羅林林 姜 全 高 興 楊 飛 周 蓉 閆明龍

中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

由此可見,電動汽車和CNG汽車在節(jié)能性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性以及利好政策方面較傳統(tǒng)燃料汽車都有著明顯優(yōu)勢,是我國汽車行業(yè)未來的發(fā)展方向。根據(jù)日本和歐洲實(shí)地調(diào)研可知,城市是發(fā)展電動汽車的重點(diǎn)地區(qū),利用現(xiàn)有加氣站,特別是在城區(qū)道路上的加氣站增設(shè)充電設(shè)施,是解決電動汽車應(yīng)急充電需要,發(fā)展公共快速充電的一種重要方式,也是在傳統(tǒng)燃料汽車與電動汽車過渡階段解決電動汽車充電問題最便捷有效的方式之一。目前我國有十萬余座加氣站,不僅有得天獨(dú)厚的道路資源和網(wǎng)點(diǎn)優(yōu)勢,還有多年為汽車服務(wù)的經(jīng)驗(yàn),因此可考慮在占地面積較大的加氣站中增設(shè)電動汽車充電設(shè)施[5]。

1 工藝設(shè)計(jì)

GB 50156-2012(2014年修訂)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(以下簡稱GB 50156-2012)第3.0.2條規(guī)定:“加油加氣站可與電動汽車充電設(shè)施聯(lián)合建站”,但GB 50156-2012與GB 50966-2014《電動汽車充電站設(shè)計(jì)規(guī)范》并沒有規(guī)定合建的方式[6]。本文以國內(nèi)某CNG加氣站與充電站聯(lián)合建站工程為研究對象,該工程將CNG加氣站和充電站以兩個獨(dú)立功能的站進(jìn)行合建,其平面布置依據(jù)GB 50156-2012中表4.0.8“CNG工藝設(shè)備與站外建(構(gòu))筑物的安全間距”設(shè)計(jì)。本合建站中CNG加氣站防火間距滿足GB 50156-2012中表5.0.13-1和表5.0.13-2的要求。

1.1 CNG加氣站內(nèi)工藝

本合建站中CNG加氣站設(shè)計(jì)加氣規(guī)模為1.2×104m3/d,合建站日工作時間按9.5 h考慮。CNG加氣站工藝流程見圖1。

圖1 CNG加氣站工藝流程

1.1.1 分輸站來氣

CNG加氣站依托于上游分輸站來氣,原料氣由上游裝置負(fù)責(zé)處理,本站僅接收凈化CNG。裝置邊界設(shè)置SDV切斷閥,用于切斷本站進(jìn)氣來源。本站設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓力為1.0～1.2 MPa,整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為1.8 MPa。

1.1.2 脫水裝置

使用橇裝化脫水裝置,水露點(diǎn)要求≤-20℃,如果使用環(huán)境極端溫度低于該溫度,可以對水露點(diǎn)提出更高要求。

脫水橇選用雙塔結(jié)構(gòu),吸附劑使用分子篩,使用降壓閉式循環(huán)工藝,為減少額外設(shè)備,裝置設(shè)計(jì)溫度280℃,加熱設(shè)備使用電加熱,再生使用風(fēng)冷形式,處理能力為1 000 m3/h。

1.1.3 緩沖罐

為保證壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),設(shè)置壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐,容積按照天然氣在儲罐內(nèi)的停留時間不小于30 s來確定緩沖罐的最小容積。

1.1.4 天然氣壓縮機(jī)

根據(jù)分輸站來氣量,選用往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行增壓,冷卻方式建議使用水冷方式,天然氣進(jìn)氣壓力為1.0～1.2 MPa,出口壓力≤25 MPa,進(jìn)氣溫度約20℃,出口溫度約45℃。天然氣經(jīng)過壓縮機(jī)增壓后,經(jīng)過順序控制盤進(jìn)入下一裝置。

1.1.5 順序控制盤

本裝置可根據(jù)各儲氣瓶組壓力,自動分配增壓后的天然氣。順序控制盤為獨(dú)立設(shè)計(jì)的快充加氣控制盤系統(tǒng),可接受壓縮機(jī)直充來的天然氣流量。順序控制盤與高、中、低壓站用儲氣瓶組及售氣機(jī)共同構(gòu)成三線快充控制系統(tǒng),為汽車提供加氣服務(wù),快充加氣控制盤系統(tǒng)與壓縮機(jī)的PLC控制盤為聯(lián)鎖控制,當(dāng)汽車進(jìn)站加氣時,先從站用儲氣瓶組取氣,按低、中、高順序?yàn)槠嚰託?當(dāng)站用儲氣瓶組壓力降低時,壓縮機(jī)自動啟動,并優(yōu)先給售氣機(jī)加氣。

1.1.6 儲氣瓶組

本加氣站設(shè)置儲氣瓶組1組。為提高取氣率,本加氣站選用單個容積為2.2 m3的儲氣瓶4個,高、中、低壓儲氣瓶比例按照1∶1∶2設(shè)置。

1.1.7 CNG加氣機(jī)

本加氣站選用智能型雙槍加氣機(jī)2臺。加氣機(jī)設(shè)有拉斷關(guān)閉閥,在加氣過程中,如果因意外事故導(dǎo)致加氣槍和加氣機(jī)斷開,關(guān)閉閥可快速關(guān)閉氣源。

1.1.8 放散系統(tǒng)

本工程放散系統(tǒng)分別設(shè)置高、低壓放散管,增壓前設(shè)備及管道的放散進(jìn)入低壓放散管,增壓后設(shè)備及管道的放散進(jìn)入高壓放散管。

本加氣站的氣源氣質(zhì)滿足GB 18047-2000《車用壓縮天然氣》要求,且天然氣中H2S含量滿足車用壓縮天然氣指標(biāo)要求,所以未設(shè)置脫硫流程。

1.2 充電站內(nèi)工藝

電動汽車能源供給主要有充電和換電兩種模式,其中充電模式分為常規(guī)充電和快速充電。常規(guī)充電又稱普通充電或慢速充電。

本充電站設(shè)計(jì)規(guī)模設(shè)置了6套非車載充電裝置(快速充電裝置)及3套交流充電裝置(慢速充電裝置)。電源由本充電站北側(cè)的10 kV供電線路提供。電纜線以埋地的方式引至本充電站內(nèi)的變配電室高壓配電柜,以供站內(nèi)9個充電樁使用。本充電站具體用電負(fù)荷情況見表1。

表1充電站具體用電負(fù)荷情況

設(shè)備名稱臺數(shù)/臺容量/kW計(jì)算負(fù)荷安裝運(yùn)行單臺運(yùn)行有功計(jì)算Pjs/kW無功計(jì)算Qjs/kvar視在計(jì)算Sjs/kV·A天然氣壓縮機(jī)組111401409860.7115.2脫水裝置1140402716.7331.76 加氣機(jī)22121.30.811.53 電動汽車充電樁電控箱1116016011481.75142.5 注:1 kvar=1kW·sinθ,1 kV·A=1 kW·cosθ,cosθ代表功率因素。

GB 50156-2012中第5.0.7款中明確:“電動汽車充電設(shè)施應(yīng)布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi)”。其中“輔助服務(wù)區(qū)”指加氣站用地的紅線范圍內(nèi)且不在加氣作業(yè)區(qū)的地區(qū)。GB 50156-2012中第2.1.6款對“加氣作業(yè)區(qū)”的解釋如下:“加油加氣站內(nèi)布置油(氣)卸車設(shè)施、儲油(儲氣)設(shè)施、加油機(jī)、加氣機(jī)、加(卸)氣柱、通氣管(放散管)、可燃液體罐車卸車停車位、車載儲氣瓶組拖車停車位、LPG(LNG) 泵、CNG(LPG) 壓縮機(jī)等設(shè)備的區(qū)域。該區(qū)域的邊界線為設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域邊界線加3 m,對柴油設(shè)備為設(shè)備外緣加3 m”。汽油加油機(jī)的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域以加油機(jī)中心線為中心,以半徑為4.5 m的地面區(qū)域?yàn)榈酌?以加油機(jī)頂部以上0.15 m處水平半徑為3 m的平面為頂面的圓臺形空間。這個空間外加3 m范圍都屬于加油機(jī)的加油作業(yè)區(qū)。所以在實(shí)際布置中,加油作業(yè)區(qū)以外區(qū)域至少為加油機(jī)中心線外7.5 m之外的區(qū)域。

1.3 合建站內(nèi)布局設(shè)計(jì)

本合建站中充電站距離加氣作業(yè)區(qū)29.68 m,滿足規(guī)范要求。合建站內(nèi)總平面布置見圖2。

圖2 合建站內(nèi)總平面布置圖

2 可行性分析

1)對于加氣站的建設(shè),穩(wěn)定的氣源是加氣站運(yùn)行的基礎(chǔ)。若CNG加氣站出現(xiàn)氣源緊張,則會影響加氣站的正常運(yùn)轉(zhuǎn),從而導(dǎo)致加氣站無法正常提供服務(wù)[7]。

2)本合建站噪聲在75～100 dB(A)之間,主要來自裝置切換閥、天然氣壓縮機(jī)以及放散管放散的氣流噪聲?？刂拼胧┯?盡量選用低噪聲設(shè)備,合理布置總圖,將壓縮機(jī)設(shè)置在壓縮機(jī)房內(nèi),并對廠房進(jìn)行專業(yè)降噪處理。在總圖布置上,須保證噪聲源與辦公值班地點(diǎn)間的防噪聲距離,盡量將噪聲源布置在辦公值班地點(diǎn)全年最小風(fēng)頻上風(fēng)向。合理布局各站場,使各站場廠界噪聲符合GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3)合建站內(nèi)機(jī)械設(shè)備眾多,存在著擠壓、碰撞、剪切卷入、絞、碾等多種機(jī)械傷害危險(xiǎn)。本合建站的醫(yī)療救助可依托當(dāng)?shù)乜h醫(yī)療資源,且生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動化、密閉化,降低工人接觸易受傷作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

4)施工期對環(huán)境的不利影響主要表現(xiàn)在場地平整、管溝開挖、施工機(jī)械、車輛和人員踐踏等活動造成土壤擾動和植被的破壞,進(jìn)而引發(fā)水土流失等環(huán)境問題;管溝回填后要產(chǎn)生大量的棄土,這些棄土如若處理不當(dāng),不僅破壞植被,還會加重水土流失;修建道路,要動用土石方,必將破壞地表植被,改變土壤結(jié)構(gòu),取土及棄土措施如若不當(dāng),易引發(fā)水土流失等自然災(zāi)害;站場的建設(shè)改變了原土地利用類型,會使農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)受到一定影響。施工時應(yīng)采用塑料編織布對暫閑置料堆進(jìn)行覆蓋,工地應(yīng)實(shí)施半封閉隔離施工,如防塵隔聲板護(hù)圍,以減輕施工揚(yáng)塵對周圍空氣的影響。

3 市場性分析

在市場需求方面,大中型CNG載貨汽車按平均日行駛里程490 km、運(yùn)行天數(shù)305 d,百公里耗氣量6.0 m3進(jìn)行測算,CNG載貨汽車單車年消耗CNG 89 670 m3;大中型CNG載客汽車按平均日行駛里程295 km、年運(yùn)行天數(shù)305 d,百公里耗氣量36 m3進(jìn)行測算,CNG載客汽車單車年消耗CNG 10 980 m3。目前國內(nèi)天然氣價(jià)格與國際天然氣價(jià)格水平相近[15],上調(diào)空間不大,近幾年在世界范圍內(nèi)燃料的短缺和價(jià)格上漲等趨勢還會加劇[16],隨著油價(jià)的上漲,天然氣銷售市場會進(jìn)一步興旺[17]。壓縮天然氣汽車數(shù)量的增多和天然氣加氣站的建設(shè),必將帶動與天然氣汽車及電動汽車相關(guān)的機(jī)械制造、電子電器、儀器儀表、高壓貯運(yùn)、新工藝、新材料以及教育培訓(xùn)等行業(yè)的發(fā)展,創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會,促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展[18]。

綜上所述,CNG汽車與電動汽車具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等優(yōu)勢,是新能源汽車的一個發(fā)展方向。所以CNG加氣站與充電站合建的投運(yùn)具備很好的市場前景。

4 結(jié)論

1)本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和實(shí)際工程驗(yàn)證了加氣站可與電動汽車充電站聯(lián)合建站。

2)合建站在平面布置中應(yīng)重點(diǎn)考慮將電動汽車充電設(shè)施布置在輔助服務(wù)區(qū)內(nèi),該區(qū)域的邊界線為設(shè)備爆炸危險(xiǎn)區(qū)域邊界線加3 m,即7.5 m以外的區(qū)域。

3)合建站建設(shè)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)主要集中在氣源、噪聲、機(jī)械損傷、環(huán)保等方面:應(yīng)保障氣源穩(wěn)定供應(yīng);噪聲須滿足GB 12348-2008《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求;依托當(dāng)?shù)蒯t(yī)療資源且應(yīng)用自動化、密閉化方式減少易受傷作業(yè)機(jī)會;施工時應(yīng)采用塑料編織布對暫閑置料堆進(jìn)行覆蓋,工地應(yīng)實(shí)施半封閉隔離施工,如設(shè)置防塵隔聲板護(hù)圍等。

4)電動汽車使用成本只有傳統(tǒng)燃油汽車使用成本的十分之一,且在保養(yǎng)方面,電動汽車和CNG汽車的保養(yǎng)均較燃油車的保養(yǎng)簡單、實(shí)惠。在市場需求方面,載貨CNG汽車單車年消耗CNG約8.967×104m3,載客CNG汽車單車年消耗CNG約1.098×104m3,市場需求量大。因此加氣站與充電站聯(lián)合建站具備很好的市場前景。