【正文】 方法研究及應(yīng)用11 緒論 天然氣加氣站發(fā)展概述從 20 世紀(jì) 20 年代末，歐洲國(guó)家開(kāi)始使用并迅速發(fā)展壓縮天然氣汽車(chē)。意大利是世界上最早使用天然氣作為汽車(chē)燃料的國(guó)家，在 1929 年就把常壓天然氣氣囊安裝在汽車(chē)上，將天然氣作為汽車(chē)燃料。1931 年意大利又建成世界上第一座 CNG 加氣站，使用了壓縮機(jī)系統(tǒng)工藝,通過(guò)過(guò)濾、干燥、加壓，把壓縮天然氣作為汽車(chē)燃料。近年阿根廷、巴西等國(guó)壓縮天然氣汽車(chē)發(fā)展最快也最多。表 11 的數(shù)據(jù)是 2022 年統(tǒng)計(jì)的世界 14 個(gè)國(guó)家或地區(qū)壓縮天然氣汽車(chē)及 CNG 加氣站的發(fā)展情況。表 11　世界壓縮天然氣汽車(chē)及 CNG 加氣站分布與數(shù)量名次國(guó)家或地區(qū)天然氣汽車(chē)，輛CNG 站，座小型加氣裝置，臺(tái)統(tǒng)計(jì)截止時(shí)間1 阿根廷 1202200 1105 2 巴西 600000 600 3 巴基斯坦 410000 423 4 意大利 400800 463 5 印度 159159 166 6 美國(guó) 130000 1300 3271 7 中國(guó) 69300 270 8 埃及 47289 78 9 委內(nèi)瑞拉 44146 147 10 烏克蘭 42022 130 11 俄羅斯 36000 218 2 12 孟加拉 22030 25 13 加拿大 20505 222 3208 14 哥倫比亞 19400 56 15 日本 18463 226 606 西南石油大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文2在所有汽車(chē)燃料中天然氣的經(jīng)濟(jì)性是最好的。CNG 加氣站及 CNG 汽車(chē)的技術(shù)已比較成熟，發(fā)展將非常迅速。據(jù)美國(guó)企業(yè)市場(chǎng)調(diào)查組織預(yù)測(cè)，從 2022 年起，全球的 CNG 汽車(chē)將以每年 16%的速度增長(zhǎng)。1995 年頒布的《美國(guó)天然氣汽車(chē)工業(yè)戰(zhàn)略計(jì)劃》指出，至 2022 年美國(guó)將建成 9000 座 CNG 加氣站，發(fā)展 200 萬(wàn)輛CNG 汽車(chē)。日本政府也規(guī)劃至 2022 年其 CNG 汽車(chē)的使用量將達(dá)到 100 萬(wàn)輛。從 1999 年 4 月開(kāi)展“空氣凈化工程—清潔汽車(chē)行動(dòng)”以來(lái),我國(guó) CNG 加氣站及CNG 汽車(chē)有了極大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),到 2022 年 6 月我國(guó)共建成 CNG 加氣站約 535座(含油氣合建站) ,CNG 汽車(chē)約 14 萬(wàn)輛。目前我國(guó) CNG 產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)主要集中在天然氣氣田周邊省份，如川渝地區(qū)、河南和新疆；或是天然氣管道經(jīng)過(guò)的城市，如北京、天津等。 我國(guó)天然氣加氣站發(fā)展歷程我國(guó) CNG 汽車(chē)加氣站的發(fā)展歷程大致可以分成以下四個(gè)階段：（1） 年 1 月，由設(shè)在自貢市的長(zhǎng)春汽車(chē)研究所第三實(shí)驗(yàn)站承擔(dān)的國(guó)家科委下達(dá)的重大科研課題 (壓縮天然氣汽車(chē)) 通過(guò)了四川省科委和省交通廳聯(lián)合組織的鑒定，揭開(kāi)了我國(guó)應(yīng)用 CNG 汽車(chē)的序幕。當(dāng)時(shí)是由天然氣井直接向汽車(chē)上的氣瓶充氣，壓力一般為 10~15MPa，這種天然氣既未脫硫也未脫水。但是，還是有幾十輛氣瓶貨車(chē)運(yùn)行了幾年時(shí)間。后來(lái)因天然氣井的壓力逐年下降和曾發(fā)生過(guò)一次爆瓶事故等原因而中斷。1984 年，自貢市公共汽車(chē)公司在國(guó)內(nèi)率先提出“引進(jìn)車(chē)用壓縮天然氣成套設(shè)備” 項(xiàng)目并被批準(zhǔn)立項(xiàng)。先后與意大利、美國(guó)、加拿大等國(guó)的廠家進(jìn)行了多次談判。雖未簽約，但在 CNG 汽車(chē)的建站改車(chē)方面，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)外的溝通。1986 年，四川省人民政府批準(zhǔn)省計(jì)經(jīng)委關(guān)于汽車(chē)用壓縮天然氣代油的規(guī)劃意見(jiàn)的通知出臺(tái)，首次提出“ 以氣代油工作是我省經(jīng)濟(jì)工作中一項(xiàng)戰(zhàn)略性措施” 。 同年，在成都市召開(kāi)了《壓縮天然氣汽車(chē)及加氣站方案》審查會(huì)。1988 年，由四川省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)首座國(guó)產(chǎn)設(shè)備站在自貢榮縣建成。同年石油部門(mén)引進(jìn)成套進(jìn)口設(shè)備在南充建了一個(gè)加氣站。1989 年，石油部門(mén)又在威遠(yuǎn)建了一座國(guó)產(chǎn)設(shè)備站。（2）摸索階段。1991 年~1995 年，四川省的地方企業(yè)和石油部門(mén)又先后在多處建設(shè) CNG 加氣站，使得加氣站保有量達(dá) 24 座。在這一期間，全國(guó)共建有加氣站 34 座，其特點(diǎn)是川渝地區(qū)均以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主，而北京、廊坊、新疆等地幾乎均為進(jìn)口設(shè)備。另一個(gè)特點(diǎn)是加氣車(chē)輛少, 效益不高，全國(guó)僅有 CNG 汽車(chē) 2022 多輛，且 70%在四川。第三個(gè)特點(diǎn)是建站大多數(shù)是企業(yè)行為，缺乏政府及專(zhuān)職部門(mén)統(tǒng)一規(guī)劃、布置。也無(wú)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可遵循，邊干邊改。CNG 站安全評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用3在這期間，既取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，培育和造就了建站和管理的技術(shù)人員，但也有不少的教訓(xùn)，即：儲(chǔ)氣井幾乎全部是由 50L 的鋼瓶串聯(lián)組成、節(jié)點(diǎn)多、泄漏點(diǎn)多、管道多、充、放氣阻力大，曾發(fā)生過(guò)幾次爆破和火險(xiǎn)事故；部分加氣站未考慮脫硫和脫水裝置；多數(shù)加氣站未配備微量水和硫化氫的檢測(cè)儀具及站房設(shè)施簡(jiǎn)陋。（3）示范階段。1996 年~2022 年，全國(guó)加氣站保有量達(dá) 131 座（其中四川 81座）。這個(gè)時(shí)期的最大特點(diǎn)是加氣站建設(shè)和 CNG 汽車(chē)推廣已上升為政府行為。1998年初國(guó)家成立了由 13 個(gè)部委組成的清潔汽車(chē)協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，確定 16 個(gè)城市為示范城市。不少省市紛紛成立相應(yīng)的協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，出臺(tái)優(yōu)惠政策，制定發(fā)展規(guī)劃等。第二大特點(diǎn)是有了一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建站行為開(kāi)始走向規(guī)范化。如四川省, 石油部和建設(shè)部相繼制定了一些相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使得這項(xiàng)工作初步有法可依了。第三大特點(diǎn)是國(guó)產(chǎn)設(shè)備逐漸走向成熟，除北京市外，各地加氣站所選設(shè)備已走向國(guó)產(chǎn)化。不過(guò)在這個(gè)階段的前期，也在重慶等地發(fā)生過(guò)幾起爆瓶事故。（4）快速發(fā)展階段。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，CNG 汽車(chē)開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展階段， 各地 CNG 加氣站如雨后春筍遍布國(guó)內(nèi)約 20 個(gè)省’ 市’ 自治區(qū)。這個(gè)階段的一大特點(diǎn)是建站標(biāo)準(zhǔn)已由地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一些相關(guān)的建站配套標(biāo)準(zhǔn)也相繼問(wèn)世，對(duì)進(jìn)一步規(guī)范各地建站行為起到了十分重要的作用。第二個(gè)特點(diǎn)是在天然氣資源區(qū)和管網(wǎng)經(jīng)過(guò)地區(qū)，加氣站建設(shè)速度迅猛，近年來(lái)，已形成年增 100 座加氣站的發(fā)展勢(shì)頭。有的省、市的站點(diǎn)分布已成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，如四川省已建成 180 多座加氣站。除少數(shù)邊遠(yuǎn)無(wú)氣源地區(qū)外，幾乎每個(gè)縣都建有加氣站。第三大特點(diǎn)是地下儲(chǔ)氣井這一獨(dú)具特色的儲(chǔ)氣方式已經(jīng)成為國(guó)內(nèi) CNG 加氣站的主流，而且開(kāi)始進(jìn)入城市天然氣調(diào)峰站領(lǐng)域。第四個(gè)特點(diǎn)是汽車(chē)加氣站及調(diào)峰設(shè)備和裝置已發(fā)展成為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品已大量出口到一些國(guó)家和地區(qū)。年產(chǎn)值近10 億元% 全國(guó) 500 多座加氣站的 CNG 銷(xiāo)售額粗略估算為 20 億元。第五個(gè)特點(diǎn)是造就了一大批設(shè)計(jì)、安裝、管理方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才 [1~5]。 CNG 站存在的問(wèn)題經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，CNG 站的建設(shè)和管理取得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但同時(shí)也暴露出許多問(wèn)題和安全隱患，其中主要存在的問(wèn)題有：（1）氣質(zhì)問(wèn)題出站 CNG 的水和硫化氫含量不合格。脫水后的 CNG 水含量超標(biāo)，與脫水裝置再生后的有效吸附容積和再生操作規(guī)范有很大的關(guān)系。再生氣體溫度對(duì)分子篩的脫西南石油大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文4附效率和再生后的有效濕容量影響很大。目前國(guó)產(chǎn)的脫水裝置,由于分子篩的耐熱強(qiáng)度差，再生氣體加熱溫度只能控制在 230 ℃以下，因此分子篩脫附效率及有效濕容積很難達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，所以在脫水周期末的 CNG 水含量極易超標(biāo)。美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì) (NACE) 認(rèn)為可導(dǎo)致井管出現(xiàn)“氫脆”的 H2S 濃度與儲(chǔ)存氣體的壓力有關(guān)，并有近似對(duì)數(shù)線性反比關(guān)系,儲(chǔ)存氣體的壓力越大,不發(fā)生“氫脆”的 H2S 最高容許體積濃度越低。在車(chē)載氣瓶最高工作壓力為 20 MPa 條件下,不發(fā)生“氫脆”的硫化氫最高容許濃度約為 15ppm,在儲(chǔ)氣井的最高工作壓力 25MPa 條件下，不發(fā)生“氫脆 ”的硫化氫最高容許濃度約為 12ppm。根據(jù) GB18047 規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下硫化氫含量不大于 15mg/ Nm3 對(duì)應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)約為 10ppm。因此,嚴(yán)格執(zhí)行 GB18047 ，儲(chǔ)氣裝置的“ 氫脆”是可以避免的。但是有關(guān)文獻(xiàn)在調(diào)研的 135 個(gè)加氣站中發(fā)現(xiàn)，大約有 45 %的加氣站在線檢測(cè)硫化氫含量超過(guò)了 15ppm。而且有相當(dāng)數(shù)量的 CNG 站沒(méi)有安裝微量水分分析儀和硫化氫在線檢測(cè)等設(shè)備。由于沒(méi)有法定檢測(cè)單位，無(wú)明確規(guī)定的檢測(cè)周期,不少裝置建站時(shí)裝上后，就再也沒(méi)有校驗(yàn)標(biāo)定過(guò)，形同虛設(shè)。（2）加氣機(jī)安全和氣瓶檢測(cè)問(wèn)題根據(jù)統(tǒng)計(jì)，CNG 加氣站發(fā)生安全事故最多的是加氣工人或駕駛?cè)苏`操作，導(dǎo)致加氣機(jī)拉倒和加氣槍高壓管拉斷。因此加氣機(jī)的安全防護(hù)裝置使用可靠性應(yīng)當(dāng)注意：一是加氣軟管管路應(yīng)設(shè)置安全拉斷閥,保證在不大于 400N 的分離拉力作用下可以分開(kāi)，分離的兩段立即密封，同時(shí)可以重新連接，以便加氣機(jī)正常使用。二是要真正安裝使用拉斷閥。有的加氣機(jī)上安裝的鋼球定位結(jié)構(gòu)式的快換接頭來(lái)代替的拉斷閥，而快換接頭的分離拉力是不穩(wěn)定的。不少加氣站存在超壓加氣狀況,這對(duì)公眾安全是十分危險(xiǎn)的。全國(guó)許多 CNG 汽車(chē)氣瓶使用已超過(guò) 4～5 年，最長(zhǎng)時(shí)間超過(guò) 10 年,還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)檢測(cè)，問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。根據(jù)檢測(cè)站調(diào)查,出租車(chē)氣瓶使用兩年以后，在檢測(cè)時(shí)往往能倒出約 0 . 5～1 升的油水混合液，這說(shuō)明 CNG 脫水脫油質(zhì)量堪憂，另一方面也說(shuō)明定期進(jìn)行氣瓶檢測(cè)的必要性。在近年的若干起 CNG 加氣站事故中，實(shí)際上是 CNG 汽車(chē)的氣瓶在加氣站發(fā)生了爆炸形成事故。（3）CNG 加氣站儲(chǔ)氣井質(zhì)量問(wèn)題井管儲(chǔ)氣方式是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種全新儲(chǔ)氣方式, 經(jīng)過(guò) 10 多年來(lái)的開(kāi)發(fā)研究和應(yīng)用,目前正逐步趨于成熟與完善?，F(xiàn)在全國(guó)已有 300 多個(gè) CNG 加氣站使用井管儲(chǔ)氣方式，儲(chǔ)氣井的保有量已逾 1 千口。SY/ T65352022 規(guī)定: 高壓地下儲(chǔ)氣井的預(yù)期使用壽命是 25 年。在現(xiàn)實(shí)的儲(chǔ)氣井建造、使用中己經(jīng)出現(xiàn)了一些不容忽視的質(zhì)量問(wèn)題：①儲(chǔ)存的天然氣氣質(zhì)不佳。大多是水含量太高,另外是硫化氫含量超標(biāo)。除塵不凈，使高壓管線或閥門(mén)組件堵塞或失效，儲(chǔ)氣井排污管道的堵塞。CNG 站安全評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用5②井管材料不符合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在 CNG 加氣站儲(chǔ)氣井的建造工作中 ,有不少使用的是日本井管，個(gè)別的甚至使用石油部門(mén)用過(guò)的廢舊井管。SY/ T 6535 規(guī)定“井筒應(yīng)采用符合 API SPEC SCT 的要求，套管鋼級(jí)應(yīng)為 TP80CQJ”，同時(shí)還規(guī)定“下井的井管應(yīng)有質(zhì)量證明文件，試壓合格報(bào)告等表示其質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求的文件”。最近有幾口井管出現(xiàn)泄漏，有專(zhuān)家分析可能是強(qiáng)度指標(biāo)偏低所致。③固井不到位，下部未形成油井水泥對(duì)筒體的封閉圈。儲(chǔ)氣井井管末作外壁防腐，與地下水中的酸、鹼等腐蝕性物質(zhì)長(zhǎng)期接觸，產(chǎn)生嚴(yán)重的外腐蝕，乃至釀成爆管升空事故。③地下儲(chǔ)氣井的無(wú)損探傷和缺陷補(bǔ)救問(wèn)題尚未解決。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求， 地下儲(chǔ)氣井每隔 6 年就要進(jìn)行一次全面檢查，這就涉及套管及套管連接處的無(wú)損探傷和一旦發(fā)現(xiàn)有裂紋或密封處泄漏如何補(bǔ)救的問(wèn)題，目前尚缺乏經(jīng)濟(jì)可行的手段和辦法。隨著使用 6 年以上站用儲(chǔ)氣井逐年遞增，此問(wèn)題顯得尤為迫切。（4）壓縮機(jī)問(wèn)題國(guó)產(chǎn)壓縮機(jī)處于“ 大問(wèn)題沒(méi)啥，小缺點(diǎn)不少 ”的狀態(tài)。十多年的使用實(shí)踐表明，幾家市場(chǎng)占有率最大的壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品性能是可靠的。而主要存在的問(wèn)題是：級(jí)間泄漏量較大，由于這個(gè)重要指標(biāo)未列入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，因此只有少數(shù)廠家對(duì)此指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量和控制。潤(rùn)滑油泄漏量較大，在對(duì)車(chē)用氣瓶檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不少氣瓶中有潤(rùn)滑油殘留物。排氣溫度高，在有的壓縮機(jī)上也未設(shè)置超溫報(bào)警停機(jī)裝置。（5）管理方面的問(wèn)題。汽車(chē)加氣站的管理是涉及易燃易爆氣體和高壓容器管理的一個(gè)新的領(lǐng)域，涉及安全、設(shè)備、計(jì)量、化驗(yàn)、環(huán)保、標(biāo)準(zhǔn)化等諸多方面的管理工作，對(duì)于有關(guān)管理人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)要求很高。 目前，無(wú)論是加氣站的管理人員還是操作人員都只是通過(guò)臨時(shí)性的短訓(xùn)班方式培訓(xùn)上崗的，普遍缺乏常規(guī)性的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)性的培訓(xùn)作業(yè)。當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中還存在一些其他問(wèn)題，在此不一一列舉。上述 5 個(gè)方面的主要問(wèn)題，實(shí)際上也就是 CNG 站發(fā)生事故的主要原因或者說(shuō)是 CNG 站存在的安全隱患，那么如何有效的確保 CNG 站的安全，保證 CNG 站安全平穩(wěn)的運(yùn)行，保障 CNG 站職工和周邊居民的安全，因此有必要對(duì) CNG 站的安全管理和評(píng)價(jià)作一個(gè)初步的研究和探索 [6~7]。 本文研究的目的和意義 有關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè) CNG 的快速發(fā)展勢(shì)頭至少還將保持 10 年。這體現(xiàn)在全國(guó)各地和一些大的企業(yè)，紛紛制定了發(fā)展 CNG 汽車(chē)的長(zhǎng)期規(guī)劃，如四川省規(guī)劃到 2022 年全西南石油大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)論文6省將擁有 CNG 加氣站 300 座，CNG 汽車(chē)保有量將達(dá)到 10 萬(wàn)輛；重慶市規(guī)劃到2022 年將建成加氣站 450 座，CBG 汽車(chē)保有量將達(dá)到 9 萬(wàn)輛。中石化集團(tuán)擬在2022 年前，在上海、河南、江蘇等地建設(shè) 231 座 CNG 母子站；中油深南石油技術(shù)開(kāi)發(fā)公司擬在海南省建 30 座 CNG 加氣站。隨著 CNG 站數(shù)量的增加，輻射地區(qū)的擴(kuò)大，因此它的安全性就受到越來(lái)越多的重視，本文擬初步研究如何對(duì) CNG 站的安全進(jìn)行評(píng)價(jià)和管理，從而為 CNG 站的管理者提供安全管理的科學(xué)依據(jù)，也為 CNG 站的安全運(yùn)行提供可靠的保證。 研究的內(nèi)容（1）詳細(xì)介紹 CNG 站的發(fā)展歷史，系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)，找出 CNG 站常見(jiàn)的故障。（2）在詳細(xì)分析 CNG 站各個(gè)系統(tǒng)及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合 CNG 站事故統(tǒng)計(jì)分類(lèi)等相關(guān)資料建立 CNG 站總體安全度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（3）建立評(píng)價(jià) CNG 站總體安全度的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，即運(yùn)用改進(jìn)的層次分析法，確定 CNG 站綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各個(gè)因素的權(quán)重，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì) CNG 站的安全現(xiàn)狀