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一文了解商业加氢站建设全过程项目管理

氢云链| 2020-12-14 08:58 阅读 2590 评论 0

1 引言

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取,也可广泛应用于工业、建筑、交通、电力行业,是未来构建以清洁能源为主的多元能源供给系统的重要载体。美国、日本、德国等发达国家均出台了国家层面的氢能战略发展规划。我国政府高度重视氢能产业发展,以习近平总书记“四个革命,一个合作”能源安全新战略为指引,将氢能产业列为战略新兴产业,大力推动氢能核心技术研发和产业培育。

当前,我国已有多个省市出台了氢能产业发展专项规划和指导意见。加氢站等加氢基础设施是链接上游氢气制备和下游氢气应用的关键环节,是制约氢能产业的发展关键所在。我国也在持续加大对加氢站建设支持力度,2020年5月,国家财政部下发氢能汽车“十城千辆”征求意见函,推动和支持重点城市和区域氢燃料汽车和加氢基础建设应用示范。截至2019年底,我国累计建成的加氢站66座,但国内大部分已建成的加氢站为科研示范性质,普遍存在设计建设标准和质量不高、审批和验收不规范、智能化程度低等问题。严格按照规范设计建设的纯商业化运作的加氢站少之又少,相关研究也处于初步阶段。

本文结合国家能源集团首个商业加氢站示范项目的建设管理经验,对商业加氢站立项选址、设计报建、工程建设、调试、验收和取证等阶段重点工作如何开展,从建设单位项目管理的视角进行了解读。如皋加氢站依托国家能源集团氢能重大科研示范项目,严格按照国标进行建设。该加氢站位于如皋市开发区益寿北路与惠民西路交汇路口东南侧,安装有2台氢气压缩机,系统平均压缩能力可达1100NM3/h;总固定储氢容量600kg,整个加氢站平均日加氢能力达到1000kg。项目于2018年8月10日正式启动建设,2019年11月21日完成整站单机和系统联合调试,是国内首个35MPa/70MPa双模国际标准、行政审批完备的示范性、科普性、商业型加氢站。

2 加氢站立项和选址

加氢站项目选址好坏直接决定了项目的成败,选址需要综合考虑产业政策、经济技术性、地理位置等因素。

(1)加氢站选址时应符合当地产业政策和规划,特别是要关注拟选址用地性质。在行业发展初期,部分地方政府为鼓励加氢站建设,允许在工业用地等非商服属性土地上建设加氢站,但从长期商业运作和规避风险角度考虑,建议项目选址初期就锁定商服用地,筑牢商业加氢站合法、合规建设经营的基础。

(2)选址时要综合考虑站外建筑物、构筑物的安全间距。例如各类建筑、厂房、各类物品仓库、变配电站、铁路、城市道路、进出道口、高架桥、架空通信线路等,要充分考虑市政消防用水,氢源距离、进出管束车行驶区域等限制性因素,严格按照国家现行有关标准、规范的规定来确定合理的站址。

(3)加氢站选址要注重手续完备性。选址过程中应及时取得规划、土地、交通、住建、应急等部门综合选址批复意见,并以此加快办理项目核准或立项备案文件。

3 加氢站设计和报建

3.1 加氢站设计

3.1.1 加氢站站内设施和建构物组成

加氢站按照功能通常分为卸氢、压缩、设备、加氢和辅助服务等5大区域,主要由卸气柱、氢压机、冷冻机、冷水机、储氢罐、加氢机、氢气及氮气管路系统、站房、罩棚等设备和构建筑物组成。

3.1.2加氢站建设全过程主要依据标准和规范

加氢站建设过程中主要遵循的法规、标准、规范包括:《加氢站技术规范》GB50516—2010、《氢气站设计规范》GB50177—2005、《加氢站安全技术规范》GB/T34584—-2017、《氢气使用安全技术规程》GB4692—2008、《城镇燃气设计规范》GB50028—2006、《建筑设计防火规范》GB50016—2014、《供配电系统设计规范》GB50052—2009、《工业金属管道设计规范》GB50316—-2000(2008年版)、《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976—20、《压力管道规范-工业管道》GB/T20801.5—200、《压力容器》GB150.1~150.4—2011、《压力容器压力管道设计许可规则》TSG1001-2008、《压力管道安全技术监察规程——工业管道》TSGD0001—2009、《特种设备安全监察条例》(国务院令第549号2009年)、《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21—2016等。

3.1.3设计重点内容

加氢站设计包含工艺、建筑、结构、给排水、暖通、电气、智能化等多个专业。设计过程中要综合考虑安全性、可靠性、经济性、先进性,以及生产与运维等多种需求,出于氢气安全的考虑,安全、工艺、防雷、消防和站控系统设计是加氢站设计工作的重点内容。

(1)安全设计:加氢站在开展正式施工图设计之前,必须委托有专业资质的第三方机构编制安全评价和安全设施设计文件。在开展专家论证基础上,按照《危险化学品建设项目安全监督管理办法》(国家安全生产监督管理总局第79号令)规定,由建设单位向应急管理局提出申请,应急管理局出具相应审查意见。在此基础上,设计单位需要对涉及安全诸因素进行定量和定性分析,做好安全专项细化设计。以如皋站为例,除进行本质安全设计(安全阀、紧急拉断阀、泄放阀、紧急切断阀、电气防爆、防雷防静电)外,加氢站还设计了红外安防系统、电子周界、动作识别和告警、消防探测(气体浓度探测、火焰探测、温度探测)报警和机械排风、消防灭火与急停等与安全密切相关的系统。

(2)工艺设计:加氢站工艺设计需要综合考虑氢气压缩能力、站内储氢能力、氢气运输能力、日加注能力、峰值加注能力、连续加注能力、加注效率、加氢预冷能力、有效加氢时间、综合能耗等参数指标,并结合生产运营需求,确定工艺方案(一级或二级压缩),选择氢压机的种类和排气量等参数,完成工艺系统(PID图)设计。由于氢气特有氢脆现象,对运行环境(无油、无尘、耐高压)有很高的要求,在设计计算和综合比选过程中,需要重点考虑选择与工艺方案相匹配的管件、阀门以及管道连接方式。其中,氢气管道及附件应考虑氢的相容性要求,选用具有优良承压能力、密封性、施工维修便捷性的管道和连接方式。高压氢气管道主要有焊接和卡套接头,高压管道用卡套连接方式主要有螺纹卡套和双卡套2种,按照美国石油协会SNAI/API6A标准的相关规定,一般在压力为35~100MPa采用高压螺纹卡套密封方式,低于35MPa的高压管道采用双卡套密封方式。如皋加氢站设计了70MPa/35MPa双模系统,部分管道工作和试验压力接近100MPa,管材选择了316L的不锈钢管,在管件连接方式上主要采用了高压螺纹卡套密封连接方式。

(3)工艺控制系统:站控系统是加氢站大脑,负责协调指挥加氢站各设备、阀门的运转,站控系统的好坏对加氢站安全运行、加注能力、运行效率、经济能耗都有至为重要影响,站控系统的设计和选择要重点关注可靠性、安全性(急停)、实用性(设备参数提取、记录、告警)、经济性等指标。如皋站采用了国家能源集团自主研发的工艺控制系统,集成自主研发的多负荷场景控制策略,通过调度算法综合压缩电耗可降低8%以上。

(4)安全监管系统:为加强对加氢站人员设备安全、安全监控、生产运营及备品备件管理、加氢补贴政府监管等信息化管理,如皋站部署了一套自主开发的集合物联网、云计算、大数据、区块链等技术的加氢站智能安全监管系统。

3.2项目的报建审批

受设计建设管理经验不足、建站成本高等因素制约外,商业加氢站建站的报建审批和验收取证难也是当前加氢站商业化过程中亟待解决的重大难题。目前,国家对加氢站的建设和审批程序以及归口管理部门都没有明确,国内只有佛山、如皋等少数城市出台了加氢站建设运营方面的地方性管理办法,各地建设审批验收程序和归口管理部门不尽形同,但总的原则是按照氢气“能源”和“危化品”双重属性进行管理的。

以如皋加氢站为例,在项目选址、土地获取、项目立项的基础上,先后完成了施工图技术审查、消防设计审查、环境预评价、防雷设计审查、人防意见审查、安全预评价和安全设施审查、质量安全报监等18项前置审查,取得建筑工程施工许可证后开工建设。具体如图1所示。

图1 开工前具体各项审批流程

4 加氢站建设管理

加氢站项目建设工程总造价低,但是面临着安全和质量标准要求高、涉及专业承包商多、工作界面和相互穿插多、审批监管和验收程序错综复杂等诸多难题。加氢站项目建设管理是一项复杂、富有挑战性的工作。以下仅结合如皋加氢站管理经验谈一下对加氢站项目建设阶段管理要点的理解和建议。

4.1项目建设管理的主体责任

加氢站建设应当严格执行国家有关法律、法规、规章以及有关技术标准、规范,明确勘察、设计、建设、监理、施工单位主体责任,实行工程质量终身负责制。在国家尚未明确加氢站建设项目相应工程资质等级标准前,从事加氢站新建、改建、扩建建设项目勘察、设计、施工、监理等活动的,建议参照燃气工程资质等级执行,从事压力容器、压力管道的设计、安装单位及人员须具有相应资质或资格。

4.2项目建设管理的系统性

加氢站项目管理是一项复杂的系统工程,对内需要发挥管理团队协同作用;对外要统筹调度好设计、勘察、监理、施工、设备供货等参建单位工作,还要与政府监管部门就审批和监管事项做好沟通。项目管理过程中要牢固树立系统管理的思想,项目伊始就要搜集相关资料,借鉴类似项目成功经验,做好整个项目从设计、招标、报建、施工、采购到验收交付全过程的项目管理策划。对于项目推进过程中可能出现问题和难题要提前预判,制定有针对性的举措,最大程度上减少不可控风险对项目推进造成影响,确保项目建设各项工作按计划推进。结合项目特点,要建立与项目管理要求匹配的管理体系,厘清职责和工作边界,既要做到分工明确又要做好补位和协同,整合内外资源进行最优化配置从而达成预定项目管理目标。

4.3项目建设质量关键点把控

加氢站项目建设阶段要特别注重关键环节和质量控制点把控。重点做好主设备采购、监检、安装,压力容器、压力管道报、安装和测试,防雷、防爆和防静电施工与测试,消防和安防系统施工和调试、系统和联合调试等重点工作。

4.3.1压力容器和压力管道的安装和测试

压力容器和压力管道施工过程管控是加氢站建设的关键环节。①出于氢本质安全管理需要,要防止泄露、逸出、聚集及外源污染,杜绝生燃烧和爆炸隐患。②为了保障氢品质,建设过程中要对水气、油脂和颗粒物等外源污染严格控制,确保加注到车辆氢气能够满足车用燃料电池要求。

压力容器和压力管道的施工和测试过程中,要重点做好原材料、施工工艺、吹扫和压力和气密性试验等工作,特别需要重视对安装测试过程100%受控和可追溯的管理。在压力容器和管道施工过程中,要严格杜绝外源杂质污染。如,皋加氢站的氢气、氮气和管道管件和特殊仪表(经过水压监检校验)在安装前,均先进行了乙醇脱脂处理并用高纯氮喷干,并在脱脂完成后立即进行了管道安装和密封。所有氢气和氮气工艺管道安装结束后,连同系统上高压储罐,阀门仪表,分段采用通入高纯氮气(液氮气化制备的氮气,纯度≥99.999%,)进行脉冲吹扫处理,吹扫速度大于20m/s,吹扫压力初始压力3~5MPa,压力降0.3~0.5MPa/min,脉冲吹扫次数8~10次。储罐和管道系统,吹扫结束后,用氮气氮封。检测储罐排放口氮气的露点值为68~70℃(H2O≤3ppm),氧含量<1ppm。排气口进行颗粒物富集实验检测,确保无铁锈杂质。通过这些措施,有效杜绝了油脂,空气。颗粒物等外源污染物进入加氢站系统,保障了氢气不受污染满足车用燃料电池要求。

压力容器和压力管道施工时,还需要满足政府监管部门监检的要求,施工前要提前报备监检,施工测试后取得压力容器和压力管道使用许可证,为后续手续办理创造条件。

4.3.2防雷、防爆和防静电施工

加氢站内防雷、防爆和防静电施工是项目建设期需要重点关注的另一环节,施工阶段的管理除了严格遵守《加氢站技术规范》GB50516—2010、《建筑物防雷设计规范》GB50057、GB50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》等设计和规范要求进行外,重点是做好施工过程管理,特别要注意施工环节100%受控和可追溯管理,确保防雷、防爆和防静电装置和系统的可靠,施工完成后要认真组织专项验收,并通过电气装置检测、防雷检测等方式验证系统的可靠性。

4.3.3主设备安装和调试

加氢站主要设备包括泄气柱、储氢罐、压缩机、冷水机、冷冻机、换热器、加氢机等。涉氢操作安装调试工作相对比较复杂,受到加氢站实际建设管理经验相对不足,设备制造标准也不统一、部分核心设备依赖进口等因素影响,加氢站设备调试工作中遇到软件、硬件以及通信等多方面的难题,很大程度上制约了项目整体建设和推进速度。为此,设备进场调试前,应从物资、技术、管理、人员等方面做好充分准备。特别要是设备进场前,基础、强电、弱电、通信等条件必须满足要求。另外,设备调试工作应与压力管道测试、电气系统测试、消防安防系统测试等工作统筹考虑、协调一致。以如皋加氢站压缩机设备安装调试为例,就涉及与土建工程衔接(基础强度、尺寸、平整度、预留螺栓孔、设备孔二次灌浆),启机条件协调(线缆匹配、电机启动方式、保护定值)、带氢测试前保障条件(工艺管道压力气密合格、防雷、消防、通信系统测试合格)等工作。

4.3.4系统和联合调试

在各单项调试合格的基础上,依照《氢气使用安全技术规程(GB4692—2008)》等标准和规范,编制《系统和联合调试》专项方案,从组织、人员、物资、技术和应急管理等方面构建调试保障机制,有条不紊推进系统和联合调试各项工作,实现系统和联合调试目标。

如皋加氢站在前期各项准备工作就绪的基础上,制定切实可行的调试计划,稳扎稳打、分步推进,2019年11月21日成功完成整站单机和系统联合调试,具备自动加注条件。实现了全自动卸氢,储罐增压和加氢操作全自动控制和安全联锁;70MPa加氢采用丰汽车参与了全流程加注调试,加注率达到98%以上,加注过程完全符合国际SAE标准。

5 加氢站验收和取证

以如皋加氢站为例,加氢站在项目工程竣工后,由建设单位向住建、规划、消防、质监、气象、档案、环保、市场监管局申请专项验收;并组织安全和环保的“三同时验收”。因目前缺乏明确的制度规定,经与当地政府部门沟通,如皋加氢站“三同时验收”由建设单位依据前期安全条件和设施审查意见及相关规定,自行组织验收后报当地应急管理局备案。在取得以上专项验收合格证明基础上,由燃气管理部门核发《燃气经营许可证》(有的地方要求取得《危化品经营许可证》),市场监管局核发《气瓶(压力容器)充装许可证》。建设单位取得核发双证后依法进行加氢站商业经营活动,具体如图2所示。

图2 验收发证流程

6 结束语

目前,国家对加氢站的建设和审批程序没有明确规定,商业加氢站审批、建设和验收等环节各项工作缺少指导依据,还处于探索实践阶段,本文结合自身商业加氢站项目建设管理经验,从实操的角度,剖析了商业加氢站从立项、设计、报建、建设到验收取证管理要点,希望能够为我国商业加氢站审批建设标准建立和推广应用提供借鉴和参考。

End

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责编 | 校对:平步氢云  审核:氢氢我心 

来源:《能源科技》,国家能源集团氢能科技有限责任公司

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