天然气的储存方式

油气储运2003年油气储存天然气的储存方式葛志祥上海燃气设计院)葛忐样:天然气的储存方式,油气储运,2003,22(3)30~33摘要论述了天然气的气态储存、液态储存和固态储存等几种储存方式,介绍了这些储存方式涉及的储存工艺、储存容器和应用方法,对应用在城市民用、发电、化工、天然气汽车等领域的天然气的储存和应用具有指导性作用。主题词天然气储存方法随着我国西气东输管道工程的启动,中西部地式中Va—有效储气量,m区丰富的大然气资源将被输往东部及沿海地区。为Vc—储气柜的几何容积,m3;了加强天然气的综合利用,与天然气输送和储存的P、P-…最高最低使用绝对压力,MPa有关问题亟待解决。T、TB使用温度、标准状态的温度KPB-一标准状态的压力,MPa天然气的气态储存2、地下储气库储存天然气的地下储存通常利用枯竭的油气田、含天然气的气态储存方式分为高压储气柜储存水多孔地层或盐矿层建造储气库地下储气库储存、高压管道储存、管束储存和吸附储(1)利用枯竭油气田储气为了利用地层储气,存等。必须准确地掌握地层参数,其中包括孔隙度、滲透I、高压储气柜储存率、有无水浸现象、构造形状和大小、油气岩层厚度天然气高压储气柜又称定容储气柜,即其儿何有关井身和井结构的准确数据及地层和邻近地层隔客积固定不变依靠改变柜内的压力储存燃气。优绝的可靠性等。以前开采过而现在枯竭的油气层,质钢材的出现和焊接技术的提高为建设高压储气柜其参数无疑是已知的,因此已枯竭的油气田是最好开拓了广阔的前景。高压储气柜按其形状分为圆筒和最可靠的地下储气库形和球形两种(2)在含水多孔地层中建造地下储气库图(1)圆筒形储气柜圆簡形储气柜是两端为碟示出了这种储气库的原理,天然气储库由含水砂层形、半球形或椭圆形封头的圆筒形容器,按安装方法及一个不透气的背斜覆盖层组成,其性能和储气能的不同,可分为立式和卧式两种力依据不同地质条件而有很大差别。2)球形储气柜球形储气柜一般是在工厂压(3)利用盐矿层建造储气库利用盐矿层建造制成形的球片,试组装后运到现场拼装焊接而成,储气库储存天然气始于1961年,目前全世界已建成焊缝需退火处理。盐穴储气库近50座,主要分布在美国和欧洲地区。高压储气柜的有效储气量可用式(1)计算利用盐矿层建造储气库首先进行排盐,排盐设V=Ve(P-P')tB备流程如图2所示。将井钻到盐层后,把各种管道(1)安装至井下。由工作泵将淡水通过内管压到岩盐70,上海市国庆路180号:电话:(021)63802024-607第22卷第3期蒿志祥:天然气的储存方式·31层,饱和盐水从内管和溶解套管之间的管腔排出。当通过几个测点测出的盐水饱和度达到一定值时,压缩机顶热器调压器天然气出口排除盐水的工作即可停止为了防止储气库顶部被盐水冲溶,要加入一种预热器储气井盖液,该液不溶于盐水,而浮于盐水表面。在不断图3盐矿层储气库工作流程地扩大遮盖液量和改变溶解套管长度的同时,储气库的高度和直径也不断地扩大,直至达到要求为止。3、高压管道储存当储气库建成后第一次注气时,要把内管再次插到在高压供气系统中,将低谷负荷时多余的燃气储气库底部,从顶部打入燃气将残留的盐水置换储存在高压供气管道内,高峰负荷时自高压管道内出库。输出,将输气和储存结合在一起,是一种比较理想的检查(控制)井生产井储气方法。但是,它有局限性,只有具备高压输配供气的条件下才能实现高压输气管道的有效储气量计算如下:不透气覆蔽层PF(2-2)(2)式中Q一有效储气量;V—管道的几何体积P标准状态下的压力T标准状态下的温度图1多孔地层中地下储库的原理T。--管道内气体平均温度;Pn-最高平均压力;尸n—最低平均压力;Z1、Z2—气体在平均压力Pm、Pn2时的压缩淡水遮羔液系数4、簣束储存管束储存是高压储气的一种形式,是用直径较小(日前一般为1.0~1.5m)、长度较长(几十米或几百米)的若干根乃至几十根钢管按一定的间距排遮益液输送管遮盖液垫列起来,压入燃气进行储存。管束储存的最大特点是由于管径较小,其储存压力可以比圆筒形和球形内管高压储气柜的压力更高。5、吸附储存图2排盐设备流程天然气的吸附储存(ANG)是在储罐中借助装当长距离输气管道的压力大于储气库的压力人固体吸附剂以达到在一定的储存压力(3~4时则必须先使天然气通过预热器再进入储气库,这MPa)下使吸附天然气达到与压缩天然气相接近的样就能防止在压力突然降低时结冻。如果储气库的存储容量。在20世纪50年代, Spangler获得了在压力和管道压力相等,则必须使天然气经压缩机加液化温度附近运用吸附剂存储甲烷的专利,这是压,使其达到需要的压力送入储库,而储库则靠自身有关ANG的最早想法。1971年8月, Munson和的压力将天然气输出。输出的天然气在进入调压器 Robert的一篇题为“用沸石存储天然气”的报告由前也需经过预热器。此外,至少在储气库运行的第美国政府机构出版该报告提出,用高比表面积材料年中,还需要将含有盐水的天然气进行干燥处理。吸附天然气是车用天然气存储的一个潜在的方盐矿层储气库的工作流程如图3所示。法。1985年Enge和 Turko获得了车用ANG存油气储运2003年储系统及充气装置设计方面的3个美国专利3,顶部结构绝热层这种新的储气方式的研究引起了广泛关注。决定ANG方法工业应用的关键是开发一种专用高效吸附剂。近年来,國内外许多学者已对各种珍珠岩不同固体吸附材料(如沸石、分子筛、硅胶、炭黑、活性炭等)进行过吸附性能的研究和评价。试验证明,液化天然气玻璃棉吸附存储天然气的有效吸附剂是具有高微孔体积的不锈钢内壁碳钢外壁活性炭绝热混凝土二、天然气的液态储存(LNG)图5地上双层壁金属储罐天然气的液态储存目前一般采用低温常压储存的方法,即将天然气冷冻到其沸点温度(-162℃)以这类储罐的底部绝热材料必须具有足够的强度下,在其饱和蒸汽压接近于常压的情况下进行储存和稳定性,以承受内壁和液化天然气的自重,一般采萁储存方式主要有冻土地穴储存、地上金属储罐储用绝热混凝土。内、外壁之间的绝热材料一般用珍存、预应力钢筋混凝土储罐储存等几种珠岩、玻璃棉等,或充装微压的惰性气体(如干氮1、冻土地穴储存气等)。将液态天然气储存于周围都是冰冻土壤的地穴3、预应力钢筋混凝土储罐储存中(见图4)。冻土地穴的建造方法是先插入一定数这种储罐的顶部、侧壁和底部均用混凝土制成量的冷冻管,冻结土壤,然后挖去内部的沙土,深度施加预应力的目的是防止产生裂缝。这种储罐可建达到不渗透的地层,形成地穴储罐,该罐的顶部结构于地上或埋于地下。其绝热力法有混凝土外都绝热为金属材料制造,并附有绝热层。整个地穴储罐只和内部绝热两种。有顶部结构有可能损坏或受火灾影响,从安全考虑,这种冻土地穴储罐是很有吸引力的天然气的固态储存(水合物储存)金顶盖绝热层天然气水合物又称固态甲烷,由天然气与水组地面成,呈固态,外貌极像冰雪或固体洒精,点火即可燃烧,因此被称为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成,在不同液化天然气的低温高压条件下,水分子结晶形成不同类型多面冻结土体的笼形结构,其分子式为MnH12O(M長示甲烷等冷冻管(圈)气体,n为水分子数)。天然气水合物的结构米型有绝热层I、且和H型。在标准大气压下,1m3饱和大然气水合物可释放出约164m3的甲烷气体。天然气水合物是…种重要的潜在能源。天然气的主要成分为甲烷,据估计,全球大然气水合物中甲图4冻士地穴储存示意图烷的含量是现已探明的矿物燃料总储量的两倍以2、地上金属储罐储存上,即大致为2.1×10m3地上金属储罐使用最广泛的是双壁金属储罐天然气水合物的储存方法是,将天然气在一定内壁用耐低温的不锈钢(9%镍钢或铝合金钢)制成,压力和温度下转变成固体结晶水合物,并储存于钢外壁由一般碳钢制成,以保护充填在内、外壁之间的制的储罐中。甲烷能否形成水合物同其储存温度及绝热材料(见图5)。压力有关,压力越高,温度越低,越易形成水合物。第22卷第3期油气储运立式金属浮顶油罐浮顶起浮高度的几何算法李荣晖顾克中石化管道储还分公司管道设计研究院)李荣晖顾兑:立式金属浮顶油罐浮顶起浮高度的几何算法,油气储运,2003,22(3)33~3摘要提出了一种測暨立式佥属浮頂油罐浮顶起浮高度的方法,该方法与国家检定规桯中的方法相比,具有简单、橢确、可操作性强的特点,介绍了该方法的基本原理和计算方法主題词浮顶油耀起浮高度测定方法已检定过的对比油罐或标准罐的可能性很小:配置→、前言和安装准确度为0.002的流量计对川户来说很不经济;要精确地测量出浮顶从最低点到浮起后的平均立式浮顶油雄是储存石油化工产品的主要装行程很难做到。基于以上原因,寻找一种经济可行置,是贸易结算的主要计量器具,必须定期进行检的测量方法对用户和检定单位都是非常重要的。定。浮顶油罐的检定依据国家计量检定规程根据几年的L作经验,发现通过测量浮顶起浮JG;16887《立式金属罐容量试行检定规程》进行。的几何形状,可以确定浮顶的起浮高度,而且该方法在该规程中,浮顶起浮高度的测量方法是,将一定量简单、精确、可操作性强的水或石油产品从已检定的油罐或标准罐中注入到被检定罐中,使其液位接近于浮顶的最低点,再向被、浮顶起浮高度几何算法检定罐中注入一定体积的液体,使浮顶浮起。用毫米尺测量出浮顶从最低点到浮起后的平均行程,通I、测量点的布置过计算,求出浮顶的起浮高度,注入液体的体积采用将浮顶底面分成若干个等面积的圆环,在圆环准确度为0.002的流量计进行计量。这种方法在理上均匀布置适当的测点。圆环的数量和每圆环上论上是可行的但是在实际检定工作中却因受到现的测点数量可根据测量要求的精度和浮顶底面凹凸场条件的限制而无法实行。其原因是在现场找一个不平的程度来确定。在分环时,如果浮舱底面与单通常,天然气水合物需要在温度为-40~45C、稍高System and Power Plant for Vehicles. U.S. Patent, 4523318大气压力的情况下储存在罐内。水合物形成气在水合物晶体中的密度是其常压下密度的180倍,故2, Engel L J and Turko J W, Gaseous Hydrocarbon Fucl StorageSystem and Power Plant for Vehicles and Associnted Refueling以水合物形式来储存天然气具有体积小、安全性高us,U.S, patent等优点除此之外,这种储气方法还有一些优点,如3, Engel L J and Turko J w; Gaseous Fuel Refueling Apparatus艺流程可以大为简化,不需要复杂的设备.只需一U.S, palen4531558,1985.级冷却装置;在水合物状态下储存气体的装置不需4, Sloane d: Natural Gas Hydrat, Petr. Tech,191,43.要承受压力,叮用普通钢材制造5, Kvenvolden K A: Natural Gas Hydrate Occurrence and Issues.Int, Conf on Nal Gas Hydrate, Ist New York Academy of Sci参考文献ence,994,715I, Engel I j and Turko J W, Gaseous Hydrocarbon Fuel Storagc收搞日期:2002-07-26)编辑:刘春阳21ou:8,江苏省徐州市山;电话:(0516)3453200