如何保证CNG加气站的运行安全
刘锡麟
原发表于《安全》杂志2000年第10期
新浪博客《秋林红似火》
摘 要：本文通过对进口设备保安措施的剖析，阐述了CNG加气站的工作特点和运行规律，并依据笔者的实际经验，提出了保证加气站安全运行的基本原则和科学方法。可为CNG加气站的工作人员提供一个有益的借鉴。
关 键 词：天然气 加气站 安全
一、加气站的安全综述
⒈安全是保证加气站正常运行的关键
天然气是一种可燃气体，在特定的条件下有发生爆炸的危险。在加气站系统运行过程中，天然气又总是处于高压状态，压力高达25Mpa。这种苛刻的条件，对系统设备的质量及周围环境，都提出了很高的要求。一旦发生不安全事故，必将对人民的生命财产造成重大损失，同时也会对天然气汽车产业的健康发展产生不良影响。对于气、柴油，液化石油气和CNG的混合加气站，移动式加气站等，安全防范措施的强化还需提高一个等级。因此安全是保证CNG汽车加气站正常运行的关键，决不能有丝毫的松懈和大意。
⒉天然气是最安全的可燃气体
⑴天然气比空气轻
天然气密度为0.7kg/m3左右，对干空气的相对密度为0.58－0.62（甲烷的含量不同该数值不尽相同），几乎是空气的一半，即使有泄漏，在空气中会迅速扩散，很难形成遇火燃烧的浓度，不易形成可燃性混合气体，也就不易发生火灾。
相比之下，汽油有很强的挥发性，极易和空气形成可燃性混合性气，遇微小火花即燃。因此，在汽车漏油后发生火灾是常见的事故。
⑵天然气的燃点高
天然气燃点在650℃以上，比汽油燃点427℃高出223℃，显然遇火天然气比汽油更难于点燃。所以天然气比汽油更安全。
⑶天然气的爆炸极限高
相对空气的含量，天然气的爆炸极限是4.7%～15%，在自然环境中形成这一条件十分困难；而汽油的爆炸极限是1%～5%，天然气比汽油高达2.5～4.7倍，即在同样条件下天然
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气比汽油更难于爆炸了。
⑷压缩天然气释放时强烈吸热
压缩天然气释放过程是一个强吸热过程，当压缩天然气从容器或管路中泄漏时，泄孔周围会迅速形成一个低温区，甚至结冰，使天然气燃烧困难。
通过以上分析可知，天然气虽是可燃气体，但是只要掌握了它的物理特性，科学使用、规范操作就不会发生意外事故。
⒊CNG加气站是在完全封闭的条件下运行
在CNG加气站上，压缩天然气的生产、储存和加注都是在系统严格密封的条件下进行，泄漏的可能性很小。相反，加油站中汽油的储存和加注，虽是常压状态，但其油罐、油箱和加油并无严格的密封措施，皆与大气相通。由于汽油的高挥发性，尤其在汽车加油时，在油箱附近容易和空气形成可燃性混合气，遇火即燃，发生火灾。
⒋加气站的储气瓶组质量可靠
加气站的储气瓶虽然工作压力高达25Mpa，但在制造要求和质量保证上比汽油罐和汽油箱要严格的多。CNG储气瓶属于高压容器，它的设计制造必须严格按照国家有关的压力容器标准进行，生产厂必须取得制造许可证，每批产品必须经过压力容器监检部门认可的十余种试验合格后方可出厂。
⒌实践证明CNG汽车系统是最安全的
根据国外报道，意大利在推广使用压缩天然气汽车的30年历史中，不曾发生过因压缩天然气而引起的任何伤亡事故。美国曾从1970年以后的汽车事故中抽样调查了1300起碰撞事故，没有一起爆炸事故与天然气系统有关。在180次车辆尾部碰撞事故中，也没有因储气瓶而产生过伤亡的纪录。这个安全指标覆盖面超过2400辆车，总行驶里程约3亿公里。荷兰在试验中以每小时70公里的速度碰撞被加压的储气瓶，容器未破坏。大量实践已经证明CNG汽车比汽油汽车安全。
⒍保证加气站安全的方法和途径
这在国内外的认识上是有差距的。国内是通过距离来保证安全的，国外先进国家则是用技术来保安全。这可从下面的标准比较中清楚的看出：
项 目 美国标准 新西兰标准 我国行业标准 ⒈防火间距
明火花地点 ≮3m ≮3m 30m
重要公共建筑 ≮3m ≮2.5m 30m 主要道路街道 ≮3m ≮5m 20m ⒉站内设备安全距离*
压缩机房－低压配电间 5m
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压缩机房－储气瓶棚 3m 低压配电间－储气瓶棚 5m 压缩机房－售气机棚 ≮3m ≮4m 3m 低压配电间－售气机棚 ≮4m 5m 调压系统－压缩机房 ≮6m 售气机棚－储气瓶棚 ≮1m ≮2.5m 3m
*国外的指标中皆不包括建筑物，如房和棚，仅指设备与设备之间的直接距离，所以
远远小于国标距离。
我们从四川等地所建的国产加气站可以见到，由于加气站的设备之间以及和周围的建筑物间的距离很长，占地面积很大；但从国外CNG加气站的多次考察中，却给我们留下了极为深刻的印象，他们所建的加气站不但占地面积十分小，几乎没有建筑，设备全部露天放置。产生这一现象的原因，自然是由于国内工业基础相对落后，技术水平低，加之CNG汽车产业的发展滞后所造成的。现正在逐步发生变化。
⒎自动化程度较高的橇装式压缩机站是加气站的最佳选择
通过对国内外许多CNG加气站设备制造商的考察和调研，我们选择了美吉国际公司（ANGI international ,LLC）的加气站设备作为我们推广的样机。其中的橇装式压缩机站技术先进，自动化程度较高。经过几年的推广应用，我们认为该设备的确名不虚传，性能优异、安全可靠，是CNG加气站设备的理想选择。
二、安吉公司橇装站的安全监控和保护措施
设备与系统在设计以及制造过程中所采用的安全措施，是保证CNG加气站安全运行的先决条件，加气站所选设备首先必须满足安全可靠的基本要求。我们现就美吉公司橇装式压缩机站的安全监控系统和保护措施予以分析。
⒈橇装结构，使主要设备都集中在一个封闭的金属箱体（类似集装箱）中，该箱体具有防雨、降噪、和便于运输等优点，在发生危险时还具有隔爆作用。
⒉防爆设计，橇装内和售气机中所有电机、控制箱、阀门、仪表、管线等均采用了防爆元器件和防爆措施。仅有电机起动器不防爆，但装在远离压缩机站的地方。
⒊集中排空系统，压缩机停机后滞留在系统中的气体；各气动阀门的回位气体；安全阀释放的气体；压缩机润滑系统所泄漏的气体；各级凝聚过滤器所排出的气体；以及售气机软管中的剩余气体等，皆集中通过压缩机站顶部的排空系统，排放到大气中去（部分在未超过安全压力之前，先进入回收罐）。
⒋紧急关闭阀，在压缩机入口前，压缩机和气瓶组与售气机之间，安装了两组紧急自动关闭阀，在系统中多处安装了单向截止阀，一旦系统出现异常情况（如局部泄漏使该处压力下降；管路或系统堵塞，造成压力升高，以及突然断电等），机组会自动关闭，确保天然气封闭在系统中，不会泄漏，也不会倒流。
⒌手动紧急制动阀（ESD按钮），系统在压缩机站主控制屏上，橇装外墙壁上，以及售气机旁分别安装了三组手动紧急制动阀，一旦出现异常情况，自动控制系统未动作或者失灵时，可保证人工能及时切断电源和气路。
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⒍强劲的风冷系统，可在橇装内产生8级以上的强风，保证机组运行时，即使系统有天然气泄漏，也会立即被排出到大气中，决不会产生爆炸的危险。
⒎橇装内天然气泄漏报警器，确保在停机时一旦有天然气泄漏可立即报警（一般设定为天然气在空气中的含量等于爆炸下限的20%时）。
⒏露天安装的橇装结构，即使出现一些泄漏也会立即扩散到空气中，可保证机组是安全的。
⒐安全阀，整个系统共设置了16个安全阀，分别保证压缩机各级出口压力、回收罐最高压力、储器瓶组压力、高压管路、以及售气机压力等关键环节不会超压，否则安全阀会自动泄压，确保系统安全。
⒑控制系统的重点在确保运行安全。在关键环节和重点部位都设置了各种传感器，以保证某部位出现异常，如压缩机入口压力过高、润滑油压过低、压缩机出口温度过高等，都可使控制系统及时感知，并立即紧急停机。
⒒计算机远程监控功能，可使管理人员在远离压缩机站的营业室，甚或公司的集中控制室里，即时发现加气站的工作异常情况，并采取紧急措施。
⒓售气机的自动关闭阀，售气机加气软管和售气机之间采用特殊连接方式，如果司机忘记仓促开车，加气和软管被汽车带走时，该软管能自动和售气机脱开，并自动关闭出气管道，确保天然气不会泄漏。
三、加气站建设所依据的主要标准
加气站的相关标准，是各个国家多年来在加气站设备制造和和建站方面的经验总结，是我们从事CNG加气站这个行业所应遵循的技术法律依据，也是加气站安全的基本保证，必须不打折扣的严格执行。
⒈美国国家标准
⑴NFPA52－美国压缩天然气汽车燃料系统 ⑵NFPA70－美国国家电子标准
这两个标准为美国国家消防协会（NFPA）所制定 ⑶ASME/ANS/B31.3－美国化工和炼油厂管道标准 ⑷ASME 8－美国锅炉和压力容器标准
这两个标准为美国机械工程师学会所制定
以上四个标准为美国CNG汽车行业必须严格执行的基本标准，是设备设计、制造和加气站建设的依据，许多国家都参照执行。安吉公司所生产的加气站设备完全符合这些标准的要求，安全可靠。
⒉我国压力容器标准
⑴GB150－95钢制压力容器 ⑵JB4730-94压力容器无损检测
⑶（81）劳总锅字7号压力容器安全技术监察规程 ⑷GB3323-87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级
⒊我国燃气和管道标准
⑴GB5028-93城镇燃气设计规范
⑵GBJ236-82现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
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⑶SY4060-93天然气净化装置设备与管道安装工程施工及验收规范 ⑷GB/T14976-94流体输送用不锈钢无缝钢管
⒋CNG加气站的设计和建设标准 ⑴SY/T7546-96 汽车用压缩天然气
⑵SY0092-98 汽车用压缩天然气加气站设计规范
⑶GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 ⑷GBJ232-82电气装置安装工程施工及验收规范
四、设备的制造、安装和系统调试
⒈压力容器
CNG加气站中的压力容器主要包括四种：
⑴储气瓶组 工作压力 25Mpa ⑵干燥器 设计压力 1.6MPa ⑶脱硫过滤器 设计压力 1.6Mpa ⑷回收罐 工作压力 4.14MPa
这四个压力容器中，前三个我们采用国产设备，按上述我国压力容器标准设计制造；回收罐是作为橇装式压缩机站的组成部分，从美国进口，是按照美国ASME标准设计制造的，并取得了我国进口许可证。
其中的储气瓶组长期工作在25Mpa的高压下，并承受着很高的疲劳强度，它的可靠性直接影响着加气站的运行安全。因此储器瓶组的质量和运行安全至关重要。必须做到两点：
①所选用的气瓶，必须是按国家规定的压力容器或气瓶标准设计，具有生产许可证的国家定点生产厂生产的合格产品；
②加气站的天然气净化系统（干燥、脱硫）必须保证输出的天然气的含水量（水露点在
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工作压力下低于环境温度5℃）和硫化氢含量（≤20mg/m）符合行业标准。否则气瓶可能因应力腐蚀而损坏或缩短使用寿命。
⒉压力管道
⑴低压管道的安装: 低压管道的安装包括，焊接和探伤等工序。首先要选择压力容器标准规定的管材和焊材，并采用相应的焊接工艺，由持证焊工施焊；第二步，对焊缝进行无损探伤合格；第三是耐压和气密试验，可在现场结合系统调试进行。 ⑵高压管道的安装：
高压管道为不锈钢无缝钢管，其安装分两部分进行。其中地下部分采用焊接的方法，地上部分采用管接头连接的方法。地下部分的焊接和探伤必须在工厂进行，应采用脉冲氩弧焊，焊缝应作100%的 X射线探伤合格，然后进行水压实验，合格后方可到现场安装；地上部分所用接头必须是优质产品，并按规范操作，高压管道的气密试验可结合系统调试进行。
⒊系统的气体置换和气密试验
⑴系统管道气密性试验宜用空气或惰性气体进行，亦可直接用天然气作为介质，将气密试验和气体置换合并进行，但必须严格按规范程序操作。
⑵系统置换要分段进行，首先对干燥器前的计量输入段进行置换。需注意的是，这时有
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可能排出长期存在地下管道中的积水； 第二，置换干燥器；第三，置换脱硫装置；第四，置换回收罐和压缩机系统；第五，置换储气瓶组。
⑶气体置换和气密试验的程序。用管道含硫天然气缓慢地置换系统中的空气。此阶段含硫天然气的流速应在每秒5ｍ范围内，当排出口气体的含氧量低于2%时再保持原速度持续5分钟，即为置换结束。
低压系统气密试验在气体置换过程中进行，用肥皂水检漏。高压系统气密试验，利用机组压缩机加压，压力每升高15%—20%，停机稳压至少10分钟，用肥皂水检漏，直到规定压力，无渗漏即为合格。
⒋防雷和防静电接地
⑴站区配电和控制室、压缩机组、储气瓶组、干燥器、售气机的防雷等级应符合GBJ57-83《建设防雷设计规范》第二类的规定。接地电阻应小于10Ω。
⑵加气站的静电接地设计应符合HGJ28-90《化工企业静电设计规程》的规定。静电接地电阻应小于1Ω。（美国ANGI公司CNG加气站技术要求）
⑶加气站下列设备应采取防静电措施：
①储气瓶组应设一接地桩，和系统地相连； ②每个售气机应设一接地桩，和系统地相连： ③压缩机组的橇装壳体应与系统接地相连；
④干燥器、脱硫过滤器也应分别设一接地桩，和系统地相连； ⑤所有线管、配电柜外壳和安有仪表的柜门等都应接地。 ⑷防雷接地必须和加气站系统接地分开单独设立。
五、强化人员的素质教育和技术培训
⒈提高工作人员对天然气的科学认识，既不能掉以轻心，也不要胆怯害怕，一切按科学规律办事；
⒉工作人员不仅要熟悉设备的工作原理，还要能够熟练的进行操作、维护和保养； ⒊工作人员要有高度的责任心和一丝不苟的工作精神，爱护设备，精心保养，确保系统始终处于良好工作状态；
⒋工作人员遇到异常情况时不要惊慌失措，要沉着冷静，认真分析，查明原因并按程序排除故障；
⒌工作人员要认真学习消防知识，熟练掌握各种消防技能； ⒍工作人员应刻苦学习不断进取，努力提高自己的技术水平和业务能力，才能驾驭自动化程度较高的加气站设备，确保安全运行。
六、规范安全操作
尽管进口的橇装式加气站设备自动化程度高，安全可靠，但也不能因此而疏忽大意，还必须认真做好以下几点。
⑴严格按使用说明书规范操作。
⑵每天做到四勤，发现异常情况，一定要尽快查明原因，或紧急停车。 ① 勤听：每天听声，是否有chi-chi的漏气声； ② 勤摸：各管接头处是否冰凉，是则说明漏气； ③ 勤看：是否有结霜现象，有则说明漏气；
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④ 勤闻：是否有臭味，有则说明漏气（一般城市管网中的天然气都作了加臭处理，但安装了脱硫装置的可能闻不到）。
⑶建立严格的运行纪录和交制度，每天必须详细记录各个技术数据，包括维修纪录。 ⑷严格执行防火制度，进入站区不能带任何火源，传呼机、手机关机，汽车熄火后加气。 ⑸对于没有许可证或私自改制的不合格车辆、固定不牢的气瓶或没有置换的气瓶不得加气。
⑹售气机附近应设置接地桩，汽车加气时应用导线将汽车的金属部件和接地桩相连，以防静电打火。
做好了以上几点，CNG汽车加气站不但可安全运行，还可为改善我国能源结构、加强环境保护、促进天然气汽车产业的大发展做出贡献。
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