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1 引言
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，可通過一次能源、二次能源及工業領域等多種途徑獲取，也可廣泛應用于工業、建筑、交通、電力行業，是未來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、德國等發達國家均出臺了國家層面的氫能戰略發展規劃。我國政府高度重視氫能產業發展，以習近平總書記“四個革命，一個合作”能源安全新戰略為指引，將氫能產業列為戰略新興產業，大力推動氫能核心技術研發和產業培育。
當前，我國已有多個省市出臺了氫能產業發展專項規劃和指導意見。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鍵環節，是制約氫能產業的發展關鍵所在。我國也在持續加大對加氫站建設支持力度，2020年5月，國家財政部下發氫能汽車“十城千輛”征求意見函，推動和支持重點城市和區域氫燃料汽車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，普遍存在設計建設標準和質量不高、審批和驗收不規范、智能化程度低等問題。嚴格按照規范設計建設的純商業化運作的加氫站少之又少，相關研究也處于初步階段。
本文結合國家能源集團首個商業加氫站示范項目的建設管理經驗，對商業加氫站立項選址、設計報建、工程建設、調試、驗收和取證等階段重點工作如何開展，從建設單位項目管理的視角進行了解讀。如皋加氫站依托國家能源集團氫能重大科研示范項目，嚴格按照國標進行建設。該加氫站位于如皋市開發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日正式啟動建設，2019年11月21日完成整站單機和系統聯合調試，是國內首個35MPa/70MPa雙模國際標準、行政審批完備的示范性、科普性、商業型加氫站。
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業政策、經濟技術性、地理位置等因素。
（1）加氫站選址時應符合當地產業政策和規劃，特別是要關注擬選址用地性質。在行業發展初期，部分地方政府為鼓勵加氫站建設，允許在工業用地等非商服屬性土地上建設加氫站，但從長期商業運作和規避風險角度考慮，建議項目選址初期就鎖定商服用地，筑牢商業加氫站合法、合規建設經營的基礎。
（2）選址時要綜合考慮站外建筑物、構筑物的安全間距。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、進出管束車行駛區域等限制性因素，嚴格按照國家現行有關標準、規范的規定來確定合理的站址。
（3）加氫站選址要注重手續完備性。選址過程中應及時取得規劃、土地、交通、住建、應急等部門綜合選址批復意見，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加氫站建設全過程主要依據標準和規范
加氫站建設過程中主要遵循的法規、標準、規范包括：《加氫站技術規范》GB50516—2010、《氫氣站設計規范》GB50177—2005、《加氫站安全技術規范》GB/T34584—-2017、《氫氣使用安全技術規程》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、《工業金屬管道設計規范》GB50316—-2000（2008年版）、《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》GB/T14976—20、《壓力管道規范-工業管道》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、《壓力管道安全技術監察規程——工業管道》TSGD0001—2009、《特種設備安全監察條例》（國務院令第549號2009年）、《固定式壓力容器安全技術監察規程》TSG21—2016等。
3.1.3設計重點內容
加氫站設計包含工藝、建筑、結構、給排水、暖通、電氣、智能化等多個專業。設計過程中要綜合考慮安全性、可靠性、經濟性、先進性，以及生產與運維等多種需求，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內容。
（1）安全設計：加氫站在開展正式施工圖設計之前，必須委托有專業資質的第三方機構編制安全評價和安全設施設計文件。在開展專家論證基礎上，按照《危險化學品建設項目安全監督管理辦法》（國家安全生產監督管理總局第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。在此基礎上，設計單位需要對涉及安全諸因素進行定量和定性分析，做好安全專項細化設計。以如皋站為例，除進行本質安全設計（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、消防滅火與急停等與安全密切相關的系統。
（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、有效加氫時間、綜合能耗等參數指標，并結合生產運營需求，確定工藝方案（一級或二級壓縮），選擇氫壓機的種類和排氣量等參數，完成工藝系統（PID圖）設計。由于氫氣特有氫脆現象，對運行環境（無油、無塵、耐高壓）有很高的要求，在設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，氫氣管道及附件應考慮氫的相容性要求，選用具有優良承壓能力、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，按照美國石油協會SNAI/API6A標準的相關規定，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，負責協調指揮加氫站各設備、閥門的運轉，站控系統的好壞對加氫站安全運行、加注能力、運行效率、經濟能耗都有至為重要影響，站控系統的設計和選擇要重點關注可靠性、安全性（急停）、實用性（設備參數提取、記錄、告警）、經濟性等指標。如皋站采用了國家能源集團自主研發的工藝控制系統，集成自主研發的多負荷場景控制策略，通過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、生產運營及備品備件管理、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發的集合物聯網、云計算、大數據、區塊鏈等技術的加氫站智能安全監管系統。
3.2項目的報建審批
受設計建設管理經驗不足、建站成本高等因素制約外，商業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化過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都沒有明確，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審查、消防設計審查、環境預評價、防雷設計審查、人防意見審查、安全預評價和安全設施審查、質量安全報監等18項前置審查，取得建筑工程施工許可證后開工建設。具體如圖1所示。
圖1 開工前具體各項審批流程
4 加氫站建設管理
加氫站項目建設工程總造價低，但是面臨著安全和質量標準要求高、涉及專業承包商多、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驗談一下對加氫站項目建設階段管理要點的理解和建議。
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法律、法規、規章以及有關技術標準、規范，明確勘察、設計、建設、監理、施工單位主體責任，實行工程質量終身負責制。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、監理等活動的，建議參照燃氣工程資質等級執行，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，對內需要發揮管理團隊協同作用；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就審批和監管事項做好溝通。項目管理過程中要牢固樹立系統管理的思想，項目伊始就要搜集相關資料，借鑒類似項目成功經驗，做好整個項目從設計、招標、報建、施工、采購到驗收交付全過程的項目管理策劃。對于項目推進過程中可能出現問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險對項目推進造成影響，確保項目建設各項工作按計劃推進。結合項目特點，要建立與項目管理要求匹配的管理體系，厘清職責和工作邊界，既要做到分工明確又要做好補位和協同，整合內外資源進行最優化配置從而達成預定項目管理目標。
4.3項目建設質量關鍵點把控
加氫站項目建設階段要特別注重關鍵環節和質量控制點把控。重點做好主設備采購、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、系統和聯合調試等重點工作。
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的關鍵環節。①出于氫本質安全管理需要，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，建設過程中要對水氣、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，要嚴格杜絕外源雜質污染。如，皋加氫站的氫氣、氮氣和管道管件和特殊儀表（經過水壓監檢校驗）在安裝前，均先進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值為68~70℃（H2O≤3ppm），氧含量＜1ppm。排氣口進行顆粒物富集實驗檢測，確保無鐵銹雜質。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入加氫站系統，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，還需要滿足政府監管部門監檢的要求，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關注的另一環節，施工階段的管理除了嚴格遵守《加氫站技術規范》GB50516—2010、《建筑物防雷設計規范》GB50057、GB50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》等設計和規范要求進行外，重點是做好施工過程管理，特別要注意施工環節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項驗收，并通過電氣裝置檢測、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，受到加氫站實際建設管理經驗相對不足，設備制造標準也不統一、部分核心設備依賴進口等因素影響，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速度。為此，設備進場調試前，應從物資、技術、管理、人員等方面做好充分準備。特別要是設備進場前，基礎、強電、弱電、通信等條件必須滿足要求。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），啟機條件協調（線纜匹配、電機啟動方式、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《氫氣使用安全技術規程（GB4692—2008）》等標準和規范，編制《系統和聯合調試》專項方案，從組織、人員、物資、技術和應急管理等方面構建調試保障機制，有條不紊推進系統和聯合調試各項工作，實現系統和聯合調試目標。
如皋加氫站在前期各項準備工作就緒的基礎上，制定切實可行的調試計劃，穩扎穩打、分步推進，2019年11月21日成功完成整站單機和系統聯合調試，具備自動加注條件。實現了全自動卸氫，儲罐增壓和加氫操作全自動控制和安全聯鎖；70MPa加氫采用豐汽車參與了全流程加注調試，加注率達到98%以上，加注過程完全符合國際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、質監、氣象、檔案、環保、市場監管局申請專項驗收；并組織安全和環保的“三同時驗收”。因目前缺乏明確的制度規定，經與當地政府部門溝通，如皋加氫站“三同時驗收”由建設單位依據前期安全條件和設施審查意見及相關規定，自行組織驗收后報當地應急管理局備案。在取得以上專項驗收合格證明基礎上，由燃氣管理部門核發《燃氣經營許可證》（有的地方要求取得《危化品經營許可證》），市場監管局核發《氣瓶（壓力容器）充裝許可證》。建設單位取得核發雙證后依法進行加氫站商業經營活動，具體如圖2所示。
圖2 驗收發證流程
6 結束語
目前，國家對加氫站的建設和審批程序沒有明確規定，商業加氫站審批、建設和驗收等環節各項工作缺少指導依據，還處于探索實踐階段，本文結合自身商業加氫站項目建設管理經驗，從實操的角度，剖析了商業加氫站從立項、設計、報建、建設到驗收取證管理要點，希望能夠為我國商業加氫站審批建設標準建立和推廣應用提供借鑒和參考。
