天然氣儲氣方式

1、天然氣儲氣方式淺析天然氣儲氣方式一、天然氣的氣態(tài)儲存天然氣的氣態(tài)儲存方式分為高壓儲氣柜儲存、地下儲氣庫儲存、高壓管道儲 存、管束儲存和吸附儲存等。1、高壓儲氣柜儲存天然氣高壓儲氣柜乂稱定容儲氣柜，即其幾何容積固定不變，依靠改變柜內(nèi) 的壓力儲存燃?xì)?。?yōu)質(zhì)鋼材的出現(xiàn)和焊接技術(shù)的提高為建設(shè)高壓儲氣柜開拓了廣 闊的前景。高壓儲氣柜按其形狀分為圓筒形和球形兩種。(1)圓筒形儲氣柜圓筒形儲氣柜是兩端為碟形、半球形或橢圓形封頭的圓 筒形容器，按安裝方法的不同，可分為立式和臥式兩種。(2)球形儲氣柜球形儲氣柜一般是在工廠壓制成形的球片.試組裝后運(yùn)到現(xiàn) 場拼裝、焊接而成，焊縫需退火處理。2、地下儲氣庫儲存天然氣

2、的地下儲存通常利用枯竭的油氣田、含水多孔地層或鹽礦層建造儲氣 庫。(1) 利用枯竭油氣田儲氣 為了利用地層儲氣，必須準(zhǔn)確地掌握地層參數(shù)， 其中包括孔隙度、滲透率、有無水浸現(xiàn)象、構(gòu)造形狀和大小、油氣巖層厚度、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絕的可靠性等。以前開采過而現(xiàn)在枯竭的油氣層，其參數(shù)無疑是已知的，因此已枯竭的油氣田是最好和最可靠的 地下儲氣庫。(2) 在含水多孔地層中建造地下儲氣庫圖 l 示出了這種儲氣庫的原理，天然氣儲庫由含水砂層及一個不透氣的背斜覆蓋層組成， 其性能和儲氣能力依據(jù)不同 地質(zhì)條件而有很大差別。檢查控制井ffl】 多孔地層中地下儲庫的原理(3)利用鹽礦層建造儲氣

3、庫利用鹽礦層建造儲氣庫儲存天然氣始于1 961年，目前全世界已建成鹽穴儲氣庫近50座，主要分布在美國和歐洲地區(qū)。利用鹽礦層建造儲氣庫首先進(jìn)行排鹽，排鹽設(shè)備流程如圖 2所示。將井鉆到鹽層 后，把各種管道安裝至井下。由工作泵將淡水通過內(nèi)管壓到巖鹽層.飽和鹽水從內(nèi)管和溶解套管之間的管腔排出。當(dāng)通過幾個測點(diǎn)測出的鹽水飽和度達(dá)到一定值 時，排除鹽水的工作即可停止。為了防止儲氣庫頂部被鹽水沖溶， 要加入一種遮蓋液，該液不溶丁鹽水，而 浮丁鹽水表面。在不斷地擴(kuò)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(kuò)大，直至達(dá)到要求為止。當(dāng)儲氣庫建成后第一次注氣時， 要 把內(nèi)管再次插到儲氣庫底部，

4、從頂部打入燃?xì)?，將殘留的鹽水置換出庫圖 2 排鹽設(shè)備流程當(dāng)長距離輸氣管道的壓力大丁儲氣庫的壓力時.則必須先使天然氣通過預(yù)熱 器再進(jìn)入儲氣庫，這樣就能防止在壓力突然降低時結(jié)凍。如果儲氣庫的壓力和管 道壓力相等，則必須使天然氣經(jīng)壓縮機(jī)加壓，使其達(dá)到需要的壓力送入儲庫，而 儲庫則靠自身的壓力將天然氣輸出。輸出的天然氣在進(jìn)入調(diào)壓器前也需經(jīng)過預(yù)熱 器。此外，至少在儲氣庫運(yùn)行的第一年中.還需要將含有鹽水的天然氣進(jìn)行干燥 處理。鹽礦層儲氣庫的工作流程如圖 3 所示。/壓.機(jī)詛叫P干燥器錯氣井圖 3款礦層借氣庫工作流程3、高壓管道儲存在高壓供氣系統(tǒng)中，將低谷負(fù)荷時多余的燃?xì)鈨Υ嬖诟邏汗夤艿纼?nèi)，高峰負(fù)荷時自高

5、壓管道內(nèi)輸出，將輸氣和儲存結(jié)合在一起，是一種比較理想的儲氣方 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(shí)現(xiàn)。4、管束儲存管束儲存是高壓儲氣的一種形式，是用直徑較?。壳耙话銥?1.01.5 m）、 長度較長（幾十米或幾白米）的若十根乃至幾十根鋼管按一定的間距排列起來，壓入燃?xì)膺M(jìn)行儲存。管束儲存的最大特點(diǎn)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、吸附儲存天然氣的吸附儲存（ANG）是在儲罐中借助裝入固體吸附劑。以達(dá)到在一定的 儲存壓力（34MPa 訴使吸附天然氣達(dá)到與壓縮天然氣相接近的存儲容量。在 20 世紀(jì)50 年代，Spangler 獲得了在液化溫

6、度附近運(yùn)用吸附劑存儲甲烷的專利，這是有關(guān) ANG 勺最早想法。1971 年 8 月，MunsorfPRobert 的一篇題為“用沸石存儲天然氣”的報告由美國政府機(jī)構(gòu)出版.該報告提出，用高比表面積材料吸附天然氣是 車用天然氣存儲的一個潛在的方法。1985 年 Engel 和 Turko 獲得了車用 ANG?儲系 統(tǒng)及充氣裝置設(shè)計方面的 3 個美國專利，這種新的儲氣方式的研究引起了廣泛關(guān) 注。決定 ANGf 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)者已對各種不同固體吸附材料（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價。試驗(yàn)證明，吸附存儲天然氣的有效吸

7、附劑是具有 高微孔體積的活性炭。犬然氣出口二、天然氣的液態(tài)儲存（LNG）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(diǎn)溫度（一 162C）以下.在其飽和蒸汽壓接近于常壓的情況下進(jìn)行儲存。其儲 存方式主要有凍土地穴儲存、地上金屆儲罐儲存、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲罐儲存等 幾種。1、凍土地穴儲存將液態(tài)天然氣儲存于周圍都是冰凍土壤的地穴中 （見圖 4）。凍土地穴的建造方法是先插入一定數(shù)量的冷凍管， 凍結(jié)土壤，然后挖去內(nèi)部的沙土，深度達(dá)到不 滲透的地層，形成地穴儲罐，該罐的頂部結(jié)構(gòu)為金屆材料制造，并附有絕熱層。整個地穴儲罐只有頂部結(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

8、穴儲罐是很有吸引力的。凍結(jié)土 冷痊管（二圈）免熱局圖4凍上地穴赭存示意圖2、地上金屆儲罐儲存地上金屆儲罐使用最廣泛的是雙壁金屆儲罐。內(nèi)壁用耐低溫的不銹鋼（9 %銳鋼或鋁合金鋼）制成，外壁由一般碳鋼制成，以保護(hù)充填在內(nèi)、外壁之問的絕熱 材料（見圖 5）。/地面液化天然氣金屬頂蓋絕熱層圖5地上雙質(zhì)壁金屬儲雄這類儲罐的底部絕熱材料必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以承受內(nèi)壁和液化 天然氣的自重，一般采用絕熱混凝土。內(nèi)、外壁之間的絕熱材料一般用珍珠巖、玻璃棉等，或充裝微壓的惰性氣體（如干氮?dú)獾龋?、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土儲罐儲存這種儲罐的頂部、側(cè)壁和底部均用混凝土制成，施加預(yù)應(yīng)力的目的是防止產(chǎn) 生裂縫。這種儲罐

9、可建丁地上或埋丁地下。 其絕熱力法有混凝土外部絕熱和內(nèi)部 絕熱兩種。三、天然氣的固態(tài)儲存（水合物儲存）天然氣水合物乂稱固態(tài)甲烷，由天然氣與水組成，呈固態(tài)，外貌板像冰雪或 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”。天然氣水合物的儲存方法是，將天然氣在一定壓力和溫度下轉(zhuǎn)變成固體結(jié)晶 水合物.并儲存丁鋼制的儲罐中。甲烷能否形成水合物同其儲存溫度及壓力有關(guān)， 壓力越高，溫度越低，越易形成水合物。玲灰?guī)r碾鋼外壁天然氣儲氣方式現(xiàn)狀和展望一、液化天然氣儲氣技術(shù)雖然液化天然氣在儲存、運(yùn)輸與使用等方面都有顯著的優(yōu)勢， 但是，目前液 化天然氣僅占全球天然氣消費(fèi)量的 6%。要提高液化天然

10、氣在天然氣消費(fèi)中的比 重，就必須解決液化天然氣發(fā)展中存在的難題，即由于組分差異和溫度差異造成的液化天然氣分層而產(chǎn)生的渦旋，渦旋會引起液化天然氣內(nèi)部能量勢的改變，從 而導(dǎo)致液化天然氣儲存失穩(wěn)，是重大安全隱患。我國的液化天然氣開發(fā)已取得了長足的進(jìn)步， 特別是以顧安忠教授為代表的 上海交通大學(xué)的研究人員，在低溫流體力學(xué)、制冷理論與技術(shù)、天然氣液化設(shè)備 與工藝等方面取得了豐碩的成果。 在今后一段時期，運(yùn)用熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體 力學(xué)來研究天然氣儲存的穩(wěn)定性仍將是液化天然氣應(yīng)用基礎(chǔ)研究的重要方面。除此以外，以下幾方面也將成為液化天然氣研究的熱點(diǎn)。(1) 天然氣和制冷劑的熱物性及遷移特性研究。(2) 天然氣

11、液化流程和設(shè)備模擬研究。(3) 天然氣液化流程的系統(tǒng)模擬和優(yōu)化研究。(4) 小型天然氣液化裝置的開發(fā)與優(yōu)化。(5) 液化天然氣冷量利用技術(shù)。(6) 提高液化天然氣設(shè)備效率技術(shù)。2、地下儲氣庫技術(shù)中國科學(xué)研究院滲流所趙志成 ns對鹽巖儲氣庫水溶建腔過程中的流體輸運(yùn) 和溶腔形態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了流體輸運(yùn)和溶腔數(shù)學(xué)模型，并給出了相 應(yīng)的差分求解方法，應(yīng)用物理模擬的實(shí)例對數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬模型進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了 “自頂向下”的水溶建腔優(yōu)化設(shè)計方法?？傊瑖鴥?nèi)外關(guān)于地下儲氣庫的 研究正朝著數(shù)值化、自動化的方向發(fā)展，研究覆蓋了地質(zhì)、鉆井、開發(fā)、儲運(yùn)、 化工、環(huán)保、測控儀表等諸多學(xué)科領(lǐng)域，已經(jīng)取得了

12、顯著成果。由于天然氣需求量的時變性，以及地下儲氣庫建設(shè)的復(fù)雜性，所以地下儲氣 庫的研究還有許多問題需要解決。 根據(jù)目前的研究狀況，可以預(yù)見，在今后一段 時期內(nèi)，以下幾個方面將成為地下儲氣庫研究的重點(diǎn)。(1) 地下儲氣庫地層傷害潛在因素評價與分析。儲層保護(hù)技術(shù)在油氣田開發(fā) 中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是，專門針對地下儲氣庫地層的傷害與保護(hù)研究還相 當(dāng)缺乏。根據(jù)地下儲氣庫工作壓力高、注采頻繁、多相流動的特點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)對地 層應(yīng)力敏感性(應(yīng)力敏感性、速度敏感性)、相圈閉損害分析和地層微粒運(yùn)移規(guī)律 進(jìn)行研究，為地下儲氣庫的地層保護(hù)提供理論依據(jù)。(2) 水平井建井技術(shù)的推廣。 定向井技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于油氣勘探

13、開發(fā)的鉆 井中。特別是水平井，不僅能夠解決特殊地質(zhì)構(gòu)造條件下的建井問題， 而且能顯 著提高流體滲流面積，增加儲氣庫的儲存效率。(3) 地層多相滲流與巖石力學(xué)的研究。國外對天然氣地下儲存時的地層多相 滲流進(jìn)行專門研究，然而國內(nèi)在這方面只有少量的研究。 天然氣在儲存過程中的 多相滲流行為與開采過程中滲流行為存在差異，對天然氣儲存能力有直接影響。地層巖石的應(yīng)力分布和力學(xué)穩(wěn)定性對儲氣庫的儲存能力也有顯著影響。 有必要對 地下多相滲流與巖石力學(xué)行為做深入研究，為準(zhǔn)確確定天然氣儲存能力提供依據(jù)。(4) 監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化配置。地下儲氣庫的檢測包括地下腔室形態(tài)檢測、密閉 行檢測、運(yùn)行壓力檢測以及環(huán)保和安全檢測。

14、 這些檢測技術(shù)應(yīng)該能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地 實(shí)現(xiàn)信息傳輸與應(yīng)急處理。 網(wǎng)絡(luò)化、 數(shù)字化和自動化是地下儲氣庫檢測系統(tǒng)未來 發(fā)展的方向。3、吸附天然氣儲存技術(shù)為了使吸附天然氣能夠真正走向市場，下列問題值得關(guān)注。(1) 考慮含雜質(zhì)的實(shí)際天然氣(CQ。、HCft 硫化物以及高碳碳?xì)浠衔?對吸 附劑吸附性能的影響。(2) 在充放氣過程中存在吸附熱效應(yīng)的影響，以及在低壓條件下，天然氣的 有效釋放和利用效率。(3) 天然氣吸附儲存相關(guān)設(shè)備，特別是吸附天然氣汽車的研究與開發(fā)。4、近臨界流體儲存技術(shù)利用近臨界流體儲存天然氣，是近年來興起的一項新的天然氣儲存技術(shù)。 該 技術(shù)的基本原理是，利用近臨界流體特有的高溶解力、低粘

15、度、易擴(kuò)散的性質(zhì)， 實(shí)現(xiàn)對天然氣和臨界流體之間的有效傳質(zhì)，進(jìn)而將天然氣溶解其中。目前對天然氣的臨界流體儲存主要集中在兩個方面， 一是尋找高吸附能力的溶劑；二是探索降低吸附壓力和溫度條件限制的途徑。俄克拉荷馬大學(xué)天然氣利 用技術(shù)研究所開發(fā)的一種被稱為“超級氣體”燃料，采用近臨界流體儲存技術(shù)，將天然氣與丙烷和丁烷混合，在室溫條件下形成壓力為 13. 79 MPa 俵壓)的液體 燃料，該燃料具有等量汽油 70%的能量。由北京理工大學(xué)王利生等人提出的以凝 析油戊烷為溶劑儲存天然氣技術(shù)，其儲存條件為室溫，壓力約為 15 MPa, 50 L 容器中所釋放的可燃性氣體量約為 21 kg0雖然近臨界流體儲存天然氣原理簡單，操作方便，但是仍然未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，在技術(shù)方面，關(guān)鍵問題在于如何找到和優(yōu)化儲氣壓力、 溫度，選擇何種溶劑以及 溶劑的用量。其中，對臨界參數(shù)的測量是否準(zhǔn)確尤其重要，要使這項技術(shù)得到推 廣，必須對近臨界流體的特征和相變參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。二、建議(1) 液化