油氢合建加氢站建设与设计规范探讨.doc

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1、油氢合建加氢站建设与设计规范探讨加氢站与加油站合建可以有效解决用地审批困难、选址受限、远离终端客户及管理成本高等问题。通过功能设施分区，共用给水和排水、供电、站控及安防系统，可最大限度地降低合建站建设管理成本，节约土地资源，实现加油与加氢合建站的可持续发展。简要分析了油氢合建站的优势，从功能分区、建设方案、建站等级、安全管理及日常运维等多角度介绍了合建站的特点; 剖析了国内外加氢站建设标准和规范发展现状，以加氢站技术规范GB 505162010 为切入点，对我国加氢站设计与建设标准的制定提出了合理化建议。分析结果可为加氢站项目建设或标准、规范修编提供参考。氢能因其具有清洁、高效、安全、可持续发

2、展的特性，被视为 21 世纪最具发展潜力的清洁能源1。氢能社会建设步伐的快速推进，对缓解能源紧张与环境污染问题显得尤为重要2。欧美、日本等国和地区制定了详细的氢能产业规划和发展路线图。我国高度重视氢能和燃料电池产业发展，得到了国家多部委、地方政府的持续关注36。国家将推进加氢站建设写进 2019 年政府工作报告，意在推动氢能基础设施建设。中国氢能产业基础设施发展蓝皮书( 2016) 首次提出了中国氢能产业的发展规划图，提出到 2020 年实现 5 000 辆级规模在特定地区公共服务用车领域的示范应用，建成 100 座加氢站; 2025 年实现 5 万辆规模的应用，建成 300 座加氢站; 20

3、30 年实现 100 万辆燃料电池汽车的商业化应用，建成 1 000 座加氢站7。加氢站在国内起步较晚，设备供应商设备质量、工程建设及现场运营水平参差不齐812。国家、地方层面对加氢站方面的规划、标准建设相对滞后。与氢能产业链相关的技术标准、行业规范也在加紧制定和完善中1316。加氢站大多选址离目标市场较近的区域，用地十分紧张，由于加氢站介质的特殊性及高压力等级，其安全、稳定及可靠运行问题备受社会关注10，14，16，因此管理部门在新建加氢站用地、环评审批等环节比较谨慎。我国约有 10 万座加油站17，加油站遍及祖国的大江南北，改造加油站为加油加氢合建站仅需在原有加油站内新增氢气相关设施，解决

4、现有加氢站土地规划、行政审批等问题。同时由于燃料电池车的大规模推广，必然导致燃油车数量减少、汽柴油需求的降低。将加油站改造为油氢合建站可以盘活加油站资产，提高土地使用效率，靠近终端客户，便于统一管理，减少危险性场所数量，因此，对于加油站与加氢站的合建进行探讨是很有必要的。1油氢合建加氢站优势油氢合建站是依靠已有加油站而建，被认为是目前加氢站建设的最佳方式。部分加油站具备油氢合建站的基本条件，有足量的土地以及跟周边设施的距离满足加氢站技术规范( GB 505162010) 的要求18。这不仅可以有效节约土地成本，而且可以依靠已有加油站销售网络，带来比较稳定的客户，形成一个可持续发展的加氢基础设施

5、推广新模式，从而体现出建设油氢合建站的可行性。同时，现有加油站已有多年运营经验，在设备维护、安全管理以及人员素质方面都有得天独厚的条件，为油氢合建站的建设和示范运行提供了基本保障。油氢合建站模式主要优势在于: 可以有效、快速地解决加氢站的规划布局和建设问题; 节约土地，减少城市近郊、远郊土地供应压力; 油氢共存，靠近终端客户，方便车辆加注氢气; 合理利用现有加油站人力资源和管理制度，便于统一管理，提升加氢站运营管理水平; 油氢合建站可以减少危险性场所数量，尤其是城市建成区危险性场所数量，有利于保障城市居民生命安全。鉴于加氢站建设和运营的经济性是制约其发展的关键因素，综合分析来看，油氢合建站是满

6、足未来相当长时间内油、氢燃料电池车共存期能源补给的最佳方式。2 合建站建设方案及要点2. 1 功能分区油氢合建站总图布置需要考虑两方面因素，一个是合建站内设施之间，以及站内与站外建构筑物的安全间距19; 一个是功能划分，满足合建站内加油、加氢车辆的合理车行流向。油氢合建站需要实现功能区严格划分和相对隔离，确保合建站内加油、加氢安全。一般而言，将合建站分为加油设备区、加氢设备区、加油加注区、加氢加注区、商业区等五个功能区域。根据合建站实际情况，功能区域可以灵活调整。加油区和加氢区地面设置隔离沟，或者加氢区地面略高于加油区，避免逸散的油气向加氢区扩散。加氢设备区设置有长管拖车、卸气柱、压缩机、储氢

7、罐或储氢瓶、顺序控制盘、冷水机组或冷冻水机组等设施。从减少占地、便于管理等角度出发，加氢设备区的设备多采用模块化设计，缩短现场施工周期。加氢设备区多采用封闭管理模式，利用栅栏或围墙等形式形成封闭区域，防止非工作人员进入。2. 2 建设方案两种常见的合建站平面布置方案分别如图 1、 图 2 所示。针对既有加油站内增设氢气加注功能，可以采用固定储氢设施和移动储氢设施两种模式。如图 1 所示，在站房东侧增设加氢区域，在此区域内完成卸氢、压缩氢气、储存氢气和氢气加注。此区域为围墙或栅栏形成的封闭区域，设置有警示标志，严禁人员随意进入该区域。另外，可以利用现有加油岛改造为加氢岛20，加氢岛和加油岛可共用

8、一个罩棚或做简单的改造，不需要进行额外建设，如图 2 所 示。为了减少车辆、人流对加氢管线布置的影响，加氢岛与储氢罐之间管线设置于管沟内，在不填沙情况下管沟上铺设带孔盖板，防止氢气聚集; 在管沟填沙情况下可以铺设不带孔盖板。新建油氢合建站，需要综合考虑站址选择、油氢的预期需求量、氢气气源的远近、与周边设施的安全距离等多重因素。合建站的设备布局需要满足安全间距、环保、消防安全相关标准和规范要求。加油加氢车辆进出站的路由优化，避免加氢车辆与加油车辆相互干扰。普通加油站电力容量在 50 kVA 左右，增设加氢设施后，需要进行电力扩容以满足用电负荷。根据国家 标 准供配电系统设计规范GB 50052

9、2009 的规定，加氢站用电负荷等级按照三级负荷设计。为便于统一管理，加油站控制需求建议整合到加氢站自控系统中。可燃气体检测仪系统、火灾报警系统、安防监控系统、声光报警系统需要进行集中管理。站内地坪雨水通过明沟及雨水口收集，通过雨水管道输送出边界，最终进入市政污水管道，进市政污水管道前设置隔油设施。站内给水、消防系统主要依托市政给水管网及消防设施，并根据规范要求设置手提式及推车式小型灭火器。2. 3 合建站等级现行国家标准汽车加油加气站设计与施工规范GB 501562012( 2014 年版) 中第 3. 0. 9 条( 见 表 1) 规定了加油站等级。按照加氢站技术规范GB 50516201

10、0 规定，加氢站对站内氢气总容量和单罐容量进行了限定，参见表 2。目前加氢站大多为三级加氢站或二级加氢站，一级加氢站数量极少。由于氢气压力高，单罐容量少有大于 500 kg，均能满足标准要求。油氢合建站的等级划分参见表 3。从表中可以看出，一级加油站内不得合建加氢站，二级加油站内与二级加氢站、三级加氢站合建后上升为一级油氢合建站，两种等级的三级加油站与二级加氢站合建后均升级为一级油氢合建站，三级加油站( 30 m3 V60 m3 ) 与三级加氢站合建时，升级为二级油氢合建站，三级加油站( V30 m3 ) 与三级加氢站合建时，仍为三级油氢合建站。现有加油站增设加氢站，除了需要符合城市规划、环境

11、保护和节约能源外，还需要满足消防安全。另外，根据标准规定，在城市建成区内不应建设一级加氢加油合建建站。2. 4 合建站的安全问题为确保加氢站的安全稳定运行，不论是在加氢站选址、设备布局、工艺及工程设计阶段，还是设备选型、施工、验收、运营过程，都必须严格按照相关标准和规范开展工作。如: 指导加氢站设计的加氢站技术规范GB 505162010、加氢站安全技术规范GB /T 345842017 等。GB 505162010 对站址选择、总平面布置、安全间距、加氢工艺与设施、消防与安全设施、建筑设施、给排水、电气装置、施工安装验收及运营管理等方面做了明确的规定。合建站内加氢机、储氢罐、压缩机间、可燃气

12、体调节阀组间与加油站内埋地油罐、加油机、密闭卸油点、站房的间距见表 4。国外加氢站工艺设备布置紧凑，与国外同类型加氢站安全间距相比，我国规范的安全间距仍有缩减的空间，从而利于用地布局。氢气的爆炸极限 4. 0% 75. 6%( 体积浓度) ，在设备布置、顶棚设计等需要考虑泄漏气体扩散条件，避免氢气的积聚21。氢气燃烧时的火焰无颜色，肉眼不易察觉，因此具有较高的火灾危险性。一般应在压缩机、储氢罐附近及加氢机顶部设置 1%氢浓度探测和红外火焰探测装置，站内布置地震监测设施。2. 5 合建站的运维在油氢合建站运维方面，为了满足终端用户燃油或氢气需求，在加油站入口合适位置标注本站是否具有氢气加注服务功

13、能，将加氢区和加油区进行区分，避免燃油加注车辆挤占加氢车辆位置。在加氢站运营安全管理方面，加氢站运维人员上岗前必须经过专业培训，持证上岗; 安排专职安全人员巡查，对安全阀、控制阀等定期校验; 卸车、加注过程要有专人进行操作; 定期按规定的路线或先前制定方案进行巡检，发现问题及时处理或向上级汇报，确保巡检路线、逃生通道的通畅。站内需要制定详细的操作规定和管理制度，尤其是应急预案的制定和定期进行演练，根据实际情况进行预案的完善。如果氢气管道铺设在管沟内，管沟内积水需要及时外排，避免氢气管线浸泡在水中。加氢设施区域需要设置围栏或围墙，防止无关人员进入加氢站工艺设备区、控制室，严防明火; 加氢枪软管气

14、密性检查，定期更换。3 合建站标准浅议3. 1 国外加氢站标准现状欧美、日本等国家是最早开展氢能技术开发与应用的国家。据不完全统计，国外针对燃料电池用氢气加注站制定了专门法规、标准的国家有近 10 个，例如: 美国NFPA 2、英国BCGA CP33、日本高压气体保安法、德国VdTV Merkblatt、韩国KGS FP216、法国la rubrique N1416及意大利egulation 2006083122等。除此之外，美国动力机械工程师协会( American Society of Mechanical Engineers，ASME) 发布的 SAE J26012016; 国际标准化组

15、织( ISO) 发布的 ISO/TS 19880 等技术标准，对加氢站、氢能产业相关领域做出了明确规定。3. 2 国内加氢站标准现状国内氢能和加氢站标准大多是近十年颁布的，主要集中在加氢站设计、建设、安全及关键设备等。表5 列出了部分氢能及加氢站相关标准。2005 年国家建设部和质监局联合颁布了升级的氢气站设计规定GB 501772005，对国内新建、改建、扩建氢气站、供氢站及厂区设计提供依据; 2010 年国家建设部和质监局再次联合颁布了加氢站技术规范GB 505162010，对国内加氢站设计、建设起到了积极的指导作用。2019 年 8 月国家住房和城乡建设部委托中国石化集团公司主持修编汽车

16、加油加气站设计与施工规范，修订的主要内容之一是增加油氢合建加氢站的技术要求，以适应氢燃料电池汽车的发展。2020 年 6 月 12 日住房和城乡建设部公布了汽车加油加气加氢站技术标准( 征求意见稿) 加氢站技术规范( 局部修订条文征求意见稿) ，征求意见稿分别对原标准进行了局部的修编和内容补充。3. 3 加氢站技术规范讨论加氢站技术规范GB 505162010，为国内加氢站、合建加氢站工程设计、设备采购、施工及验收等提供了依据，是加氢站安全运行必须遵守的技术标准之一23。2010 版加氢站技术规范发布时，国内加氢站建设屈指可数，对加氢站建设实际情况考虑较少，加氢站技术规范部分条款操作性不强。随着近年来加