油氣儲(chǔ)運(yùn)2003年油氣儲(chǔ)存天然氣的儲(chǔ)存方式葛志祥上海燃?xì)庠O(shè)計(jì)院)葛忐樣:天然氣的儲(chǔ)存方式,油氣儲(chǔ)運(yùn),2003,22(3)30~33摘要論述了天然氣的氣態(tài)儲(chǔ)存、液態(tài)儲(chǔ)存和固態(tài)儲(chǔ)存等幾種儲(chǔ)存方式,介紹了這些儲(chǔ)存方式涉及的儲(chǔ)存工藝、儲(chǔ)存容器和應(yīng)用方法,對(duì)應(yīng)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(chǔ)存和應(yīng)用具有指導(dǎo)性作用。主題詞天然氣儲(chǔ)存方法隨著我國西氣東輸管道工程的啟動(dòng),中西部地式中Va—有效儲(chǔ)氣量,m區(qū)豐富的大然氣資源將被輸往東部及沿海地區(qū)。為Vc—儲(chǔ)氣柜的幾何容積,m3;了加強(qiáng)天然氣的綜合利用,與天然氣輸送和儲(chǔ)存的P、P-…最高最低使用絕對(duì)壓力,MPa有關(guān)問題亟待解決。T、TB使用溫度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的溫度KPB-一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的壓力,MPa天然氣的氣態(tài)儲(chǔ)存2、地下儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)存天然氣的地下儲(chǔ)存通常利用枯竭的油氣田、含天然氣的氣態(tài)儲(chǔ)存方式分為高壓儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)存水多孔地層或鹽礦層建造儲(chǔ)氣庫地下儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)存、高壓管道儲(chǔ)存、管束儲(chǔ)存和吸附儲(chǔ)(1)利用枯竭油氣田儲(chǔ)氣為了利用地層儲(chǔ)氣,存等。必須準(zhǔn)確地掌握地層參數(shù),其中包括孔隙度、滲透I、高壓儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)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(chǔ)氣柜又稱定容儲(chǔ)氣柜,即其兒何有關(guān)井身和井結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)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(chǔ)存燃?xì)狻?yōu)絕的可靠性等。以前開采過而現(xiàn)在枯竭的油氣層,質(zhì)鋼材的出現(xiàn)和焊接技術(shù)的提高為建設(shè)高壓儲(chǔ)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(chǔ)氣柜按其形狀分為圓筒和最可靠的地下儲(chǔ)氣庫形和球形兩種(2)在含水多孔地層中建造地下儲(chǔ)氣庫圖(1)圓筒形儲(chǔ)氣柜圓簡(jiǎn)形儲(chǔ)氣柜是兩端為碟示出了這種儲(chǔ)氣庫的原理,天然氣儲(chǔ)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(gè)不透氣的背斜覆蓋層組成,其性能和儲(chǔ)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(chǔ)氣柜球形儲(chǔ)氣柜一般是在工廠壓(3)利用鹽礦層建造儲(chǔ)氣庫利用鹽礦層建造制成形的球片,試組裝后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接而成,儲(chǔ)氣庫儲(chǔ)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(chǔ)氣庫近50座,主要分布在美國和歐洲地區(qū)。高壓儲(chǔ)氣柜的有效儲(chǔ)氣量可用式(1)計(jì)算利用鹽礦層建造儲(chǔ)氣庫首先進(jìn)行排鹽,排鹽設(shè)V=Ve(P-P')tB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70,上海市國慶路180號(hào):電話:(021)63802024-607第22卷第3期蒿志祥:天然氣的儲(chǔ)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(dāng)通過幾個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)出的鹽水飽和度達(dá)到一定值時(shí),壓縮機(jī)頂熱器調(diào)壓器天然氣出口排除鹽水的工作即可停止為了防止儲(chǔ)氣庫頂部被鹽水沖溶,要加入一種預(yù)熱器儲(chǔ)氣井蓋液,該液不溶于鹽水,而浮于鹽水表面。在不斷圖3鹽礦層儲(chǔ)氣庫工作流程地?cái)U(kuò)大遮蓋液量和改變?nèi)芙馓坠荛L(zhǎng)度的同時(shí),儲(chǔ)氣庫的高度和直徑也不斷地?cái)U(kuò)大,直至達(dá)到要求為止。3、高壓管道儲(chǔ)存當(dāng)儲(chǔ)氣庫建成后第一次注氣時(shí),要把內(nèi)管再次插到在高壓供氣系統(tǒng)中,將低谷負(fù)荷時(shí)多余的燃?xì)鈨?chǔ)氣庫底部,從頂部打入燃?xì)鈱埩舻柠}水置換儲(chǔ)存在高壓供氣管道內(nèi),高峰負(fù)荷時(shí)自高壓管道內(nèi)出庫。輸出,將輸氣和儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)高壓輸氣管道的有效儲(chǔ)氣量計(jì)算如下:不透氣覆蔽層PF(2-2)(2)式中Q一有效儲(chǔ)氣量;V—管道的幾何體積P標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力T標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度圖1多孔地層中地下儲(chǔ)庫的原理T。--管道內(nèi)氣體平均溫度;Pn-最高平均壓力;尸n—最低平均壓力;Z1、Z2—?dú)怏w在平均壓力Pm、Pn2時(shí)的壓縮淡水遮羔液系數(shù)4、簣束儲(chǔ)存管束儲(chǔ)存是高壓儲(chǔ)氣的一種形式,是用直徑較小(日前一般為1.0~1.5m)、長(zhǎng)度較長(zhǎng)(幾十米或幾百米)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蓋液墊列起來,壓入燃?xì)膺M(jìn)行儲(chǔ)存。管束儲(chǔ)存的最大特點(diǎn)是由于管徑較小,其儲(chǔ)存壓力可以比圓筒形和球形內(nèi)管高壓儲(chǔ)氣柜的壓力更高。5、吸附儲(chǔ)存圖2排鹽設(shè)備流程天然氣的吸附儲(chǔ)存(ANG)是在儲(chǔ)罐中借助裝當(dāng)長(zhǎng)距離輸氣管道的壓力大于儲(chǔ)氣庫的壓力人固體吸附劑以達(dá)到在一定的儲(chǔ)存壓力(3~4時(shí)則必須先使天然氣通過預(yù)熱器再進(jìn)入儲(chǔ)氣庫,這MPa)下使吸附天然氣達(dá)到與壓縮天然氣相接近的樣就能防止在壓力突然降低時(shí)結(jié)凍。如果儲(chǔ)氣庫的存儲(chǔ)容量。在20世紀(jì)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(jī)加液化溫度附近運(yùn)用吸附劑存儲(chǔ)甲烷的專利,這是壓,使其達(dá)到需要的壓力送入儲(chǔ)庫,而儲(chǔ)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(jìn)入調(diào)壓器 Robert的一篇題為“用沸石存儲(chǔ)天然氣”的報(bào)告由前也需經(jīng)過預(yù)熱器。此外,至少在儲(chǔ)氣庫運(yùn)行的第美國政府機(jī)構(gòu)出版該報(bào)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(jìn)行干燥處理。吸附天然氣是車用天然氣存儲(chǔ)的一個(gè)潛在的方鹽礦層儲(chǔ)氣庫的工作流程如圖3所示。法。1985年Enge和 Turko獲得了車用ANG存油氣儲(chǔ)運(yùn)2003年儲(chǔ)系統(tǒng)及充氣裝置設(shè)計(jì)方面的3個(gè)美國專利3,頂部結(jié)構(gòu)絕熱層這種新的儲(chǔ)氣方式的研究引起了廣泛關(guān)注。決定ANG方法工業(yè)應(yīng)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(xué)者已對(duì)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(jìn)行過吸附性能的研究和評(píng)價(jià)。試驗(yàn)證明,液化天然氣玻璃棉吸附存儲(chǔ)天然氣的有效吸附劑是具有高微孔體積的不銹鋼內(nèi)壁碳鋼外壁活性炭絕熱混凝土二、天然氣的液態(tài)儲(chǔ)存(LNG)圖5地上雙層壁金屬儲(chǔ)罐天然氣的液態(tài)儲(chǔ)存目前一般采用低溫常壓儲(chǔ)存的方法,即將天然氣冷凍到其沸點(diǎn)溫度(-162℃)以這類儲(chǔ)罐的底部絕熱材料必須具有足夠的強(qiáng)度下,在其飽和蒸汽壓接近于常壓的情況下進(jìn)行儲(chǔ)存和穩(wěn)定性,以承受內(nèi)壁和液化天然氣的自重,一般采萁儲(chǔ)存方式主要有凍土地穴儲(chǔ)存、地上金屬儲(chǔ)罐儲(chǔ)用絕熱混凝土。內(nèi)、外壁之間的絕熱材料一般用珍存、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲(chǔ)罐儲(chǔ)存等幾種珠巖、玻璃棉等,或充裝微壓的惰性氣體(如干氮1、凍土地穴儲(chǔ)存氣等)。將液態(tài)天然氣儲(chǔ)存于周圍都是冰凍土壤的地穴3、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲(chǔ)罐儲(chǔ)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(chǔ)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,深度施加預(yù)應(yīng)力的目的是防止產(chǎn)生裂縫。這種儲(chǔ)罐可建達(dá)到不滲透的地層,形成地穴儲(chǔ)罐,該罐的頂部結(jié)構(gòu)于地上或埋于地下。其絕熱力法有混凝土外都絕熱為金屬材料制造,并附有絕熱層。整個(gè)地穴儲(chǔ)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(zāi)影響,從安全考慮,這種凍土地穴儲(chǔ)罐是很有吸引力的天然氣的固態(tài)儲(chǔ)存(水合物儲(chǔ)存)金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),外貌極像冰雪或固體灑精,點(diǎn)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,水分子結(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MnH12O(M長(zhǎng)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)米型有絕熱層I、且和H型。在標(biāo)準(zhǔn)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(jì),全球大然氣水合物中甲圖4凍士地穴儲(chǔ)存示意圖烷的含量是現(xiàn)已探明的礦物燃料總儲(chǔ)量的兩倍以2、地上金屬儲(chǔ)罐儲(chǔ)存上,即大致為2.1×10m3地上金屬儲(chǔ)罐使用最廣泛的是雙壁金屬儲(chǔ)罐天然氣水合物的儲(chǔ)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(chǔ)存于鋼外壁由一般碳鋼制成,以保護(hù)充填在內(nèi)、外壁之間的制的儲(chǔ)罐中。甲烷能否形成水合物同其儲(chǔ)存溫度及絕熱材料(見圖5)。壓力有關(guān),壓力越高,溫度越低,越易形成水合物。第22卷第3期油氣儲(chǔ)運(yùn)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(chǔ)還分公司管道設(shè)計(jì)研究院)李榮暉顧兌:立式金屬浮頂油罐浮頂起浮高度的幾何算法,油氣儲(chǔ)運(yùn),2003,22(3)33~3摘要提出了一種測(cè)暨立式僉屬浮頂油罐浮頂起浮高度的方法,該方法與國家檢定規(guī)桯中的方法相比,具有簡(jiǎn)單、橢確、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn),介紹了該方法的基本原理和計(jì)算方法主題詞浮頂油耀起浮高度測(cè)定方法已檢定過的對(duì)比油罐或標(biāo)準(zhǔn)罐的可能性很小:配置→、前言和安裝準(zhǔn)確度為0.002的流量計(jì)對(duì)川戶來說很不經(jīng)濟(jì);要精確地測(cè)量出浮頂從最低點(diǎn)到浮起后的平均立式浮頂油雄是儲(chǔ)存石油化工產(chǎn)品的主要裝行程很難做到?；谝陨显?尋找一種經(jīng)濟(jì)可行置,是貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量器具,必須定期進(jìn)行檢的測(cè)量方法對(duì)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(jì)量檢定規(guī)程根據(jù)幾年的L作經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)通過測(cè)量浮頂起浮JG;16887《立式金屬罐容量試行檢定規(guī)程》進(jìn)行。的幾何形狀,可以確定浮頂?shù)钠鸶「叨?而且該方法在該規(guī)程中,浮頂起浮高度的測(cè)量方法是,將一定量簡(jiǎn)單、精確、可操作性強(qiáng)的水或石油產(chǎn)品從已檢定的油罐或標(biāo)準(zhǔn)罐中注入到被檢定罐中,使其液位接近于浮頂?shù)淖畹忘c(diǎn),再向被、浮頂起浮高度幾何算法檢定罐中注入一定體積的液體,使浮頂浮起。用毫米尺測(cè)量出浮頂從最低點(diǎn)到浮起后的平均行程,通I、測(cè)量點(diǎn)的布置過計(jì)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€(gè)等面積的圓環(huán),在圓環(huán)準(zhǔn)確度為0.002的流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。這種方法在理上均勻布置適當(dāng)?shù)臏y(cè)點(diǎn)。圓環(huán)的數(shù)量和每圓環(huán)上論上是可行的但是在實(shí)際檢定工作中卻因受到現(xiàn)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量可根據(jù)測(cè)量要求的精度和浮頂?shù)酌姘纪箞?chǎng)條件的限制而無法實(shí)行。其原因是在現(xiàn)場(chǎng)找一個(gè)不平的程度來確定。在分環(huán)時(shí),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大氣壓力的情況下儲(chǔ)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以水合物形式來儲(chǔ)存天然氣具有體積小、安全性高us,U.S, patent等優(yōu)點(diǎn)除此之外,這種儲(chǔ)氣方法還有一些優(yōu)點(diǎn),如3, Engel L J and Turko J w; Gaseous Fuel Refueling Apparatus藝流程可以大為簡(jiǎn)化,不需要復(fù)雜的設(shè)備.只需一U.S, palen4531558,1985.級(jí)冷卻裝置;在水合物狀態(tài)下儲(chǔ)存氣體的裝置不需4, Sloane d: Natural Gas Hydrat, Petr. Tech,191,43.要承受壓力,叮用普通鋼材制造5, Kvenvolden K A: Natural Gas Hydrate Occurrence and Issues.Int, Conf on Nal Gas Hydrate, Ist New York Academy of Sci參考文獻(xiàn)ence,994,715I, Engel I j and Turko J W, Gaseous Hydrocarbon Fuel Storagc收搞日期:2002-07-26)編輯:劉春陽21ou:8,江蘇省徐州市山;電話:(0516)3453200