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1 引言
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的二次能源，可通過一次能源、二次能源及工業(yè)領(lǐng)域等多種途徑獲取，也可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、交通、電力行業(yè)，是未來構(gòu)建以清潔能源為主的多元能源供給系統(tǒng)的重要載體。美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家均出臺了國家層面的氫能戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。我國政府高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以習(xí)近平總書記“四個革命，一個合作”能源安全新戰(zhàn)略為指引，將氫能產(chǎn)業(yè)列為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，大力推動氫能核心技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)培育。
當(dāng)前，我國已有多個省市出臺了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃和指導(dǎo)意見。加氫站等加氫基礎(chǔ)設(shè)施是鏈接上游氫氣制備和下游氫氣應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是制約氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展關(guān)鍵所在。我國也在持續(xù)加大對加氫站建設(shè)支持力度，2020年5月，國家財政部下發(fā)氫能汽車“十城千輛”征求意見函，推動和支持重點城市和區(qū)域氫燃料汽車和加氫基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)用示范。截至2019年底，我國累計建成的加氫站66座，但國內(nèi)大部分已建成的加氫站為科研示范性質(zhì)，普遍存在設(shè)計建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量不高、審批和驗收不規(guī)范、智能化程度低等問題。嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計建設(shè)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(jié)合國家能源集團(tuán)首個商業(yè)加氫站示范項目的建設(shè)管理經(jīng)驗，對商業(yè)加氫站立項選址、設(shè)計報建、工程建設(shè)、調(diào)試、驗收和取證等階段重點工作如何開展，從建設(shè)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(tuán)氫能重大科研示范項目，嚴(yán)格按照國標(biāo)進(jìn)行建設(shè)。該加氫站位于如皋市開發(fā)區(qū)益壽北路與惠民西路交匯路口東南側(cè)，安裝有2臺氫氣壓縮機(jī)，系統(tǒng)平均壓縮能力可達(dá)1100NM3/h；總固定儲氫容量600kg，整個加氫站平均日加氫能力達(dá)到1000kg。項目于2018年8月10日正式啟動建設(shè)，2019年11月21日完成整站單機(jī)和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，是國內(nèi)首個35MPa/70MPa雙模國際標(biāo)準(zhǔn)、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(jì)技術(shù)性、地理位置等因素。
（1）加氫站選址時應(yīng)符合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)政策和規(guī)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(shè)，允許在工業(yè)用地等非商服屬性土地上建設(shè)加氫站，但從長期商業(yè)運作和規(guī)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(guī)建設(shè)經(jīng)營的基礎(chǔ)。
（2）選址時要綜合考慮站外建筑物、構(gòu)筑物的安全間距。例如各類建筑、廠房、各類物品倉庫、變配電站、鐵路、城市道路、進(jìn)出道口、高架橋、架空通信線路等，要充分考慮市政消防用水，氫源距離、進(jìn)出管束車行駛區(qū)域等限制性因素，嚴(yán)格按照國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定來確定合理的站址。
（3）加氫站選址要注重手續(xù)完備性。選址過程中應(yīng)及時取得規(guī)劃、土地、交通、住建、應(yīng)急等部門綜合選址批復(fù)意見，并以此加快辦理項目核準(zhǔn)或立項備案文件。
3 加氫站設(shè)計和報建
3.1 加氫站設(shè)計
3.1.1 加氫站站內(nèi)設(shè)施和建構(gòu)物組成
加氫站按照功能通常分為卸氫、壓縮、設(shè)備、加氫和輔助服務(wù)等5大區(qū)域，主要由卸氣柱、氫壓機(jī)、冷凍機(jī)、冷水機(jī)、儲氫罐、加氫機(jī)、氫氣及氮氣管路系統(tǒng)、站房、罩棚等設(shè)備和構(gòu)建筑物組成。
3.1.2加氫站建設(shè)全過程主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
加氫站建設(shè)過程中主要遵循的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范包括：《加氫站技術(shù)規(guī)范》GB50516—2010、《氫氣站設(shè)計規(guī)范》GB50177—2005、《加氫站安全技術(shù)規(guī)范》GB/T34584—-2017、《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》GB4692—2008、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》GB50028—2006、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016—2014、《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052—2009、《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》GB50316—-2000（2008年版）、《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》GB/T14976—20、《壓力管道規(guī)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(shè)計許可規(guī)則》TSG1001-2008、《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》TSGD0001—2009、《特種設(shè)備安全監(jiān)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(jiān)察規(guī)程》TSG21—2016等。
3.1.3設(shè)計重點內(nèi)容
加氫站設(shè)計包含工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、智能化等多個專業(yè)。設(shè)計過程中要綜合考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)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(tǒng)設(shè)計是加氫站設(shè)計工作的重點內(nèi)容。
（1）安全設(shè)計：加氫站在開展正式施工圖設(shè)計之前，必須委托有專業(yè)資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)編制安全評價和安全設(shè)施設(shè)計文件。在開展專家論證基礎(chǔ)上，按照《危險化學(xué)品建設(shè)項目安全監(jiān)督管理辦法》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局第79號令）規(guī)定，由建設(shè)單位向應(yīng)急管理局提出申請，應(yīng)急管理局出具相應(yīng)審查意見。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計單位需要對涉及安全諸因素進(jìn)行定量和定性分析，做好安全專項細(xì)化設(shè)計。以如皋站為例，除進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)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(shè)計了紅外安防系統(tǒng)、電子周界、動作識別和告警、消防探測（氣體濃度探測、火焰探測、溫度探測）報警和機(jī)械排風(fēng)、消防滅火與急停等與安全密切相關(guān)的系統(tǒng)。
（2）工藝設(shè)計：加氫站工藝設(shè)計需要綜合考慮氫氣壓縮能力、站內(nèi)儲氫能力、氫氣運輸能力、日加注能力、峰值加注能力、連續(xù)加注能力、加注效率、加氫預(yù)冷能力、有效加氫時間、綜合能耗等參數(shù)指標(biāo)，并結(jié)合生產(chǎn)運營需求，確定工藝方案（一級或二級壓縮），選擇氫壓機(jī)的種類和排氣量等參數(shù)，完成工藝系統(tǒng)（PID圖）設(shè)計。由于氫氣特有氫脆現(xiàn)象，對運行環(huán)境（無油、無塵、耐高壓）有很高的要求，在設(shè)計計算和綜合比選過程中，需要重點考慮選擇與工藝方案相匹配的管件、閥門以及管道連接方式。其中，氫氣管道及附件應(yīng)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SNAI/API6A標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)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(shè)計了70MPa/35MPa雙模系統(tǒng)，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(tǒng)：站控系統(tǒng)是加氫站大腦，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)指揮加氫站各設(shè)備、閥門的運轉(zhuǎn)，站控系統(tǒng)的好壞對加氫站安全運行、加注能力、運行效率、經(jīng)濟(jì)能耗都有至為重要影響，站控系統(tǒng)的設(shè)計和選擇要重點關(guān)注可靠性、安全性（急停）、實用性（設(shè)備參數(shù)提取、記錄、告警）、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。如皋站采用了國家能源集團(tuán)自主研發(fā)的工藝控制系統(tǒng)，集成自主研發(fā)的多負(fù)荷場景控制策略，通過調(diào)度算法綜合壓縮電耗可降低8%以上。
（4）安全監(jiān)管系統(tǒng)：為加強(qiáng)對加氫站人員設(shè)備安全、安全監(jiān)控、生產(chǎn)運營及備品備件管理、加氫補(bǔ)貼政府監(jiān)管等信息化管理，如皋站部署了一套自主開發(fā)的集合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的加氫站智能安全監(jiān)管系統(tǒng)。
3.2項目的報建審批
受設(shè)計建設(shè)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(dāng)前加氫站商業(yè)化過程中亟待解決的重大難題。目前，國家對加氫站的建設(shè)和審批程序以及歸口管理部門都沒有明確，國內(nèi)只有佛山、如皋等少數(shù)城市出臺了加氫站建設(shè)運營方面的地方性管理辦法，各地建設(shè)審批驗收程序和歸口管理部門不盡形同，但總的原則是按照氫氣“能源”和“危化品”雙重屬性進(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(chǔ)上，先后完成了施工圖技術(shù)審查、消防設(shè)計審查、環(huán)境預(yù)評價、防雷設(shè)計審查、人防意見審查、安全預(yù)評價和安全設(shè)施審查、質(zhì)量安全報監(jiān)等18項前置審查，取得建筑工程施工許可證后開工建設(shè)。具體如圖1所示。
圖1 開工前具體各項審批流程
4 加氫站建設(shè)管理
加氫站項目建設(shè)工程總造價低，但是面臨著安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高、涉及專業(yè)承包商多、工作界面和相互穿插多、審批監(jiān)管和驗收程序錯綜復(fù)雜等諸多難題。加氫站項目建設(shè)管理是一項復(fù)雜、富有挑戰(zhàn)性的工作。以下僅結(jié)合如皋加氫站管理經(jīng)驗談一下對加氫站項目建設(shè)階段管理要點的理解和建議。
4.1項目建設(shè)管理的主體責(zé)任
加氫站建設(shè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章以及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，明確勘察、設(shè)計、建設(shè)、監(jiān)理、施工單位主體責(zé)任，實行工程質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制。在國家尚未明確加氫站建設(shè)項目相應(yīng)工程資質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn)前，從事加氫站新建、改建、擴(kuò)建建設(shè)項目勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理等活動的，建議參照燃?xì)夤こ藤Y質(zhì)等級執(zhí)行，從事壓力容器、壓力管道的設(shè)計、安裝單位及人員須具有相應(yīng)資質(zhì)或資格。
4.2項目建設(shè)管理的系統(tǒng)性
加氫站項目管理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對內(nèi)需要發(fā)揮管理團(tuán)隊協(xié)同作用；對外要統(tǒng)籌調(diào)度好設(shè)計、勘察、監(jiān)理、施工、設(shè)備供貨等參建單位工作，還要與政府監(jiān)管部門就審批和監(jiān)管事項做好溝通。項目管理過程中要牢固樹立系統(tǒng)管理的思想，項目伊始就要搜集相關(guān)資料，借鑒類似項目成功經(jīng)驗，做好整個項目從設(shè)計、招標(biāo)、報建、施工、采購到驗收交付全過程的項目管理策劃。對于項目推進(jìn)過程中可能出現(xiàn)問題和難題要提前預(yù)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(shè)各項工作按計劃推進(jìn)。結(jié)合項目特點，要建立與項目管理要求匹配的管理體系，厘清職責(zé)和工作邊界，既要做到分工明確又要做好補(bǔ)位和協(xié)同，整合內(nèi)外資源進(jìn)行最優(yōu)化配置從而達(dá)成預(yù)定項目管理目標(biāo)。
4.3項目建設(shè)質(zhì)量關(guān)鍵點把控
加氫站項目建設(shè)階段要特別注重關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制點把控。重點做好主設(shè)備采購、監(jiān)檢、安裝，壓力容器、壓力管道報監(jiān)、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(tǒng)施工和調(diào)試、系統(tǒng)和聯(lián)合調(diào)試等重點工作。
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程管控是加氫站建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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(shè)過程中要對水氣、油脂和顆粒物等外源污染嚴(yán)格控制，確保加注到車輛氫氣能夠滿足車用燃料電池要求。
壓力容器和壓力管道的施工和測試過程中，要重點做好原材料、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程100%受控和可追溯的管理。在壓力容器和管道施工過程中，要嚴(yán)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)過水壓監(jiān)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(jié)束后，連同系統(tǒng)上高壓儲罐，閥門儀表，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(shù)8~10次。儲罐和管道系統(tǒng)，吹掃結(jié)束后，用氮氣氮封。檢測儲罐排放口氮氣的露點值為68~70℃（H2O≤3ppm），氧含量＜1ppm。排氣口進(jìn)行顆粒物富集實驗檢測，確保無鐵銹雜質(zhì)。通過這些措施，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(tǒng)，保障了氫氣不受污染滿足車用燃料電池要求。
壓力容器和壓力管道施工時，還需要滿足政府監(jiān)管部門監(jiān)檢的要求，施工前要提前報備監(jiān)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(xù)手續(xù)辦理創(chuàng)造條件。
4.3.2防雷、防爆和防靜電施工
加氫站內(nèi)防雷、防爆和防靜電施工是項目建設(shè)期需要重點關(guān)注的另一環(huán)節(jié)，施工階段的管理除了嚴(yán)格遵守《加氫站技術(shù)規(guī)范》GB50516—2010、《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057、GB50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》等設(shè)計和規(guī)范要求進(jìn)行外，重點是做好施工過程管理，特別要注意施工環(huán)節(jié)100%受控和可追溯管理，確保防雷、防爆和防靜電裝置和系統(tǒng)的可靠，施工完成后要認(rèn)真組織專項驗收，并通過電氣裝置檢測、防雷檢測等方式驗證系統(tǒng)的可靠性。
4.3.3主設(shè)備安裝和調(diào)試
加氫站主要設(shè)備包括泄氣柱、儲氫罐、壓縮機(jī)、冷水機(jī)、冷凍機(jī)、換熱器、加氫機(jī)等。涉氫操作安裝調(diào)試工作相對比較復(fù)雜，受到加氫站實際建設(shè)管理經(jīng)驗相對不足，設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一、部分核心設(shè)備依賴進(jìn)口等因素影響，加氫站設(shè)備調(diào)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(shè)和推進(jìn)速度。為此，設(shè)備進(jìn)場調(diào)試前，應(yīng)從物資、技術(shù)、管理、人員等方面做好充分準(zhǔn)備。特別要是設(shè)備進(jìn)場前，基礎(chǔ)、強(qiáng)電、弱電、通信等條件必須滿足要求。另外，設(shè)備調(diào)試工作應(yīng)與壓力管道測試、電氣系統(tǒng)測試、消防安防系統(tǒng)測試等工作統(tǒng)籌考慮、協(xié)調(diào)一致。以如皋加氫站壓縮機(jī)設(shè)備安裝調(diào)試為例，就涉及與土建工程銜接（基礎(chǔ)強(qiáng)度、尺寸、平整度、預(yù)留螺栓孔、設(shè)備孔二次灌漿），啟機(jī)條件協(xié)調(diào)（線纜匹配、電機(jī)啟動方式、保護(hù)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(tǒng)測試合格）等工作。
4.3.4系統(tǒng)和聯(lián)合調(diào)試
在各單項調(diào)試合格的基礎(chǔ)上，依照《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程（GB4692—2008）》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，編制《系統(tǒng)和聯(lián)合調(diào)試》專項方案，從組織、人員、物資、技術(shù)和應(yīng)急管理等方面構(gòu)建調(diào)試保障機(jī)制，有條不紊推進(jìn)系統(tǒng)和聯(lián)合調(diào)試各項工作，實現(xiàn)系統(tǒng)和聯(lián)合調(diào)試目標(biāo)。
如皋加氫站在前期各項準(zhǔn)備工作就緒的基礎(chǔ)上，制定切實可行的調(diào)試計劃，穩(wěn)扎穩(wěn)打、分步推進(jìn)，2019年11月21日成功完成整站單機(jī)和系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，具備自動加注條件。實現(xiàn)了全自動卸氫，儲罐增壓和加氫操作全自動控制和安全聯(lián)鎖；70MPa加氫采用豐汽車參與了全流程加注調(diào)試，加注率達(dá)到98%以上，加注過程完全符合國際SAE標(biāo)準(zhǔn)。
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(shè)單位向住建、規(guī)劃、消防、質(zhì)監(jiān)、氣象、檔案、環(huán)保、市場監(jiān)管局申請專項驗收；并組織安全和環(huán)保的“三同時驗收”。因目前缺乏明確的制度規(guī)定，經(jīng)與當(dāng)?shù)卣块T溝通，如皋加氫站“三同時驗收”由建設(shè)單位依據(jù)前期安全條件和設(shè)施審查意見及相關(guān)規(guī)定，自行組織驗收后報當(dāng)?shù)貞?yīng)急管理局備案。在取得以上專項驗收合格證明基礎(chǔ)上，由燃?xì)夤芾聿块T核發(fā)《燃?xì)饨?jīng)營許可證》（有的地方要求取得《危化品經(jīng)營許可證》），市場監(jiān)管局核發(fā)《氣瓶（壓力容器）充裝許可證》。建設(shè)單位取得核發(fā)雙證后依法進(jìn)行加氫站商業(yè)經(jīng)營活動，具體如圖2所示。
圖2 驗收發(fā)證流程
6 結(jié)束語
目前，國家對加氫站的建設(shè)和審批程序沒有明確規(guī)定，商業(yè)加氫站審批、建設(shè)和驗收等環(huán)節(jié)各項工作缺少指導(dǎo)依據(jù)，還處于探索實踐階段，本文結(jié)合自身商業(yè)加氫站項目建設(shè)管理經(jīng)驗，從實操的角度，剖析了商業(yè)加氫站從立項、設(shè)計、報建、建設(shè)到驗收取證管理要點，希望能夠為我國商業(yè)加氫站審批建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)建立和推廣應(yīng)用提供借鑒和參考。
