油氣儲運2003年油氣儲存天然氣的儲存方式葛志祥(上海燃氣設(shè)計院)葛忐祥:天然氣的儲存方式,油氣儲運,2003,22(3)30~33摘要論述了天然氣的氣態(tài)儲存、液態(tài)儲存和固態(tài)儲存等幾種儲存方式,介紹了這些儲存方式涉及的儲存工藝、儲存容器和應用方法,對應用在城市民用、發(fā)電、化工、天然氣汽車等領(lǐng)域的天然氣的儲存和應用具有指導性作用。主題詞天然氣儲存方法隨著我國西氣東輸管道工程的啟動,中西部地式中va—有效儲氣量,m2;區(qū)豐富的天然氣資源將被輸往東部及沿海地區(qū)。為Vc—儲氣柜的幾何容積,m3;了加強天然氣的綜合利用,與天然氣輸送和儲存的P、P-…-最高、最低使用絕對壓力,MPa有關(guān)問題亟待解決。T、TB使用溫度、標準狀態(tài)的溫度K;PB-一標準狀態(tài)的壓力,MPa天然氣的氣態(tài)儲存2、地下儲氣庫儲存天然氣的地下儲存通常利用枯竭的油氣田、含天然氣的氣態(tài)儲存方式分為高壓儲氣柜儲存、水多孔地層或鹽礦層建造儲氣庫地下儲氣庫儲存、高壓管道儲存、管束儲存和吸附儲(1)利用枯竭油氣田儲氣為了利用地層儲氣存等。必須準確地掌握地層參數(shù),其中包括孔隙度、滲透l、高壓儲氣柜儲存率、有無水浸現(xiàn)象、構(gòu)造形狀和大小、油氣巖層厚度天然氣高壓儲氣柜又稱定容儲氣柜,即其兒何有關(guān)井身和井結(jié)構(gòu)的準確數(shù)據(jù)及地層和鄰近地層隔客積固定不變依靠改變柜內(nèi)的壓力儲存燃氣。優(yōu)絕的可靠性等。以前開采過而現(xiàn)在枯端的油氣層質(zhì)鋼材的出現(xiàn)和焊接技術(shù)的提高為建設(shè)高壓儲氣柜其參數(shù)無疑是已知的,因此已枯竭的油氣田是最好開拓了廣闊的前景。高壓儲氣柜按其形狀分為圓筒和最可靠的地下儲氣庫形和球形兩種(2)在含水多孔地層中建造地下儲氣庫圖1(1)圓筒形儲氣柜圓簡形儲氣柜是兩端為碟示出了這種儲氣庫的原理天然氣儲庫由含水砂層形、半球形或橢圓形封頭的圓筒形容器,按安裝方法及一個不透氣的背斜覆蓋層組成,其性能和儲氣能的不同,可分為立式和臥式兩種。力依據(jù)不同地質(zhì)條件而有很大差別(2)球形儲氣柜球形儲氣柜一般是在工廠壓(3)利用鹽礦層建造儲氣庫利用鹽礦層建造制成形的球片,試組裝后運到現(xiàn)場拼裝、焊接而成,儲氣庫儲存天然氣始于1961年,目前全世界已建成焊縫需退火處理鹽穴儲氣庫近50座,主要分布在美國和歐洲地區(qū)高壓儲氣柜的有效儲氣景可用式(1)計算。利用鹽礦層建造儲氣庫首先進行排鹽,排鹽設(shè)Vc(p-P)T備流程如圖2所示。將井鉆到鹽層后,把各種管道(1)安裝至井下。由工作泵將淡水通過內(nèi)管壓到巖鹽20070,七海市國慶路180號;電話:(021)63802024-607中國煤化工CNMHG第22卷第3期蒿志祥:天然氣的儲存方式31層飽和鹽水從內(nèi)管和溶解套管之間的管腔排出當通過幾個測點測出的鹽水飽和度達到一定值時,壓縮機演熱調(diào)壓器排除鹽水的工作即可停止。O天然氣出口為了防止儲氣庫頂部被鹽水沖溶要加入一種預熱器□儲氣井遮蓋液該液不溶于鹽水,而浮于鹽水表面。在不斷圖3鹽礦層儲氣庫工作流程地擴大遮蓋液量和改變?nèi)芙馓坠荛L度的同時,儲氣庫的高度和直徑也不斷地擴大,直至達到要求為止高壓管道儲存當儲氣庫建成后第一次注氣時,要把內(nèi)管再次插到在高壓供氣系統(tǒng)中,將低谷負荷時多余的燃氣儲氣庫底部,從頂部打入燃氣,將殘留的鹽水置換儲存在高壓供氣管道內(nèi)高峰負荷時自高壓管道內(nèi)出庫。輸出,將輸氣和儲存結(jié)合在一起,是一種比較理想的檢查(控制)井生產(chǎn)井儲氣方法。但是,它有局限性,只有具備高壓輸配供氣的條件下才能實現(xiàn)高壓輸氣管道的有效儲氣量計算如下:不透氣覆蓋層-÷(2-2)(2)式中Q一…有效儲氣量;V—管道的幾何體積;P?！獦藴薁顟B(tài)下的壓力;圖1多孔地層中地下儲庫的原理T。一標準狀態(tài)下的溫度;T。一-管道內(nèi)氣體平均溫度;P最高平均壓力;Pn2—最低平均壓力Z1、Z2—氣體在平均壓力Pm、P=2時的壓縮淡水遮液鹽水池系數(shù)管束儲存管束儲存是高壓儲氣的一種形式,是用直徑較小(目前一般為1.0~1.5m)、長度較長(幾卜米或幾百米)的若干根乃至幾十根鋼管按一定的間距排遮益液輸送管遮益液墊列起來,壓入燃氣進行儲存。管束儲存的最大特點溶解黛管是由于管徑較小,其儲存壓力可以比圓筒形和球形高壓儲氣柜的壓力更高。5、吸附儲存圖2排鹽設(shè)備流程天然氣的吸附儲存(ANG)是在儲罐中借助裝當長距離輸氣管道的壓力大于儲氣庫的壓力人固體吸附劑以達到在一定的儲存壓力(3~4時則必須先使天然氣通過預熱器再進入儲氣庫這MPa)下使吸附天然氣達到與壓縮天然氣相接近的樣就能防止在壓力突然降低時結(jié)凍。如果儲氣庫的存儲容量。在20世紀50年代, spangler獲得了在壓力和管道壓力相等,則必須使天然氣經(jīng)壓縮機加液化溫度附近運用吸附劑存儲甲烷的專利口,這是壓,使其達到需要的壓力送入儲庫,而儲庫則靠自身有關(guān)ANG的最早想法。1971年8月, Munson和的壓力將天然氣輸出。輸出的天然氣在進入調(diào)壓器 Robert的一篇題為“用沸石存儲天然氣”的報告由前也需經(jīng)過預熱器。此外,至少在儲氣庫運行的第美國政府機構(gòu)出版,該報告提出,用高比表面積材料年中,還需要將含有鹽水的天然氣進行干燥處理。吸附天然氣是車用天然氣存儲的一個潛在的方鹽礦層儲氣庫的工作流程如圖3所示。法中國煤化工得了車用ANG存CNMHG油氣儲03年儲系統(tǒng)及充氣裝置設(shè)計方面的3個美國專利3,頂部結(jié)構(gòu)絕熱層這種新的儲氣方式的研究引起了廣泛關(guān)注。決定ANG方法工業(yè)應用的關(guān)鍵是開發(fā)一種專用高效吸附劑。近年來,國內(nèi)外許多學者已對各種珍珠巖不同固體吸附材料(如沸石、分子篩、硅膠、炭黑、活性炭等)進行過吸附性能的研究和評價。試驗證明,液化天然氣玻璃棉吸附存儲天然氣的有效吸附劑是具有高微孔體積的不銹銅內(nèi)壁碳俐外壁活性炭。絕熱混凝土、天然氣的液態(tài)儲存(LNG)圖5地上雙層壁金屬儲罐天然氣的液態(tài)儲存目前一般采用低溫常壓儲存的方法,即將天然氣冷凍到其沸點溫度(-162℃)以這類儲罐的底部絕熱材料必須具有足夠的強度下,在其飽和蒸汽壓接近于常壓的情況下進行儲存。和穩(wěn)定性,以承受內(nèi)壁和液化天然氣的自重,一般采其儲存方式主要有凍土地穴儲存地上金屬儲罐儲用絕熱混凝土。內(nèi),外壁之間的絕熱材料一般用珍存、預應力鋼筋混凝土儲罐儲存等幾種1、凍土地穴儲存氣等)。將液態(tài)天然氣儲存于周圍都是冰凍土壤的地穴3、預應力鋼筋混凝土儲罐儲存中(見圖4)。凍土地穴的建造方法是先插入一定數(shù)這種儲罐的頂部、側(cè)壁和底部均用混凝土制成,量的冷凍管凍結(jié)土壤然后挖去內(nèi)部的沙土,深廢施加預應力的目的是防止產(chǎn)生裂縫。這種儲罐可建達到不滲透的地層,形成地穴儲罐,該罐的頂部結(jié)構(gòu)于地上或埋于地下。其絕熱方法有混凝土外部絕熱為金屬材料制造,并附有絕熱層。整個地穴儲罐只和內(nèi)部絕熱兩種。有頂部結(jié)構(gòu)有可能損壞或受火災影響從安全考慮,這種凍土地穴儲罐是很有吸引力的三天然氣的固態(tài)儲存(水合物儲存)僉頂蓋絕熱層天然氣水合物又稱固態(tài)甲烷,由天然氣與水組地面成,呈固態(tài),外貌極像冰雪或周體酒精,點火即可燃燒,因此被稱為“可燃冰”、“氣冰”、“固體瓦斯”。天然氣水合物的結(jié)晶格架主要由水分子構(gòu)成,在不同液化天然氣的低溫高壓條件下,水分予結(jié)晶形成不同類型多面凍結(jié)土體的籠形結(jié)構(gòu),其分子式為MnH2O(M表示甲烷等冷凍管(圈)氣體,n為水分子數(shù))。天然氣水合物的結(jié)構(gòu)類型有I、且和H型。在標準大氣壓下,1m3飽和大然氣水合物可釋放出約164m3的甲烷氣體天然氣水合物是…種重要的潛在能源。天然氣的主要成分為甲烷,據(jù)估計,全球大然氣水合物中甲圖4凍土地穴儲存示意圖烷的含量是現(xiàn)已探明的礦物燃料總儲量的兩倍以2、地上金屬儲罐儲存上,即大致為2.1×10m3地上金屬儲罐使用最廣泛的是雙壁金屬儲罐天然氣水合物的儲存方法是,將天然氣在一定內(nèi)壁用耐低溫的不銹鋼(9%鎳鋼或鋁合金鋼)制成,壓力和溫度下轉(zhuǎn)變成固體結(jié)晶水合物,并儲存于鋼外壁由一般碳鋼制成,以保護允填在內(nèi)、外壁之間的制的儲罐中。甲烷能否形成水合物同其儲存溫度及絕熱材料(見圖5)壓中國煤化工超易形成水合物CNMHG第22卷第3期油氣儲運3.3立式金屬浮頂油罐浮頂起浮高度的幾何算法李榮暉顧克(中石化管道儲運分公司管道設(shè)計研究院李榮暉顧克:立式金屬浮頂油罐浮頂起浮高度的幾何算法,油氣儲運,2003,22(3)33~35。摘要提出了一種測暨立式僉屬浮頂油罐浮頂起浮髙高度的方法,該方法與國家檢定規(guī)程中的方法相比,具有簡單、精確、可操作性強的特點,介紹了該方法的基本原理和計算方法。主題詞浮頂油罐起浮高度測定方法已檢定過的對比油罐或標準罐的可能性很小;配置前言和安裝準確度為0.002的流量計對川戶來說很不經(jīng)濟;要精確地測量出浮頂從最低點到浮起后的平均立式浮頂油罐是儲存石油化工產(chǎn)品的主要裝程很難做到?；谝陨显?尋找一種經(jīng)濟可行置,是貿(mào)易結(jié)算的主要計量器具,必須定期進行檢的測量方法對用戶和檢定單位都是非常重要的定。浮頂油罐的檢定依據(jù)國家計量檢定規(guī)程根據(jù)幾年的L作經(jīng)驗,發(fā)現(xiàn)通過測量浮頂起浮Jj(l688?《立式金屬罐容量試行檢定規(guī)程》進行的幾何形狀,可以確定浮頂?shù)钠鸶「叨?而凡該方法在該規(guī)程中,浮頂起浮高度的測量方法是,將一定量簡單、精確、可操作性強的水或石油產(chǎn)品從已檢定的油罐或標準罐中注入到被檢定罐中.使其液位接近于浮頂?shù)淖畹忘c,再向被二、浮頂起浮高度幾何算法檢定罐中注人一定體積的液體,使浮頂浮起。用毫米尺測量出浮頂從最低點到浮起后的平均行程,通、測量點的布置過計算,求出浮頂?shù)钠鸶「叨?注入液體的體積采用將浮頂?shù)酌娣殖扇舾蓚€等面積的圓環(huán),在圓環(huán)準確度為0.002的流量計進行計量。這種方法在理上均勻布置適當?shù)臏y點。圓環(huán)的數(shù)量和每圓環(huán)上論上是可行的,但是在實際檢定工作中卻因受到現(xiàn)的測點數(shù)量可根據(jù)測量要求的精度和浮頂?shù)酌姘纪箞鰲l件的限制而無法實行。其原因是在現(xiàn)場找一個不平的程度來確定。在分環(huán)時,如果浮艙底面與單通常,天然氣水合物需要在溫度為-40~45C、稍高System and Power Plant for vehicles. U. S. Patent, 4523318于大氣壓力的情況下儲存在罐內(nèi)。水合物形成氣在水合物晶體中的密度是其常壓下密度的180倍,故Engel L J and Turko J w, Gaseous Hydrocarbon Fucl StorageSystem and Power Plant for vehicles and Associnted Refueling以水合物形式來儲存天然氣具有體積小、安全性高Apparatus, U.S. patent 4522159.1985等優(yōu)點。除此之外,這種儲氣方法還有一些優(yōu)點如, Enge! L J and Turko w; Gascous Fuel Refueling apparat us工藝流程可以大為簡化,不需要復雜的設(shè)備只需一U.S.patn4531558,1985.級冷卻裝置;在水合物狀態(tài)下儲存氣體的裝置不需. Sloan E D: Natural Gas Hydrat, Petr. Tech.,199,4要承受壓力,可用普通鋼材制造5, Kvenvolden K A: Natural Gas Hydrate Occurrence and IssuesInt, Conf on Nat. Gas Hydrate, Ist New York Academy of Sc參考文獻ence, 1994.713I. Engel I j and Turko J W: Gaseous Hydrocarbon Fuel Storage(收櫶日期:2002-07-26)編輯:劉春陽2”108,江蘇省徐州市蜜山;電話:(0516)3453200中國煤化工CNMHG