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【论文精选】天然气综合站的合理化设计

2019-02-04 14:52 19

作者:豆连旺,鲁国文

第一作者单位:上海燃气工程设计研究有限公司

摘自《煤气与热力》2017年4月刊

1概述

随着建设单位对天然气厂站功能需求的增多,出现了一种天然气综合性厂站(以下简称综合站)。综合站是将与燃气相关的各类厂站(如天然气门站、储配站、LNG气化站、汽车加油加气站、CNG母站等)集中布置在一个地块,并设置统一的生产管理区,对厂站进行运行管理。相对于各类独立建设的单一功能厂站(以下简称独立站),综合站集多种功能于一体,不仅提高土地使用率、降低工程投资,而且便于生产管理,具有很大的发展优势。然而,目前的燃气设计规范中,尚无适用于综合站的标准规范,这给综合站的设计带来一定的困难。笔者认为,综合站含有独立站的功能,可依据独立站的相关设计规范进行设计。但综合站的设计不仅要保证合规性,而且还要突出“综合利用”这个特点,做到综合站设计统筹考虑、系统安全可靠、经济投入合理、资源综合利用。本文中,笔者通过一个典型的综合站工程案例,对于综合站进行合规性、合理化设计探讨,供今后进行类似综合站设计时参考。

2   案例工程概况

该案例中,安徽省皖北地区某燃气公司在城郊择址建设一座综合站,该综合站由以下3个独立站组成:天然气门站、CNG母站、加油加气合建站。门站接收站外高压管道来气,在站内调压计量后向站外中压管网供气。同时在门站内设分输接口,作为综合站内CNG母站的气源。CNG母站将天然气压缩为CNG后,利用CNG气瓶车外运。为满足综合站附近各类车辆加油加气需求,在该综合站内设置加油加气合建站,包含LNG/L-CNG加气站(用于给燃气汽车加注LNG和CNG)和加油站。本综合站功能较多,具有典型的综合站特点。该综合站的总平面布置见图1。

图1综合站总平面布置

3   综合站的合规性设计

综合站设计时,站内外相关防火间距的控制,是综合站合规性设计首先需要解决的问题。考虑到综合站包含了各类独立站的功能,笔者认为,综合站设计时,可以执行综合站内各独立站相应的设计规范。如果这些独立站中的几个厂站(如汽车加气站、加油站)按照规范可以合建,则这些具备合建条件的独立站可以按照合建站设计,独立站之间间距执行相应规范中站内设施之间的安全间距。合建站(如汽车加油加气站)与外部其他独立站(如LNG气化站)的间距应满足站内设施与站外建构筑物的安全间距要求。对于规范中不允许合建的独立站,综合站内这些独立站之间的安全间距,应执行站外安全间距要求,确保综合站的设计符合规范要求。

根据GB 50156—2012《汽车加油加气站设计与施工规范》(2014版)(以下简称GB 50156—2012),LNG/L-CNG加气站与加油站可以合建,因此,本案例中,这两种厂站按照加油加气合建站设计,合建站的规模根据合建后各储罐的储量确定。按照现有规范,CNG母站、门站、加油加气合建站不应合建,因此,综合站内这三类厂站设计时,分别按照独立站进行设计,相互之间安全防火间距按照站外设施的间距要求进行控制。

4   综合站的合理化设计

综合站在进行合规性设计时,还应结合综合站的“综合利用”特点,做到合理设计,否则就无法体现综合站的建设意义。以下为本案例中几方面的合理化设计。

4.1  总平面布置

总平面布置应充分考虑综合站的特点,根据综合站内各组成部分功能需求,进行统一规划,合理分区。为充分利用土地资源,对有共性的设施可以进行集中布置。按照GB 50156—2012以及GB 50028—2006的要求,厂站的集中放散管通常与工艺设备和建构筑物都有一定的安全间距。如果各独立站都分别设置集中放散管,将降低厂站的土地使用率。笔者建议,在综合站内设置统一的集中放散区,各独立站的放散气体在该区域集中放散。综合站内还应设置统一的辅助区,提供综合站的配套公用工程相关系统以及作为综合站的管理中心使用。

在本案例中,根据综合站的功能需求,进行了分区布置。加油加气合建站属于对外营业场所,沿西侧市政道路布置。CNG母站及门站都属于生产场所,应独立分区,且CNG母站靠北侧市政道路布置,门站与CNG母站共用一个出入口。在门站内的东南角设置集中放散区,将门站、CNG母站以及加油加气合建站内的放散气体引至该区域进行集中放散。除加油加气合建站就地设置营业用房外,其他厂站不再单独设置站房,而是在辅助区设置统一的辅助用房。其中,办公楼用于对各厂站进行管理、生产调度和系统监控,并为站内职工提供生活服务条件,辅助用房用于布置综合站的配电、自控、消防、仪表风、暖通等配套公用工程设施。

综合站内不同功能的厂站虽然按照相应的独立站设计,综合站内各厂站之间的隔墙未必一定要用实体围墙隔离,可根据该围墙的作用,进行围墙类型的选择。如该围墙仅作为防范外部人员侵入使用时,完全可以用非实体围墙代替。本案例中综合站内加油加气合建站对外营业,加气区不设置围墙。综合站四周其他位置均设实体围墙与外界隔离。综合站内部不同的独立站之间通过非实体围墙隔离。为方便管理,综合站内各区域除有独立的对外行车通道外,各区域间还有人行通道相连。

4.2  工艺系统设计

综合站工艺系统设计时,各独立站的工艺系统除需按相应设计规范进行设计外,还应根据综合站的特点,各独立站之间做到资源共享。如门站与CNG母站邻建,CNG母站的气源接自门站,CNG母站无须在进站管道上再单独设置进站切断阀,完全可以利用门站给CNG母站接气口处的阀门。

考虑到LNG/L-CNG加气站和CNG母站内均有CNG,可以将CNG母站作为LNG/L-CNG加气站的备用气源使用。从CNG母站压缩机引一根CNG管道至L-CNG加气站的顺序控制盘内,并在该管道上设置隔离切断阀门,正常情况下,该阀门应常闭;在L-CNG加气站出现气源短缺或其他情况时,开启该阀门,利用L-CNG加气站内的储气设施及CNG加气机,用CNG母站的CNG给燃气汽车加气。

4.3  公用工程设计

本案例中,各独立站的公用工程(包括配电、控制、仪表风、暖通、给排水等内容)由综合站统一考虑,不再单独设置。

根据各独立站的电力负荷需求,综合站供配电系统设计为两路供电,其中一路由市电供应,另设置一台自备柴油发电机组。综合站内配置一台UPS电源,作为控制系统的应急电源。发电机组的容量和UPS的功率均应满足综合站内各独立站的相应用电需求。供配电系统、发电机组、UPS均设置在辅助用房内。

本案例中,为满足综合站内对压缩空气的需求,综合站设置了统一的仪表风系统,由一套空气压缩机及配套设施组成,通过管道向LNG/L-CNG加气站和CNG母站供压缩空气。另外,空气压缩机旁还配置了一个氮气瓶组,在空气压缩机出现异常时,氮气作为备用仪表风气源使用。

综合站设置了先进的监控系统,包括仪表自控系统、视频监控系统、周界报警系统、紧急切断系统,这些系统布置在办公楼内的调度监控中心。任何一个独立站发生异常情况时,可以在调度监控中心采取防范措施,避免事故扩大。

综合站建筑较多,包括办公楼、辅助用房以及营业用房,各建筑都有空调冷热负荷需求,综合站内设置一套全站冷热源供应系统。该系统利用土壤源热泵机组作为空调系统的冷热源,通过冷热水管道及建筑内的风机盘管解决站内各建筑的夏季供冷和冬季供暖需求。土壤源热泵系统的地埋管换热器及配套管道占地面积较大,为减小对综合站总平面布置的影响,将土壤源热泵系统的地埋管换热器埋设在综合站办公楼前的场地下。

4.4  消防设计

综合站集各独立站的功能于一体,安全风险明显加大。消防系统的设计,需要综合站统一考虑。为确保厂站安全,可以将厂站消防等级适当提高。如果必要,除配置灭火器外,还应设置消防水系统。消防供水能力应不小于各独立站的最小消防用水量。在本案例中,根据设计规范,各独立站均不需要设置消防水系统。为此,CNG母站和门站仅在设备区配置灭火器。而加油加气合建站及辅助区属于综合站的重要安全场所,除配置灭火器外,还设置统一的室外消防水系统,并安装3组室外消火栓,消防泵设置在辅助用房内。

5   建议

在综合站设计时,有时为确保综合站设计的合规性,很难保证综合站设计的合理性。结合本案例,对一些实际设计问题,提出如下建议。

①关于围墙的类型,综合站内部独立站之间的围墙,如选用非实体围墙,可能无法满足独立站相应规范对于外部围墙的技术要求。但综合站内部仅作为隔离使用的围墙,选用非实体围墙更加合理。

②关于综合站内各独立站之间资源的共享,如本案例中,L-CNG加气站利用CNG母站的CNG气源给燃气汽车加气,很容易理解成CNG母站与L-CNG加气站的合建,违反规范GB 50156—2012的相关规定。笔者认为,如果采取足够可靠的安全措施,实现CNG母站与L-CNG加气站部分设施共享,更能实现资源利用的最大化。

③关于综合站的集中气体放散,按照现有的设计规范,综合站内各独立站如不允许合建,则各独立站应在各自区域内单独设置一个集中放散管。笔者认为,只要保证综合站的集中放散区与各独立站工艺设施的安全间距满足规范要求,在综合站统一设置集中放散区,不仅可以提高综合站的土地利用率,也会降低综合站气体放散带来的安全风险。

希望今后在编制综合站的标准规范时,相关条款除了强调综合站安全可靠,还应体现操作可行,确保综合站的实用性、经济性、合理性。

6   结语

天然气综合站节约土地,便于生产集中管理,相对于独立站具有一定的发展优势。然而,现有的设计规范中对综合站尚未有明确规定,影响到综合站的建设。本文中结合实际案例对综合站进行了合理化设计探讨,可供今后类似项目设计参考。

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