

基于工程建設中遇到的一些問題，各方提出了一些新的思路和構想，其中之一就是提出并形成了獨特的立體式加氣站建設模式。本文探討的立體式加氣站是指常規加氣站各生產設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地形有高差，將加氣站內生產區和對外銷售區布置在不同的標高層面上，以節約土建工程投資。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、交通等設施，加氣站生產設備均地面布置。這類加氣站由于站內地形有高差，為將站內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，將站內生產設施布置在平臺上，達到方便管理、節約用地和節約投資的目的。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、交通等設施

例如重慶市綦江天然氣公司擬建設沙溪加油加氣站，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。經過設計方案比選及優化，采用鋼筋混凝土架空平臺方案，將卸油、天然氣預處理及壓縮設施設置于平臺上，這樣有效增大使用面積，從而創造出高效、親和、舒適的工作環境。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設施或道路，加氣站生產設備均地面布置。這類加氣站與第2類布置基本相似，主要區別在于平臺下面布置有其他非明火類輔助生產設施或營業設施，或將平臺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設施

④ 第4類：單層架空平臺，平臺下部有加氣站生產設施。這類加氣站與第3類主要區別是平臺下部的利用方式不同，為了充分利用場地面積，將加氣站部分生產設施布置在平臺下，平臺上部可以是生產設施，也可是非生產設施等。該布置根據高差和周圍情況，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設施

例如重慶市南岸區金馬燃氣公司擬在明家路建設一座加氣站，紅線范圍內面積只有1 595.4 m2，場地高差6～7 m。而消防部門要求站內建、構筑物與站外建、構筑物的防火間距全部考慮在站內，站內設施按防火間距布置，滿足不了要求。擬充分利用原場地，按上下兩層布置，設計中將脫硫區、壓縮機、儲氣井、儀表間、配電室布置在下層，加氣島、站房、循環水池布置在上層。經過設計方案比選及優化，采用鋼筋混凝土架空平臺方案，項目最終建成投產。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，利用地形可以設置多層平臺加氣設施，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行規范不存在沖突，只是利用了地形高差，將不同生產區域分布在不同標高平臺上，平面防火間距均能達到現行規范的要求，各管理部門審批設計均有法可依，不存在規范障礙，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行規范的規定不相符合，給設計、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點，主要體現在以下幾個方面。

① 節約用地

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手段用于建設加氣站，提高了土地的利用價值。

③ 減少了地面建筑數量，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量，提高了視覺美感。減少加氣站內建筑數量，節約了投資。

④ 減少了生產噪聲對周圍環境的影響

壓縮天然氣加氣站生產噪聲較大，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置，增大了加氣站的生產面積，擴大了加氣區域面積，方便車輛進出，提高了加氣速度。同時也為增加生產設備提供了條件，因此為擴大加氣量創造了條件。

基于立體式加氣站的許多優點，為了建設立體式加氣站，各地采取了通過組織規范管理組、設計、消防、安全方面的專家評審設計方案方式，試點建設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、加強經營管理、加強人員操作技能培養條件下，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、儲氣系統是易發生泄漏的設施，它們處于相對密閉的空間，一旦發生天然氣泄漏，積聚到一定濃度，會發生爆炸，其后果比較嚴重。因此應采取預防為主的安全技術措施，確保不出現天然氣積聚的情況發生，變被動管理為主動管理。在設計、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構。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、循環水池布置在上層。在加氣站邊設樓梯，便于員工上下方便。這樣平臺上層對外加氣，下層布置生產和輔助生產設施。

② 工藝系統安全措施

根據工藝要求，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，材質為不銹鋼。選用優質閥門，確保使用壽命。

除壓縮天然氣管道與設備采用高壓卡套連接外，其余管道采用焊接連接。站內焊接連接的管道焊縫100%采用X射線照像檢驗，質量不得低于NB/T 47013—2015《壓力容器無損檢測》規定的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區域，在平臺下部壓縮機組上方設有可燃氣體濃度檢測裝置，在平臺下方設強排風系統，設置通風管及軸流風機，當發生天然氣泄漏時，報警并自動開啟強制排風，避免天然氣積聚發生危險。儲氣井管道上設有安全閥、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。

泄放系統分為高壓氣放散和低壓氣放散兩個系統，高壓氣放散系統負責壓縮機及之后的設備管道的放散，低壓氣放散系統負責進氣系統和凈化系統的放散。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、儀表系統安全措施

加氣站用電負荷按三級負荷設計。在防爆區域內的所有電氣設備均采用防爆型(隔爆型)。加氣站所有火災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有事故照明。

站內防爆場所內的所有建構筑物均設有防雷保護。

站內所有工藝設備和管道均設防靜電和感應雷保護，其聯合接地裝置接地電阻不大于30 Ω。

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

平臺上下部應設緊急電鈴，確保在室外時能及時發出警示及報警。

站內設實時監控系統，全方位實時監控站內生產情況，在緊急情況下具有停機功能。

⑤ 結構設計安全措施

加氣站內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構。加氣島罩棚采用網架結構。

⑥ 消防設施

在站內主要生產設施區域及建筑內配置手提式干粉滅火器。

⑦ 其他安全措施

設專人值班，檢查生產、售氣的安全。

7 結語

立體式加氣站作為加氣站建設中的一個特殊形式，在地形條件復雜、高差較大的地方具有較高的價值，特別是在節約用地、提高土地價值、提高加氣能力方面具有獨特的優勢。作為不同于普通的加氣站，在現行規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措施，加強管理，是能夠安全運行的。