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1、我國加氫站建設已初具規(guī)模

作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础?/span>

近年，美國、歐盟、日本等多個國家和地區(qū)已將氫能和燃料電池發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略層面，并制定了具體行動計劃、政策和發(fā)展路線圖。

我國對氫能源和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展也高度重視，得到了國家多部委持續(xù)關注，將其列為“十三五”期間的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。

在2019年政府工作報告中，國家將推進加氫站建設寫進政府工作任務中，意在推動氫能基礎設施建設，同時，對氫燃料電池汽車及加氫站的發(fā)展制定了具體目標。

即到 2020 年實現(xiàn)5000輛級規(guī)模在特定地區(qū)公共服務用車領域的示范應用，建成100座加氫站；2025年實現(xiàn)5萬輛規(guī)模的應用，建成300 座加氫站；2030年實現(xiàn)100萬輛燃料電池汽車的商業(yè)化應用，建成 1000座加氫站。

加氫站是為燃料電池車輛及其他氫能利用裝置提供氫源的重要基礎設施。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2019年4月，全球正在運營的加氫站達到 370 座，其中歐洲152座，亞洲137 座，北美78座，南美1座。

我國加氫站建設始于2006年，分別位于北京、上海、鄭州、深圳、大連、成都、廣州、武漢、云浮、如皋等地，表1中列舉了國內(nèi)部分加氫站。

表1 國內(nèi)部分加氫站統(tǒng)計

我國的加氫站建設雖然起步較晚，但近幾年發(fā)展卻十分迅速，已初具規(guī)模，進入示范運營階段。

國內(nèi)能源企業(yè)、設備制造商及物流企業(yè)等紛紛進入氫能領域，加大了氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術開發(fā)和投資力度。與此同時，與氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關的技術標準、行業(yè)規(guī)范也在加緊制定和完善中。

加氫站作為氫能產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，其安全、穩(wěn)定及可靠運行問題備受社會關注。

結(jié)合目前國內(nèi)加氫站建設的實踐，有必要對現(xiàn)有加氫站的設計、建設標準和規(guī)范現(xiàn)狀進行梳理分析，針對加氫站設計、建設過程中遇到的問題，提出有針對性和可操作性的意見和建議。

2、國外加氫站標準

目前針對加氫站制定了專門法規(guī)、標準的國家有近 10 個，包括日本《高壓氣體保安法》、美國《NFPA 2》、英國《BCGA CP33》、韓國《KGS FP216》、意大利《Regulation 2006-0831》、德國《VdTüV Merkblatt》、法國《la rubrique N1416》。除美國、日本涉及到氣氫液氫外，其余國家均以氣氫為主。

國際標準化組織（ISO）發(fā)布的《氫氣-燃料站Gaseous Hydrogen--Fueling Stations》（ISO/TS 19880）技術標準（TECHNICAL SPECIFICATION），規(guī)定了為所有類型采用氫氣燃料的陸上車輛提供氫氣加注服務的戶外公共燃料站和非公共燃料站的特點。

ISO 就加氫站分 8 個部分制定標準，即加氫站一般要求、加氫槍、加氫站閥件、氫氣壓縮機、加氫站管件、加氫站配件、加氫標準及氫氣確認方法。

美國動力機械工程師協(xié)會發(fā)布了《地面車輛標準-輕型汽車氫燃料加注協(xié)議》（SURFACE VEHICLE STANDARD-Fueling Protocols for Light Duty Gaseous Hydrogen Surface Vehicles，SAE J2601-2014）。

SAE J2601標準制定了輕型汽車氫燃料加注協(xié)議及工藝限制。車輛壓縮氫儲存系統(tǒng)中的環(huán)境溫度、燃料輸送溫度和初始壓力等因素會影響這些工藝限制，包括燃料溫度、最大燃料流速、壓力增長率和端壓率等。

3、國內(nèi)加氫站標準及分析

3.1標準現(xiàn)狀

伴隨著我國加氫站的發(fā)展，國內(nèi)氫能和加氫站標準大多是近十年頒布的，集中在加氫站設計、建設、安全及關鍵設備等。表 2 列出了部分加氫站相關標準。

2005 年國家建設部和質(zhì)監(jiān)局聯(lián)合頒布了升級的《氫氣站設計規(guī)定 GB 50177—2005》，對國內(nèi)新建、改建、擴建氫氣站和供氫站及廠區(qū)設計提供依據(jù)。2010年國家建設部和質(zhì)監(jiān)局再次聯(lián)合頒布了《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》，對國內(nèi)加氫站設計、建設起到了積極的指導作用。

表2 加氫站相關標準

3.2現(xiàn)有加氫站相關標準的分析

目前國內(nèi)加氫站建設參考的標準主要有《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》《加氫站安全技術規(guī)范 GB/T 34584—2017》，這兩個標準均引用了《氫氣站設計規(guī)定 GB 50177—2005》。

GB 50516—2010 是在收集國內(nèi)外加氫站設計、建造和運營方面資料，結(jié)合北京、上海三座加氫站建造和運行經(jīng)驗基礎上編制而來。我國加氫站規(guī)范安全間距數(shù)值采用經(jīng)驗類比值，設備安全間距較大，增加了加氫站的占地面積。

同樣，加氫站內(nèi)設施與站外設施的防火間距要求也較大，這就使得加氫站建設用地更大，造成在城市建成區(qū)建設加氫站難度大，極大地影響了加氫站推廣，特別是對于現(xiàn)有加油站升級改造為油氫混合站。

隨著氫能社會建設步伐的快速推進，我國加氫站建設呈快速增長的趨勢，在加氫站設計、建設實踐中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有加氫站的標準和規(guī)范在建站過程引起一些爭議，

主要體現(xiàn)在：

（1）標準規(guī)范不全，工程設計、建設、運營管理等可參考標準較少，只能參考加油站、氫氣站的相關內(nèi)容，是否合適沒有科學的結(jié)論。

（2）標準不盡完善，內(nèi)容參差不齊。國內(nèi)加氫站標準大多隨著我國加氫站從無到有的發(fā)展過程中形成的，可參考的實際案例有限，個別條文的可操作性不強。

（3）歸口管理單位多，技術標準不統(tǒng)一。如：中國電子工程設計院牽頭編制的《加氫站技術規(guī)范》及《氫氣站設計規(guī)定》，全國氫能標準化委員會牽頭的《加氫站安全技術規(guī)范》，中國汽車產(chǎn)業(yè)協(xié)會、中國石油化工聯(lián)合會等。

不同牽頭單位標準制定者的專業(yè)背景、工作經(jīng)驗不盡相同，編制的標準側(cè)重點和出發(fā)點也不同，造成相關標準之間有條文存在差異，給使用者造成不便。

關于加氫站建設技術和標準，在全球范圍內(nèi)也沒有統(tǒng)一標準。以壓力等級為例，車載氫系統(tǒng)是 70MPa 還是 35MPa，到底哪個壓力等級更優(yōu)，氣氫、液氫誰作為氫源，國內(nèi)外觀點都不一致。

4、討論與建議

4.1建站模式

加氫站有站內(nèi)制氫和站外制氫兩種模式。站內(nèi)制氫通常采用電解水制氫和天然氣（或液化氣）水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝，站內(nèi)制氫的優(yōu)勢在于可以節(jié)省氫氣運輸成本、減少加氫站氫氣儲罐的容積；

不足之處在于制氫設備占地較大，限制其應用；另外，由于汽車氫氣加注的隨機性，制氫設備需要經(jīng)常啟停，操作管理困難。

更重要的是，目前除新批準加氫站建設用地外，國內(nèi)油氫合建站、氣氫合建站加氫站還不允許采用站內(nèi)制氫?，F(xiàn)有加油站、加氣站土地屬于商業(yè)用地，而增加在站制氫設備后，其土地性質(zhì)變?yōu)榱斯I(yè)用地，在政府審批、消防驗收等環(huán)節(jié)很難通過。

與站內(nèi)制氫相對應的是站外制氫。氫氣在化工廠、制氫廠經(jīng)過凈化并壓縮后，通過長管拖車運輸或管道輸送至加氫站，加氫站內(nèi)只設置氫氣存儲、壓縮、加注設施。

國內(nèi)目前運營的加氫站以站外制氫、長管拖車運輸為主。氫氣運輸成本與氫源距離密切相關，一般而言，氣氫的運輸半徑以小于 150km 為宜，液氫的運輸半徑可達 500~700km。

長管拖車運輸氫氣量為 250~460kg/車，液氫運量為 360~4300kg/車，液氫運輸大大提高了運輸效率，目前僅在美、日等國運用較多。

由于氫氣的特殊性，管道輸氫受距離、城鄉(xiāng)規(guī)劃、沿途地質(zhì)條件等影響，一般僅在化工園區(qū)等小范圍內(nèi)采用，其一次投資成本高。

對于長距離管道氫氣輸送，國內(nèi)可以參考的設計規(guī)范較少，僅可以參考相近標準，如：《輸氣管道工程設計規(guī)范 GB50251—2015》《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范 50316—2000》《氫氣站設計規(guī)范 GB50177—2005》等標準。

4.2加氫站等級劃分

《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》對加氫站的等級劃分進行了規(guī)定，加氫站內(nèi)儲氫罐的容量根據(jù)氫氣來源、燃料電池汽車數(shù)量、每輛車充裝氫氣容量及充裝時間而定，詳見表 3。

規(guī)范明確規(guī)定在城市建成區(qū)不應建立一級加氫站、一級加氫加氣合建站和一級加氫加油合建站；當加氫站與加油站合建時，其等級劃分如表 4 所示。這就規(guī)定了在城市建成區(qū)域的油氫合建站加氫部分能力只能是三級。

表3 加氫站等級劃分

表4 油氫合建站等級劃分

《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》中加油站的等級劃分與《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范 GB50156—2012》針對加油部分的等級劃分不一致，后者 每一級總?cè)莘e較前者增加了 30 m3。

加氫站內(nèi)儲氫罐容量是根據(jù)需加注氫氣的質(zhì)量、加注頻率和氫源供應狀況等因素確定，儲氫罐容積越大，其潛在危險越大，對周圍建筑物、構(gòu)筑物可能產(chǎn)生影響程度越大。

目前，針對日加注氫氣量為1000kg 的油氫合建站，大多采用離站制氫模式，站內(nèi)設置固定儲氫罐及可移動的長管拖車。其中，固定儲氫罐儲氫容量一般為 400~650kg，每輛長管拖車的儲氫量為 250~460kg，卸氣時間約 3~5 小時。

針對燃料電池車快速發(fā)展趨勢，用氫量急劇增加，為滿足高峰時段氫氣加注需求，需要在站停放兩輛長管拖車，這樣在站的氫氣儲氫罐總?cè)萘烤统^了 1000kg，按照現(xiàn)有規(guī)范，油氫合建站的等級上升為一級，因此不能在城市建成區(qū)域建設。

從實際需求和安全角度出發(fā)，可以將三級加氫站的罐容總量適當提高到 2000kg，單罐容量仍然不超過 500kg。

4.3加氫站內(nèi)設施之間的防火間距

《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》對加氫站的總平面布置做出了明確規(guī)定。從站內(nèi)設施之間的防火間距表中選取了主要設備間的數(shù)據(jù)列于表 5。

另外，《氫氣站設計規(guī)定 GB 50177—2005》規(guī)定了氫氣站工藝裝置內(nèi)設備、建筑物平面布置防火間距，選取了部分數(shù)據(jù)見表6。

從表 5 數(shù)據(jù)可知，控制室、變配電室、生活輔助間與氫氣壓縮機或氫氣壓縮機間、裝置內(nèi)氫氣罐、氫灌瓶間或氫實（空）瓶間的距離均為 15m，而加氫站技術規(guī)范中可燃氣體壓縮機間與站房的間距為5m，兩者規(guī)定的間距數(shù)值相去甚遠，給工程設計、專家審查及驗收人員選擇何種標準開展工作帶來不便。

另外，按照《氫氣站設計規(guī)定 GB 50177—2005》的表 5.0.1 “站內(nèi)設施之間的防火間距”的注 4 條款：“撬裝工藝設備與站內(nèi)其他設施的防火間距，應按本表制氫間或相應設備的防火間距確定”。

加氫站壓縮機一般采取撬裝方式，可以減少占地，節(jié)省設備安裝時間，因此將氫氣壓縮機撬裝設備在防火安全間距上視為制氫間。據(jù)此條和此表，氫氣壓縮機撬與站房的間距應不小于 15m。

表5 站內(nèi)設施之間的防火間距 m

表6 設備、建筑物平面布置的防火間距 m

根據(jù)加氫站、油氫合建站及氣氫合建站建設實際情況，尤其是合建站占地面積有限，結(jié)合國內(nèi)外加氫站建設實際條件，以及氫氣易于擴散，且擴散范圍小的特點，選擇《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》中可燃氣體壓縮機間與站房的間距為 5m 更為合理。

孫永康結(jié)合上海安亭、上海世博會兩座加氫站的工程設計實踐和規(guī)范實踐，建議《加氫站技術規(guī)范》中引入定量風險評估方法。

針對不同的事故類型、風險控制對象及泄漏尺度，全面評估氣態(tài)加氫站、液態(tài)加氫站的安全距離，采用定量評估方法獲取的安全間距如表 7 所示。

從表 7 中可以看出，規(guī)范所要求的儲氫罐與站房、明火之間的安全間距與定量評估數(shù)據(jù)大致相當，而加氫站內(nèi)設施安全間距評估數(shù)據(jù)是規(guī)范數(shù)據(jù)的一半。

因此，可以看出現(xiàn)階段規(guī)范要求的工藝設備間距還有很大的縮減空間，這也是日本、歐洲等國家加氫站設備布局緊湊、占地更小的原因。

表7 加氫站內(nèi)主要安全距離對比 m

4.4氫氣管道鋪設

氫氣管道是加氫站內(nèi)的主要工藝管道，是連接長管拖車、氫氣壓縮機、儲氫罐/瓶、加氫機的核心部件。

氫氣管線的布置主要有管溝、管架兩種方式，為了安裝、檢修、日常巡檢及車輛行人通行方便，一般采用管道明溝鋪設。

采用明溝鋪設管線，可以防止溝內(nèi)積聚或積存氫氣死角，避免引發(fā)著火爆炸的危險。同時要求明溝不應設置蓋板，當必須設置蓋板時，應采用通氣良好的蓋板。

另外，《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》的 6.5.6 條款的第 2 條規(guī)定了“站區(qū)內(nèi)氫氣管道明溝敷設時，應符合下列規(guī)定：不得與空氣、汽水管道等共溝敷設”。

本條款是強制條款，必須嚴格執(zhí)行。對加氫站而言，除氫氣管線外，還設置有氮氣吹掃、放空管線以及冷卻水或冷卻液管線，依據(jù)此條款規(guī)定，加氫站不得不設置兩個管溝，分別敷設氫氣管線和其他公用工程管線。

該條款條文解釋為氫氣管道不得與空氣、汽水管道等無關管道共溝鋪設，以避免在明溝內(nèi)出現(xiàn)明火作業(yè)。

在加氫站實際運行過程中，如需要在管溝內(nèi)動火作業(yè)，此時加氫站會停止供應氫氣，且氫氣管道內(nèi)的氣體在必要時放空處理。

這樣公用工程或其他輔助管道與氫氣管道處于同時投用、同時停用，提高了加氫站運行的安全性。換而言之，氫氣管道也可以與空氣、汽水管道等無關管道共溝鋪設。

筆者認為，此條規(guī)定值得商榷，以后加氫站標準修編或編制過程中應考慮工程實際情況，對此條款重新斟酌，通過評估建設、維護、運營的實際情況，決定氫氣工藝管道是否可以與空氣、汽水管道等共溝鋪設。

4.5氫氣壓縮機設置

高壓氫氣壓縮機常見的有活塞式、隔膜式和離子壓縮機三種。國內(nèi)以隔膜壓縮機為主，活塞式壓縮機在日本運用較多，離子壓縮機為林德公司產(chǎn)品，運營業(yè)績相對較少。

規(guī)范對壓縮機的設置做了相應的要求，如：①壓縮機入口設置緩沖罐；②壓縮機直充燃料電池汽車時出口設置氫氣冷卻器；③壓縮機的安全保護裝置設置，符合壓縮機進出口與第一個切斷閥之間，應設置安全閥；進出口應設高壓、低壓報警和超限停機裝置等。

通過對壓縮機系統(tǒng)的規(guī)定，確保了氫氣壓縮動力源的本質(zhì)安全。

另外，GB 50516—2010的6.2.3條款還規(guī)定，加氫站應設置備用氫氣壓縮機。一般而言，石油化工連續(xù)操作的壓縮機、泵等動設備均要求設置備用設備，防止一臺設備出現(xiàn)故障影響整個裝置的連續(xù)運行。

對于加氫站而言，由于燃料電池車前往加氫站加注氫氣以白天為主，夜晚較少，尤其是凌晨 12 點至 6 點，少有車輛加注氫氣。

氫氣壓縮機屬于間斷操作，加之現(xiàn)階段燃料電池車及加氫站較少，即使加氫站形成網(wǎng)絡后，對于備用壓縮機而言其意義也不大。

分析原因主要有：①壓縮機固定資產(chǎn)投資約占 20%~30%；②加氫站占地有限，備用壓縮機占用空間；③設置備機后系統(tǒng)管線增加，操作管理界面相對復雜；④氫氣壓縮機易損均有備品、備件，即使出現(xiàn)故障，也能在較短時間內(nèi)完成故障的排除，恢復壓縮機的正常運行，在壓縮機停運期間，需加氫車輛可前往附近加氫站加注氫氣。

4.6建筑及安全設施

《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》還對建筑設施做出了明文規(guī)定。例如，8.0.9 條款要求在有爆炸危險房間的上部空間，應通風良好；頂棚內(nèi)表面應平整，且避免死角，不得積聚氫氣。本條款也是強制條款。

加氫站的火災危險類別歸為甲類，站內(nèi)油爆炸危險房間和區(qū)域的爆炸危險等級為 1 區(qū)或 2 區(qū)。

主要是鑒于氫氣的密度小，只有空氣的 1/14，氫氣易于擴散，容易在房間的上部空間積聚，若不能及時的排除，可能逐漸積聚達到爆炸極限，從而引起著火乃至爆炸事故的發(fā)生。

若因建筑結(jié)構(gòu)設計的需要，頂棚內(nèi)表面有肋條時，應在設計施工時在肋條上預留孔洞，避免形成死角。

對于油氫、氣氫合建站而言，原加油加氣機上部均設置有罩棚，可以充分利用現(xiàn)有的加油站、加氣站罩棚結(jié)構(gòu)，對其進行簡單的通風透氣改造即可滿足要求。

8.0.10條款對加氫站地面結(jié)構(gòu)做了進一步的限定。該條款要求有爆炸危險房間或區(qū)域內(nèi)的地坪，應采用不發(fā)火花地面。

由于氫氣的著火燃燒范圍寬，且著火能量低，一旦泄露氫氣遇活化極易引發(fā)著火燃燒或爆炸事故。

與加油站、加氫站油氣介質(zhì)不同的是，氫氣的密度低，擴散速度快，即使有氫氣泄露，氫氣也會向上部空間擴散，不會在地面積聚。

因此加氫站有危險房間或區(qū)域的地坪是否需要規(guī)定做不發(fā)火地面處理，應該通過一定的補充試驗，根據(jù)試驗結(jié)果給出結(jié)論。

以上簡要分析了加氫站的建站模式、等級劃分、安全間距、管道鋪設方式、不發(fā)火地面設置等方面。

結(jié)合加氫站建設實際遇到的情況，提出了一些看法，希望為以后加氫站標準、規(guī)范的起草和修編提供參考。

政府管理機構(gòu)、科研單位及相關企業(yè)已經(jīng)加大了對加氫站核心設備的研發(fā)力度，相應的加氫站標準和規(guī)范也需要同步跟進，共同助推氫能社會的前進步伐。

5、結(jié)論

加氫站是建設氫能社會的重要環(huán)節(jié)之一，其安全問題一直受到全社會的高度關注。

針對我國加氫站建站的實際情況，簡要分析了國內(nèi)外加氫站建設所依據(jù)標準和規(guī)范發(fā)展現(xiàn)狀，重點分析了《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》，針對我國加氫站設計、建設標準提出了建議。

分析認為：

①從實際需求和安全角度出發(fā)，建議將三級加氫站的罐容總量升級為 2000kg，單罐容量仍然不超過 500kg；

②選擇《加氫站技術規(guī)范 GB 50516—2010》中可燃氣體壓縮機間與站房的間距為 5 米更為合理；

③氫氣工藝管道可以與空氣、汽水管道等共溝敷設；

④加氫站設置備用氫氣壓縮機意義不大；

⑤加氫站有危險房間或區(qū)域的地坪是否需要規(guī)定做不發(fā)火地面處理，應該通過一定的補充試驗，根據(jù)試驗結(jié)果給出結(jié)論。

來源：《現(xiàn)代化工》，張旭

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