1 引言

氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，可通過(guò)一次能源、二次能源及工業(yè)領(lǐng)域等多種途徑獲取，也可廣泛應用于工業(yè)、建筑、交通、電力行業(yè)，是未來(lái)構建以清潔能源為主的多元能源供給系統的重要載體。美國、日本、德國等發(fā)達國家均出臺了國家層面的氫能戰略發(fā)展規劃。我國政府高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以習近平總書(shū)記“四個(gè)革命，一個(gè)合作”能源安全新戰略為指引，將氫能產(chǎn)業(yè)列為戰略新興產(chǎn)業(yè)，大力推動(dòng)氫能核心技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)培育。

當前，我國已有多個(gè)省市出臺了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項規劃和指導意見(jiàn)。加氫站等加氫基礎設施是鏈接上游氫氣制備和下游氫氣應用的關(guān)鍵環(huán)節，是制約氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵所在。我國也在持續加大對加氫站建設支持力度，2020年5月，國家財政部下發(fā)氫能汽車(chē)“十城千輛”征求意見(jiàn)函，推動(dòng)和支持重點(diǎn)城市和區域氫燃料汽車(chē)和加氫基礎建設應用示范。截至2019年底，我國累計建成的加氫站66座，但國內大部分已建成的加氫站為科研示范性質(zhì)，普遍存在設計建設標準和質(zhì)量不高、審批和驗收不規范、智能化程度低等問(wèn)題。嚴格按照規范設計建設的純商業(yè)化運作的加氫站少之又少，相關(guān)研究也處于初步階段。

本文結合國家能源集團首個(gè)商業(yè)加氫站示范項目的建設管理經(jīng)驗，對商業(yè)加氫站立項選址、設計報建、工程建設、調試、驗收和取證等階段重點(diǎn)工作如何開(kāi)展，從建設單位項目管理的視角進(jìn)行了解讀。如皋加氫站依托國家能源集團氫能重大科研示范項目，嚴格按照國標進(jìn)行建設。該加氫站位于如皋市開(kāi)發(fā)區益壽北路與惠民西路交匯路口東南側，安裝有2臺氫氣壓縮機，系統平均壓縮能力可達1100NM3/h;總固定儲氫容量600kg，整個(gè)加氫站平均日加氫能力達到1000kg。項目于2018年8月10日正式啟動(dòng)建設，2019年11月21日完成整站單機和系統聯(lián)合調試，是國內首個(gè)35MPa/70MPa雙模國際標準、行政審批完備的示范性、科普性、商業(yè)型加氫站。

2 加氫站立項和選址

加氫站項目選址好壞直接決定了項目的成敗，選址需要綜合考慮產(chǎn)業(yè)政策、經(jīng)濟技術(shù)性、地理位置等因素。

(1)加氫站選址時(shí)應符合當地產(chǎn)業(yè)政策和規劃，特別是要關(guān)注擬選址用地性質(zhì)。在行業(yè)發(fā)展初期，部分地方政府為鼓勵加氫站建設，允許在工業(yè)用地等非商服屬性土地上建設加氫站，但從長(cháng)期商業(yè)運作和規避風(fēng)險角度考慮，建議項目選址初期就鎖定商服用地，筑牢商業(yè)加氫站合法、合規建設經(jīng)營(yíng)的基礎。

(2)選址時(shí)要綜合考慮站外建筑物、構筑物的安全間距。例如各類(lèi)建筑、廠(chǎng)房、各類(lèi)物品倉庫、變配電站、鐵路、城市道路、進(jìn)出道口、高架橋、架空通信線(xiàn)路等，要充分考慮市政消防用水，氫源距離、進(jìn)出管束車(chē)行駛區域等限制性因素，嚴格按照國家現行有關(guān)標準、規范的規定來(lái)確定合理的站址。

(3)加氫站選址要注重手續完備性。選址過(guò)程中應及時(shí)取得規劃、土地、交通、住建、應急等部門(mén)綜合選址批復意見(jiàn)，并以此加快辦理項目核準或立項備案文件。

3 加氫站設計和報建

3.1 加氫站設計

3.1.1 加氫站站內設施和建構物組成

加氫站按照功能通常分為卸氫、壓縮、設備、加氫和輔助服務(wù)等5大區域，主要由卸氣柱、氫壓機、冷凍機、冷水機、儲氫罐、加氫機、氫氣及氮氣管路系統、站房、罩棚等設備和構建筑物組成。

3.1.2加氫站建設全過(guò)程主要依據標準和規范

加氫站建設過(guò)程中主要遵循的法規、標準、規范包括：《加氫站技術(shù)規范》GB50516—2010、《氫氣站設計規范》GB50177—2005、《加氫站安全技術(shù)規范》GB/T34584—-2017、《氫氣使用安全技術(shù)規程》GB4692—2008、《城鎮燃氣設計規范》GB50028—2006、《建筑設計防火規范》GB50016—2014、《供配電系統設計規范》GB50052—2009、《工業(yè)金屬管道設計規范》GB50316—-2000(2008年版)、《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》GB/T14976—20、《壓力管道規范-工業(yè)管道》GB/T20801.5—200、《壓力容器》GB150.1~150.4—2011、《壓力容器壓力管道設計許可規則》TSG1001-2008、《壓力管道安全技術(shù)監察規程——工業(yè)管道》TSGD0001—2009、《特種設備安全監察條例》(國務(wù)院令第549號2009年)、《固定式壓力容器安全技術(shù)監察規程》TSG21—2016等。

3.1.3設計重點(diǎn)內容

加氫站設計包含工藝、建筑、結構、給排水、暖通、電氣、智能化等多個(gè)專(zhuān)業(yè)。設計過(guò)程中要綜合考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟性、先進(jìn)性，以及生產(chǎn)與運維等多種需求，出于氫氣安全的考慮，安全、工藝、防雷、消防和站控系統設計是加氫站設計工作的重點(diǎn)內容。

(1)安全設計：加氫站在開(kāi)展正式施工圖設計之前，必須委托有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的第三方機構編制安全評價(jià)和安全設施設計文件。在開(kāi)展專(zhuān)家論證基礎上，按照《危險化學(xué)品建設項目安全監督管理辦法》(國家安全生產(chǎn)監督管理總局第79號令)規定，由建設單位向應急管理局提出申請，應急管理局出具相應審查意見(jiàn)。在此基礎上，設計單位需要對涉及安全諸因素進(jìn)行定量和定性分析，做好安全專(zhuān)項細化設計。以如皋站為例，除進(jìn)行本質(zhì)安全設計(安全閥、緊急拉斷閥、泄放閥、緊急切斷閥、電氣防爆、防雷防靜電)外，加氫站還設計了紅外安防系統、電子周界、動(dòng)作識別和告警、消防探測(氣體濃度探測、火焰探測、溫度探測)報警和機械排風(fēng)、消防滅火與急停等與安全密切相關(guān)的系統。

(2)工藝設計：加氫站工藝設計需要綜合考慮氫氣壓縮能力、站內儲氫能力、氫氣運輸能力、日加注能力、峰值加注能力、連續加注能力、加注效率、加氫預冷能力、有效加氫時(shí)間、綜合能耗等參數指標，并結合生產(chǎn)運營(yíng)需求，確定工藝方案(一級或二級壓縮)，選擇氫壓機的種類(lèi)和排氣量等參數，完成工藝系統(PID圖)設計。由于氫氣特有氫脆現象，對運行環(huán)境(無(wú)油、無(wú)塵、耐高壓)有很高的要求，在設計計算和綜合比選過(guò)程中，需要重點(diǎn)考慮選擇與工藝方案相匹配的管件、閥門(mén)以及管道連接方式。其中，氫氣管道及附件應考慮氫的相容性要求，選用具有優(yōu)良承壓能力、密封性、施工維修便捷性的管道和連接方式。高壓氫氣管道主要有焊接和卡套接頭，高壓管道用卡套連接方式主要有螺紋卡套和雙卡套2種，按照美國石油協(xié)會(huì )SNAI/API6A標準的相關(guān)規定，一般在壓力為35~100MPa采用高壓螺紋卡套密封方式，低于35MPa的高壓管道采用雙卡套密封方式。如皋加氫站設計了70MPa/35MPa雙模系統，部分管道工作和試驗壓力接近100MPa，管材選擇了316L的不銹鋼管，在管件連接方式上主要采用了高壓螺紋卡套密封連接方式。

(3)工藝控制系統：站控系統是加氫站大腦，負責協(xié)調指揮加氫站各設備、閥門(mén)的運轉，站控系統的好壞對加氫站安全運行、加注能力、運行效率、經(jīng)濟能耗都有至為重要影響，站控系統的設計和選擇要重點(diǎn)關(guān)注可靠性、安全性(急停)、實(shí)用性(設備參數提取、記錄、告警)、經(jīng)濟性等指標。如皋站采用了國家能源集團自主研發(fā)的工藝控制系統，集成自主研發(fā)的多負荷場(chǎng)景控制策略，通過(guò)調度算法綜合壓縮電耗可降低8%以上。

(4)安全監管系統：為加強對加氫站人員設備安全、安全監控、生產(chǎn)運營(yíng)及備品備件管理、加氫補貼政府監管等信息化管理，如皋站部署了一套自主開(kāi)發(fā)的集合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、區塊鏈等技術(shù)的加氫站智能安全監管系統。

3.2項目的報建審批

受設計建設管理經(jīng)驗不足、建站成本高等因素制約外，商業(yè)加氫站建站的報建審批和驗收取證難也是當前加氫站商業(yè)化過(guò)程中亟待解決的重大難題。目前，國家對加氫站的建設和審批程序以及歸口管理部門(mén)都沒(méi)有明確，國內只有佛山、如皋等少數城市出臺了加氫站建設運營(yíng)方面的地方性管理辦法，各地建設審批驗收程序和歸口管理部門(mén)不盡形同，但總的原則是按照氫氣“能源”和“?；贰彪p重屬性進(jìn)行管理的。

以如皋加氫站為例，在項目選址、土地獲取、項目立項的基礎上，先后完成了施工圖技術(shù)審查、消防設計審查、環(huán)境預評價(jià)、防雷設計審查、人防意見(jiàn)審查、安全預評價(jià)和安全設施審查、質(zhì)量安全報監等18項前置審查，取得建筑工程施工許可證后開(kāi)工建設。具體如圖1所示。

圖1 開(kāi)工前具體各項審批流程

4 加氫站建設管理

加氫站項目建設工程總造價(jià)低，但是面臨著(zhù)安全和質(zhì)量標準要求高、涉及專(zhuān)業(yè)承包商多、工作界面和相互穿插多、審批監管和驗收程序錯綜復雜等諸多難題。加氫站項目建設管理是一項復雜、富有挑戰性的工作。以下僅結合如皋加氫站管理經(jīng)驗談一下對加氫站項目建設階段管理要點(diǎn)的理解和建議。

4.1項目建設管理的主體責任

加氫站建設應當嚴格執行國家有關(guān)法律、法規、規章以及有關(guān)技術(shù)標準、規范，明確勘察、設計、建設、監理、施工單位主體責任，實(shí)行工程質(zhì)量終身負責制。在國家尚未明確加氫站建設項目相應工程資質(zhì)等級標準前，從事加氫站新建、改建、擴建建設項目勘察、設計、施工、監理等活動(dòng)的，建議參照燃氣工程資質(zhì)等級執行，從事壓力容器、壓力管道的設計、安裝單位及人員須具有相應資質(zhì)或資格。

4.2項目建設管理的系統性

加氫站項目管理是一項復雜的系統工程，對內需要發(fā)揮管理團隊協(xié)同作用;對外要統籌調度好設計、勘察、監理、施工、設備供貨等參建單位工作，還要與政府監管部門(mén)就審批和監管事項做好溝通。項目管理過(guò)程中要牢固樹(shù)立系統管理的思想，項目伊始就要搜集相關(guān)資料，借鑒類(lèi)似項目成功經(jīng)驗，做好整個(gè)項目從設計、招標、報建、施工、采購到驗收交付全過(guò)程的項目管理策劃。對于項目推進(jìn)過(guò)程中可能出現問(wèn)題和難題要提前預判，制定有針對性的舉措，最大程度上減少不可控風(fēng)險對項目推進(jìn)造成影響，確保項目建設各項工作按計劃推進(jìn)。結合項目特點(diǎn)，要建立與項目管理要求匹配的管理體系，厘清職責和工作邊界，既要做到分工明確又要做好補位和協(xié)同，整合內外資源進(jìn)行最優(yōu)化配置從而達成預定項目管理目標。

4.3項目建設質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)把控

加氫站項目建設階段要特別注重關(guān)鍵環(huán)節和質(zhì)量控制點(diǎn)把控。重點(diǎn)做好主設備采購、監檢、安裝，壓力容器、壓力管道報監、安裝和測試，防雷、防爆和防靜電施工與測試，消防和安防系統施工和調試、系統和聯(lián)合調試等重點(diǎn)工作。

4.3.1壓力容器和壓力管道的安裝和測試

壓力容器和壓力管道施工過(guò)程管控是加氫站建設的關(guān)鍵環(huán)節。①出于氫本質(zhì)安全管理需要，要防止泄露、逸出、聚集及外源污染，杜絕生燃燒和爆炸隱患。②為了保障氫品質(zhì)，建設過(guò)程中要對水氣、油脂和顆粒物等外源污染嚴格控制，確保加注到車(chē)輛氫氣能夠滿(mǎn)足車(chē)用燃料電池要求。

壓力容器和壓力管道的施工和測試過(guò)程中，要重點(diǎn)做好原材料、施工工藝、吹掃和壓力和氣密性試驗等工作，特別需要重視對安裝測試過(guò)程100%受控和可追溯的管理。在壓力容器和管道施工過(guò)程中，要嚴格杜絕外源雜質(zhì)污染。如，皋加氫站的氫氣、氮氣和管道管件和特殊儀表(經(jīng)過(guò)水壓監檢校驗)在安裝前，均先進(jìn)行了乙醇脫脂處理并用高純氮噴干，并在脫脂完成后立即進(jìn)行了管道安裝和密封。所有氫氣和氮氣工藝管道安裝結束后，連同系統上高壓儲罐，閥門(mén)儀表，分段采用通入高純氮氣(液氮氣化制備的氮氣，純度≥99.999%，)進(jìn)行脈沖吹掃處理，吹掃速度大于20m/s，吹掃壓力初始壓力3~5MPa，壓力降0.3~0.5MPa/min，脈沖吹掃次數8~10次。儲罐和管道系統，吹掃結束后，用氮氣氮封。檢測儲罐排放口氮氣的露點(diǎn)值為68~70℃(H2O≤3ppm)，氧含量<1ppm。排氣口進(jìn)行顆粒物富集實(shí)驗檢測，確保無(wú)鐵銹雜質(zhì)。通過(guò)這些措施，有效杜絕了油脂，空氣。顆粒物等外源污染物進(jìn)入加氫站系統，保障了氫氣不受污染滿(mǎn)足車(chē)用燃料電池要求。

壓力容器和壓力管道施工時(shí)，還需要滿(mǎn)足政府監管部門(mén)監檢的要求，施工前要提前報備監檢，施工測試后取得壓力容器和壓力管道使用許可證，為后續手續辦理創(chuàng )造條件。

4.3.2防雷、防爆和防靜電施工

加氫站內防雷、防爆和防靜電施工是項目建設期需要重點(diǎn)關(guān)注的另一環(huán)節，施工階段的管理除了嚴格遵守《加氫站技術(shù)規范》GB50516—2010、《建筑物防雷設計規范》GB50057、GB50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規范》等設計和規范要求進(jìn)行外，重點(diǎn)是做好施工過(guò)程管理，特別要注意施工環(huán)節100%受控和可追溯管理，確保防雷、防爆和防靜電裝置和系統的可靠，施工完成后要認真組織專(zhuān)項驗收，并通過(guò)電氣裝置檢測、防雷檢測等方式驗證系統的可靠性。

4.3.3主設備安裝和調試

加氫站主要設備包括泄氣柱、儲氫罐、壓縮機、冷水機、冷凍機、換熱器、加氫機等。涉氫操作安裝調試工作相對比較復雜，受到加氫站實(shí)際建設管理經(jīng)驗相對不足，設備制造標準也不統一、部分核心設備依賴(lài)進(jìn)口等因素影響，加氫站設備調試工作中遇到軟件、硬件以及通信等多方面的難題，很大程度上制約了項目整體建設和推進(jìn)速度。為此，設備進(jìn)場(chǎng)調試前，應從物資、技術(shù)、管理、人員等方面做好充分準備。特別要是設備進(jìn)場(chǎng)前，基礎、強電、弱電、通信等條件必須滿(mǎn)足要求。另外，設備調試工作應與壓力管道測試、電氣系統測試、消防安防系統測試等工作統籌考慮、協(xié)調一致。以如皋加氫站壓縮機設備安裝調試為例，就涉及與土建工程銜接(基礎強度、尺寸、平整度、預留螺栓孔、設備孔二次灌漿)，啟機條件協(xié)調(線(xiàn)纜匹配、電機啟動(dòng)方式、保護定值)、帶氫測試前保障條件(工藝管道壓力氣密合格、防雷、消防、通信系統測試合格)等工作。

4.3.4系統和聯(lián)合調試

在各單項調試合格的基礎上，依照《氫氣使用安全技術(shù)規程(GB4692—2008)》等標準和規范，編制《系統和聯(lián)合調試》專(zhuān)項方案，從組織、人員、物資、技術(shù)和應急管理等方面構建調試保障機制，有條不紊推進(jìn)系統和聯(lián)合調試各項工作，實(shí)現系統和聯(lián)合調試目標。

如皋加氫站在前期各項準備工作就緒的基礎上，制定切實(shí)可行的調試計劃，穩扎穩打、分步推進(jìn)，2019年11月21日成功完成整站單機和系統聯(lián)合調試，具備自動(dòng)加注條件。實(shí)現了全自動(dòng)卸氫，儲罐增壓和加氫操作全自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖;70MPa加氫采用豐汽車(chē)參與了全流程加注調試，加注率達到98%以上，加注過(guò)程完全符合國際SAE標準。

5 加氫站驗收和取證

以如皋加氫站為例，加氫站在項目工程竣工后，由建設單位向住建、規劃、消防、質(zhì)監、氣象、檔案、環(huán)保、市場(chǎng)監管局申請專(zhuān)項驗收;并組織安全和環(huán)保的“三同時(shí)驗收”。因目前缺乏明確的制度規定，經(jīng)與當地政府部門(mén)溝通，如皋加氫站“三同時(shí)驗收”由建設單位依據前期安全條件和設施審查意見(jiàn)及相關(guān)規定，自行組織驗收后報當地應急管理局備案。在取得以上專(zhuān)項驗收合格證明基礎上，由燃氣管理部門(mén)核發(fā)《燃氣經(jīng)營(yíng)許可證》(有的地方要求取得《?；方?jīng)營(yíng)許可證》)，市場(chǎng)監管局核發(fā)《氣瓶(壓力容器)充裝許可證》。建設單位取得核發(fā)雙證后依法進(jìn)行加氫站商業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，具體如圖2所示。

圖2 驗收發(fā)證流程

6 結束語(yǔ)

目前，國家對加氫站的建設和審批程序沒(méi)有明確規定，商業(yè)加氫站審批、建設和驗收等環(huán)節各項工作缺少指導依據，還處于探索實(shí)踐階段，本文結合自身商業(yè)加氫站項目建設管理經(jīng)驗，從實(shí)操的角度，剖析了商業(yè)加氫站從立項、設計、報建、建設到驗收取證管理要點(diǎn)，希望能夠為我國商業(yè)加氫站審批建設標準建立和推廣應用提供借鑒和參考。