CNG加气站储气设施使用储气瓶组或储气井的利弊分析

摘要：CNG加气站的建设中设置储气设备对于提高加气站的充装效率，降低加气站的运营成本，提高加气站充装安全性都起到非常重要的作用。而目前加气站的储气设备主要有两种方式，储气井和储气瓶组（按照固定式压力容器设计制造）。通过分析设置储气井或储气瓶组的必要性，及两种储气方式在建设成本、检修检验成本、安全性三个方面优劣势，为加气站选择恰当的储气方式提供一些借鉴经验。

关键词：CNG加气站，储气井，储气瓶组，经济性，安全性。

中图分类号：TE97

作者简介：李昱林（1984-1-20），男，汉族、甘肃庆阳人，工程师职称，大学本科，主要从事特种设备检验，事故调查，鉴定评审，安全技术检查等工作。联系电话：15117070113

目前我国汽车保有量陡增，汽车尾气排放所造成的环境问题十分严峻，取代传统汽柴油燃料的清洁能源大量兴起，其中车用CNG加气站也随之增多，本人从事的工作主要是特种设备许可鉴定评审工作，在过去的两年时间内，本省新增的CNG加气站大量增加，在评审过程中也发现：车用CNG加气站加气工艺及设施中，储气设施主要有有储气井和储气瓶组（本文所指储气瓶组为按照固定式压力容器设计制造的大容器高压瓶式容器）两种。这两种方式在形式选择上各有利弊，现分析如下：

一、加气站设置储气井或者储气瓶组的必要性

最初的加气站只有压缩机组，没有储气瓶组或者储气井，后来人们在实践中发现给充装系统配备相应的储气井或者储气瓶组能够改善充装稳定性和可靠性。另外，压缩机的排气量是有限的，通过存储一定量的高压天然气能很大程度弥补压缩机排气量的不足。通过调整高中低压三组储气瓶（储气井）的容积（一般是3：2：1），改善容积利用率，大大提高了充装工作效率。当气瓶组或储气井的压力下降后再通过压缩机给储气瓶组或储气井充气，也可以减少压缩机组的开启频率，延长压缩机的使用寿命。储气瓶组或储气井作为储气设施也同时起到缓冲器的作用，可以降低压缩机往复运动所产生的的脉冲气流震动，减小管路系统的疲劳损伤，降低管路系统风险隐患。

二、储气井的介绍

储气井是用于储存天然气的立井，由井口装置，井筒，封头组成，见图1。井筒由多节套管组成，套管与套管在竖直方向用梯形螺纹连接，并用耐高压的专用密封脂进行密封。套管最低部为井底密封头，最上端为井口装置。井筒与井壁之间的环形空间用油井水泥加以封固，井口装置上安装有控制阀件、排液装置、压力表并连通地面管道。

三、储气瓶组

目前大多数CNG加气站的储气瓶组都是每个500L以上的大容器气瓶，3-6个一组，按照固定式压力容器设计制造，通过支撑架、高强度螺栓固定在固定板上。并安装附属管路与安全附件。属撬装式结构，安装方便。

四、两种储气方式的优劣势对比

我们可以从经济性，安全性两个方面对比两种储气设施的优劣。

1、经济性分析

①建设成本

加气站无论是选择储气井或者选择瓶组作为储气设施，都需要考虑土地成本的问题。影响土地成本的主要因素为安全间距，《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012中对于储气井和储气瓶组的安全间距有明确规定，储气井13-30m，储气瓶组18-50m，而储气井的安全距离起点为井口中心点，而储气瓶组则是外壁，这使得储气瓶组的安全间距又增加了一个气瓶的长度，所以从占地面积上来说，储气瓶组的占地面积比储气井少30-50%。

从设备的采购，安装及施工难度方面来说，储气井需要专业的有石油钻井资质的企业来安装，从钻井，井筒安装，防腐，固井，到地面管线设施的安装，整个过程的施工周期较长，而且储气井在安装前还需要地质勘探部门进行勘探，对于地质结构不符合《高压气地下储气井》SY/T6535-2002要求的场地，不能安装储气井。地面储气瓶组则没有以上问题，现在的大容积气瓶组都是撬装式整体到场，只需要现场就位安装即可，施工难度小，周期短，且对地质结构没有要求。如果出现地址变更，瓶组的拆装运输都非常方便，而储气井则不可能搬迁。所设备成本和安装成本对比，储气瓶组都要少于储气井。

②维护检验成本

地下储气井作為固定式压力容器，按照《压力容器监督检验规则》TSG R7004-20013附件3的要求，其安装过程需要进行监督检验，收取监督检验费用，其定期检验依据《固定式压力容器安全监察规程》TSG 21-2016的要求在安全状况等级较高的情况下可以定六年为一个检验周期，但本人从事特种设备检验检查工作十余年，了解到，全国具备地下储气井定期检验资质的检验机构很少，需要提前预约检验，且检验机构对在用的储气井的检验周期要求严格，通常都是三年一个周期，检验费用高。

CNG加气站储气瓶按照固定式压力容器或者气瓶设计制造，均无需监督检验，各省基本都具备检验气瓶的资格，如果按照固定式压力容器设计制造，定期检验依据《固定式压力容器安全监察规程》TSG 21-2016的要求根据安全状况等级确定检验周期，一般为六年;如果按照气瓶设计制造，定期检验依据《气瓶安全技术监察规程》TSG R0006-2014的要求，检验周期为三年，目前绝大多数加气站的储气瓶组按固定式压力容器设计制造，检验周期长，检验费用低。

2安全性

储气瓶组的安全性比较主要表现在设备结构因素，压力因素，腐蚀因素，制造质量因素四个方面

①设备结构因素

储气井的结构特点是承压部分深埋于地下，不接触明火，同时整个容器只有气相进出口和排液口两处开孔，漏点很少，储气井的安全保护装置在地面发生火灾事故的同时可以有效阻断储气井与外界火源的接触，保证不会发生更严重的事故。但由于结构原因，一旦发生泄漏很难发现，不便于泄漏处置，可能直接导致储气井报废。

储气瓶组的结构特点是地面固定式安装，各个气瓶之间的连接管路多，漏点较多，地面发生火灾容易受牵连并发生更严重的次生事故，但气瓶组发生泄漏后，浓度报警装置会立即作用，便于及时发现并进行泄漏处置和设备维修。

②壓力因素

储气井为高压容器，由于深埋于地下，受外界环境温度变化而引起的压力变化较小，即使地面发生火灾，对储气井的压力也不会有较大影响。

储气瓶组也是高压容器，由于安装与地面，受外界环境温度影响而引起的压力变化较大，特别是地面发生火灾事故可能导致瓶组压力迅速升高，进而导致更严重的爆炸事故。

③腐蚀因素

储气井和储气瓶组的内腐蚀机理基本相同，主要是硫化氢的氢脆，压力越大对介质硫化氢最高允许体积浓度要求越低，GB 18047-2017《车用压缩天然气》中规定在标况下硫化氢浓度应不大于15mg/Nm3，其对应条件下的体积分数约为10ppm，如果介质要求符合GB 18047《车用压缩天然气》的规定，基本可以避免氢脆的发生。

储气井的外腐蚀主要是接触土壤而发生的电化学腐蚀，主要发生在固井时套管与井壁空间的水泥浆浇灌不均匀，导致部分井壁与套管直接接触部位。且电化学腐蚀一旦开始，除了进行定期检验，很难被发现，真没有进行牺牲阳极保护处理的情况下，套管壁会在短时间内减薄到校核壁厚以下并出现爆管或窜管事故。

储气瓶组一般都有防腐涂料，很少会发生外腐蚀，且即使发生外腐蚀也可及时发现并做处置，很少会因为外壁腐蚀而导致泄漏事故。

④制造质量因素

储气井的制造需要现场安装，钻井、固井、水泥浆浇灌、井口装置的安装，井口地面施工等等一系列的工序均在安装现场进行，现场施工条件限制，地下环境复杂，安装质量控制难度较大等等都是储气井安全性能的不确定因素。而储气瓶组的制造过程都是在制造厂进行，完善的资源条件配备，严格的质量控制程序，保证了合格的设备安全性能。

五、总结

CNG加气站设置储气设施对于提高充装效率和降低设备损耗和运营成本都非常的必要。储气井在安全性方面优于储气瓶组，经济性方面劣与储气瓶组，所以在城市建成区人口密集地区建设加气站，考虑土地成本和安全风险，如果在地质条件允许的条件下可选择储气井作为储气设施

储气瓶组的经济性优于储气井，安全性劣于储气井，在人口密度低，土地成本低，地形空旷区域可选择储气瓶组作为储气设施。

参考文献：

[1] GB50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》.

[2] SY/T6535-2002《高压气地下储气井》.

[3] GB 18047-2017《车用压缩天然气》.

[4] TSG R7004-20013 《压力容器监督检验规则》.

[5] TSG 21-2016 《固定式压力容器安全监察规程》.

[6] TSG R0006-2014《气瓶安全技术监察规程》.