立体式压缩天然气加气站建设

朱富斌

(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆400016)

随着经济的发展，环境污染问题越来越突出。城市大气污染中79.5%的CO、74%的NOx和34%的碳氢化合物是机动车辆排放的。随着环境保护意识的不断增强和石油价格的飞涨，汽车能源结构也相应发生了一些变化。其中，压缩天然气(CNG)汽车经过多年的推广，其安全性、经济性逐步得到各方认可。CNG汽车的安全运行以及良好的经济、环境效益，对CNG汽车的发展起到了有力的推动。现在使用天然气的城市都将天然气加气站纳入城市重要的基础设施，但由于许多使用天然气的城市未将加气站用地列入城市规划中，给加气站选址及建设带来一些困难，特别在一些城市加气站选址时，遇到地形条件较差、场地标高相差较大的地块，如何经济、安全利用地形建设加气站是摆在各部门面前的一道难题。本文拟结合工程设计建设中的实际情况，对利用地形高差，局部突破现有加气站设计规范规定建设立体式加气站进行探讨。

1 加气站的建设方式

加气站分为常规加气站、加气母站、加气子站。

常规加气站每个站内均有进气、压缩、脱水(脱硫)、储气、售气系统及相关的设备,各站从城市燃气管道或城市调压站接气，其中前者受管网供气影响较大，在民用气高峰时，加气站天然气进气压力会下降；后者只有在调压站附近才有条件，天然气供气压力较稳定。

将加气母站建设到天然气进气压力高的城边地区，再将生产的压缩天然气通过气瓶车运到城区的加气子站，彻底摆脱城市天然气管道敷设难、压力低的缺点。但气瓶车行走路线受城市道路管理及其他因素影响也较大。

加气站是直接对各类车辆加气的场所，因此在满足规划及气瓶车运输方便安全的前提下，尽量选择在车流量大的道路附近。

2 加气站选址原则

CNG加气站属易燃易爆甲类火灾危险生产场所，选址首先要考虑的是安全问题。选址的安全性应符合下列要求。

① GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》(2014年版)第4.0.8条规定：储气瓶距离重要公共建筑物不得小于50 m，储气井、加(卸)气设备、脱硫脱水设备、压缩机(间)、集中放散管管口距离重要公共建筑物不得小于30 m。

② 加气站选址应避开居民稠密区和人员密集的繁华地段，以减小事故对人员的危害。

③ CNG加气子站的规模一般为(1～2)×104m3/d，常规加气站控制日供气量(2～4)×104m3。加气站规模大，占地面积相对较大，要求安全间距大，城市区域不易满足，发生事故对周围危害也大，且容易造成车辆拥挤而堵塞交通。

④ CNG加气站与站外民用建筑，以及与明火和散发火花地点的防火间距及安全评价标准应满足GB 50156—2012(2014年版)等规范的规定。

⑤ 加气站选址，应符合城市规划和道路交通规划，处理好方便加气和不影响交通的关系。

⑥ 加气站应选择在城市交通干道的边缘和车辆出入方便的次要干道上，以保证有较大的车流量和方便加气。

⑦ 气瓶车尽量减少通过城市主干道、主要的大型桥梁。

3 加气站建设中遇到的问题

随着各地城市建设的高速发展，给加气站的选址带来越来越大的困难，加气站建设用地从“挑地”变化到“抢地”。建站位置及地形情况也越来越复杂，给加气站的建设带来更多的挑战。工程建设中遇到的主要问题如下。

① 周围建筑物较多，包括一些大型企业、大型建筑物等，对安全防火距离要求高。

② 地形高差大、地形较复杂、地质条件差等，采用挡墙之类处理占地面积大，工程建设费用高。

③ 加气站周围交通复杂，存在地面轨道交通、地铁等情况。

④ 用地面积较小，只能满足加气站基本功能，扩展性较差。

4 常见立体式加气站建设形式

基于工程建设中遇到的一些问题，各方提出了一些新的思路和构想，其中之一就是提出并形成了独特的立体式加气站建设模式。本文探讨的立体式加气站是指常规加气站各生产设施分布在不同的标高面上，标高相差较大。立体式加气站可分为以下几类。

① 第1类：无架空平台立体式加气站。这类加气站是由于站内地形有高差，将加气站内生产区和对外销售区布置在不同的标高层面上，以节约土建工程投资。其典型布置见图1。

图1 无架空平台立体式加气站

② 第2类：单层架空平台，平台下部无生产、交通等设施，加气站生产设备均地面布置。这类加气站由于站内地形有高差，为将站内主要标高控制在一个层面上，将挡墙以外部分利用钢筋混凝土架空平台，将地形控制在一个标高，将站内生产设施布置在平台上，达到方便管理、节约用地和节约投资的目的。这类立体式加气站的平台下部没有利用。其典型布置见图2。

图2 有单层架空平台，平台下部无生产、交通等设施

例如重庆市綦江天然气公司拟建设沙溪加油加气站，用地面积只有3 500 m2，拟建场地地势东高西低，标高在214.51～227.14 m，地形自然坡度较大。如果采用高挡墙，则无法承受压缩机的频繁振动，而且用地将减少。经过设计方案比选及优化，采用钢筋混凝土架空平台方案，将卸油、天然气预处理及压缩设施设置于平台上，这样有效增大使用面积，从而创造出高效、亲和、舒适的工作环境。沙溪加油加气站总平面图和横断面图分别见图3、4。

图3 沙溪加油加气站总平面图

图4 沙溪加油加气站横断面图

③ 第3类：单层架空平台，平台下部有辅助生产设施或道路，加气站生产设备均地面布置。这类加气站与第2类布置基本相似，主要区别在于平台下面布置有其他非明火类辅助生产设施或营业设施，或将平台下部用于非重要道路等，使平台下部得到充分利用。这类布置平台上下部面积都得到充分利用，其典型布置见图5。

图5 有单层架空平台，平台下部有辅助生产设施

④ 第4类：单层架空平台，平台下部有加气站生产设施。这类加气站与第3类主要区别是平台下部的利用方式不同，为了充分利用场地面积，将加气站部分生产设施布置在平台下，平台上部可以是生产设施，也可是非生产设施等。该布置根据高差和周围情况，分为地下式(平台高差大约8～10 m，高差较小，有两个面或3个面不能自然通风和泄压)和非地下式(平台高差10 m以上，高差较大，有两个面或3个面能自然通风和泄压)。其典型布置见图6。

图6 单层架空平台，平台下部有加气站生产设施

例如重庆市南岸区金马燃气公司拟在明家路建设一座加气站，红线范围内面积只有1 595.4 m2，场地高差6～7 m。而消防部门要求站内建、构筑物与站外建、构筑物的防火间距全部考虑在站内，站内设施按防火间距布置，满足不了要求。拟充分利用原场地，按上下两层布置，设计中将脱硫区、压缩机、储气井、仪表间、配电室布置在下层，加气岛、站房、循环水池布置在上层。经过设计方案比选及优化，采用钢筋混凝土架空平台方案，项目最终建成投产。该加气站纵断面图见图7，上层实景图和下层实景图分别见图8、9。

图7 明家路加气站纵断面图

图8 明家路加气站上层实景图

图9 明家路加气站下层实景图

⑤ 第5类：多层平台立体式加气站。这类加气站由于场地地形高差较大，利用地形可以设置多层平台加气设施，可在二层及以上的架空平台同时对汽车加气。其典型布置见图10。

图10 多层平台立体式加气站

5 立体式加气站建设的可行性

从立体式加气站的分类来看，第1类、第2类立体式加气站与现行规范不存在冲突，只是利用了地形高差，将不同生产区域分布在不同标高平台上，平面防火间距均能达到现行规范的要求，各管理部门审批设计均有法可依，不存在规范障碍，因此都能通过。

后面几类立体式加气站由于是立体布置，在平面位置的防火距离与现行规范的规定不相符合，给设计、建造审批带来一些麻烦，因此在许多地方都存在不能通过的情况，但是后面几类加气站有许多优点，主要体现在以下几个方面。

① 节约用地

由于立体式加气站采用了架空平台方式，架空平台下部的面积得到利用，相当于将现有的加气站用地面积扩大近1倍，在地价高昂的今天，土地投资已成为许多加气站最大的单项投资，扩大使用面积，无疑是节约投资、降低加气站成本的一种手段。

② 提高了土地的利用价值

传统的选站思路多将加气站选择在地形高差小、场地比较简单的地方，但这类条件比较好的地点越来越少，选择余地也比较小，因此，将一些地形条件不好的地块通过技术手段用于建设加气站，提高了土地的利用价值。

③ 减少了地面建筑数量，降低了工程投资

由于利用了架空平台，如将压缩机室、变配电间等放置在平台下，减少了地面上建筑数量，提高了视觉美感。减少加气站内建筑数量，节约了投资。

④ 减少了生产噪声对周围环境的影响

压缩天然气加气站生产噪声较大，处理不好，对周围影响较大，特别对居民住宅的影响难以接受。在平台下部布置压缩机，用地面积大，位置低，噪声处理比较容易，费用相对也较低。相比地面上布置压缩机方式，噪声影响更小，更易治理。

⑤ 提高了加气站的加气量

由于单层或多层加气平台的设置，增大了加气站的生产面积，扩大了加气区域面积，方便车辆进出，提高了加气速度。同时也为增加生产设备提供了条件，因此为扩大加气量创造了条件。

基于立体式加气站的许多优点，为了建设立体式加气站，各地采取了通过组织规范管理组、设计、消防、安全方面的专家评审设计方案方式，试点建设了一批立体式加气站。多年的运行证明，立体式加气站在采取必要的安全措施、加强经营管理、加强人员操作技能培养条件下，是能够满足安全运行的。

6 立体式加气站安全措施

由于下层布置的脱硫、压缩、储气系统是易发生泄漏的设施，它们处于相对密闭的空间，一旦发生天然气泄漏，积聚到一定浓度，会发生爆炸，其后果比较严重。因此应采取预防为主的安全技术措施，确保不出现天然气积聚的情况发生，变被动管理为主动管理。在设计、管理中采取的一些安全措施如下。

① 总平面布置安全措施

总平面布置根据工艺流程要求及自然地形条件，将加气站按上下两层或多层布置，上层采用架空平台结构。将与站外安全距离要求最高的脱硫脱水、压缩机、储气井布置在下层，仪表间、配电室也可布置在下层；加气岛、站房、循环水池布置在上层。在加气站边设楼梯，便于员工上下方便。这样平台上层对外加气，下层布置生产和辅助生产设施。

② 工艺系统安全措施

根据工艺要求，原料天然气管道选用20#输送流体用无缝钢管，压缩天然气管道采用高压锅炉用无缝钢管，材质为不锈钢。选用优质阀门，确保使用寿命。

除压缩天然气管道与设备采用高压卡套连接外，其余管道采用焊接连接。站内焊接连接的管道焊缝100%采用X射线照像检验，质量不得低于NB/T 47013—2015《压力容器无损检测》规定的Ⅱ级。

③ 防止天然气泄漏并积聚的措施

压缩机组及储气井为甲类生产区域，在平台下部压缩机组上方设有可燃气体浓度检测装置，在平台下方设强排风系统，设置通风管及轴流风机，当发生天然气泄漏时，报警并自动开启强制排风，避免天然气积聚发生危险。储气井管道上设有安全阀、压力表，可方便观察压力，同时在意外时，可通过安全阀放散泄压，且不能排放在室内。

泄放系统分为高压气放散和低压气放散两个系统，高压气放散系统负责压缩机及之后的设备管道的放散，低压气放散系统负责进气系统和净化系统的放散。放散管均引到上层平台并高于加气棚2.0 m进行放散。

④ 电气、仪表系统安全措施

加气站用电负荷按三级负荷设计。在防爆区域内的所有电气设备均采用防爆型(隔爆型)。加气站所有火灾和爆炸危险场所的照明均选用防爆灯具，其余场所选用一般照明灯具。对于配电室、自动控制室等重要场所设有事故照明。

站内防爆场所内的所有建构筑物均设有防雷保护。

站内所有工艺设备和管道均设防静电和感应雷保护，其联合接地装置接地电阻不大于30 Ω。

供配电系统采用TN-S系统，电气系统接地与防雷接地系统共用接地装置，其接地装置接地电阻不大于4 Ω。

平台上下部应设紧急电铃，确保在室外时能及时发出警示及报警。

站内设实时监控系统，全方位实时监控站内生产情况，在紧急情况下具有停机功能。

⑤ 结构设计安全措施

加气站内的站房及其他附属建筑物的耐火等级不低于二级，架空平台采用钢筋混凝土框架结构。加气岛罩棚采用网架结构。

⑥ 消防设施

在站内主要生产设施区域及建筑内配置手提式干粉灭火器。

⑦ 其他安全措施

设专人值班，检查生产、售气的安全。

7 结语

立体式加气站作为加气站建设中的一个特殊形式，在地形条件复杂、高差较大的地方具有较高的价值，特别是在节约用地、提高土地价值、提高加气能力方面具有独特的优势。作为不同于普通的加气站，在现行规范难以确定防火间距的情况下，通过专家评审方式，是一种可行的方式。实践证明，对立体式加气站采取必要的安全技术措施，加强管理，是能够安全运行的。