第七章 天然气的储存方式及末端储气

目前工程上经常使用的储气量的计算方法 利用稳定流计算程序计算管道储气量
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１、目前工程上经常使用的储气 量的计算方法

（１）如果具体确定了管道始端的最高工作压力P1max，可 按照给定的流量用下式算出相应的终端最高工作压力P2max
p2max

2 p1max ClZ Q2
C
Z T

设置多级压缩机；
设置高低压天然气引射器。
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靠注气压缩机增压注气示意图
20
靠采气干线的管压注气示意图
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天然气冷却净化流程图
压缩后的天然气必须冷却（高温气体直接注入，会在气井 套管和周围水泥环引起不均衡的应变）、净化。

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2）采气流程

地下储气库的采气流程有两种基本形式：
① 完全依靠地层的压力将采出的天然气输至输气干线。 ② 靠地层压力和外输气压缩机增压将采出气输至输气干线。

特点 :储气容积能在一定范围内变化

高压气罐 常见的有球形罐和圆筒形卧式罐

高压管束
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1）低压湿式罐



结构 水槽内放置钟罩和塔节，钟罩和塔节随着燃气的进出而 升降。并利用水封隔罐内外气体来储存燃气的容器。 罐的容积随燃气量而变化 分类（钟罩的升降方式） 直立罐：水槽外壁上带有导轨立柱 螺旋罐：钟罩自身外壁上带有螺旋状轨道
注采站
集注站
注气井 采气井
集注站
采气井 注气井 注采井 注采井
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（2）注采气站及天然气处理流程
注采气站及天然气处理流程主要完成的工艺作业：

向各井配气； 控制气体的流量和压力； 进行气体净化、脱除固体和液体杂质；

气体计量、温度压力的测量与调节，对自气体中脱出的固体和液
体组分进行计量； 地下储气库的天然气处理系统应该符合的基本要求：
D 2 p pj max p pj min T0
4 p0 TZ
lZ
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２、利用某稳定流计算程序计算 管道储气量

稳定流数学模型：
dm 0 dx m2 ds d P m 2 / A 2 g 2 dx dx 2 DA d m 4 K (T T0 ) mg ds m 2 h 2 2 D A x 2 A dx A
VT Vri i 0 P0Ti

Pim max Pim min Z Z i2 i1 (6)求得管道储气量
V Vri
1 n

Vi xi
Di2
4
40
二、 末段储气的最优长度
VS Vmax Vmin
p pj max
2 p2max 2 p1max 3 p1max p2max

（4）输气管线
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2.3 地下储气库地面系统特点
（1）注入气无须净化处理 （2）注采气管网差异大
一般注采合一，但注气工艺和采气工艺较大差别
（3）注气时，初期注气量小，压力低；高峰期注气量最大， 压力升高；末期注气量减少，压力达到最高。采气时，初
期采气量小，压力最高；采气量减少，压力达到最低值。
注气压缩机需要适应压力条件的变化。 （4）采出气要进行净化处理
3 2 p2 CQ lZ min 2 2 2 2 2 p2 CQ l p p CQ lZ min Z 2 min 2 min
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第二节 输气管道末段储气

输气管末段储气能力的计算 末段储气的最优长度

计算末段长度和管径的方法
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一、输气管末段储气能力的计算

调峰对象

解决日不平衡的措施之一

所需储气容积计算

如前

A~C：管线始末端压力均 由最小值上升到最大值 随耗气负荷不断变化，管 内燃气流动参数和储气量 不断发生变化，储气和耗 气过程交替出现
3 2 N i ------ 第i 微元段标准状态下密度， kg/m ； D
V N i ------ 第i 微元段标准状态下瞬时气量， 4 m3； Ni
VNi
i

Vi ，Vi xi
i
mi
V V Ni
1
第 in 微元段燃气质量，kg；
V Vmax Vmin
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二、静态末段储气量计算
(3)算出管道终点压力为P2min时沿线各点参数值Pimin (4)利用(3)所得各点参数值算出消耗终了时管道沿线 各微元段的平均压力Pimmin
Pim min
2 Pi 2 2 min P i 1 min 3 Pi1 min Pi 2 min

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步骤：

源自文库
(5)求得各微元段管道储气量
第七章 天然气储存方式及与末段储气
第一节 天然气的储存 第二节 输气管道末段储气
1
第一节、天然气储存方法

气罐储气 地下储气
天然气的液化储存
液化石油气（LPG）调峰 长输管道末段储气


天然气的溶解储存 天然气水合物（NGH）的固态储存
天然气吸附储存
2
1、气罐储气
低压气罐 低压气罐有湿式和干式两种
D 2 p pj max p pj min T0
4
p pj min
p0
TZ
lZ
2 p2min 2 p1min 3 p1min p2min
p2max
p
2 1max
ClZ Q
2
p1min
p
2 2min
ClZ Q
2
C
Z T
2 C0 D5
D2 T0 3 2 2 2 VS p1max p1max p1max CQ2lZ CQ2lZ p1max CQ2 lZ 6 p0TZ
4
低压湿式直立罐


进出气管可以分为单管及双 管两种。当供应组分经常变 化的燃气时 ，为使输出的燃 气组分均匀，必须设置双管， 以利于燃气的混合 多节贮气罐的塔节之间均设 有水封
5
低压湿式螺旋罐



没有导轨立柱，罐体靠安装在侧板 上的导轨与安装在平台上的导轮相 对滑动产生缓慢旋转而上升或下降 主要优点 比直立罐节省金属 15 ～ 30 ％， 且外形较为美观 缺点 不能承受强烈的风压 故在风速太大的地区不宜设置 此外其施工允许误差较小，基 础的允许倾斜或沉陷值也较小
P 2 2 ds g 0 x 2D dx




SHBWR真实气体状态方程
P RT ( B0 RT A0 C 0 D0 E0 2 d 3 ) ( bRT a ) T T2 T3 T4

两种流程的差别在于是否设外输气压缩机。在下列两种情况下应设外
输气压缩机：
a.输气干线的管压很高，采出气如果单靠地层压力外输则要求过多的
垫气量； b.需要深度回收采出气中的凝液，采用压缩——膨胀机制冷。
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靠地层压力将采出的天然气输至输气干线的流程图
24
靠地层压力和外输气压缩机增压将采出气输至输气干线的流程图
33
d 6 c 3 (a ) 2 (1 2 ) exp( 2 ) T T
对于任一微元段：
iVi NiVNi mi
整条管道瞬时气量： 将实际状态转换成标准状态：
末段储气量：
Vi
i ------- 第i 微元段密度，kg/m3；
------- 第i 微元段瞬时气量，m3；
④ 流程灵活
在空冷器入口喷入雾状的浓度较高的甘醇溶液，起到“吸收脱水”的作
用
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（3）压气站

压气站主要设备

压缩机、净化设备和冷却塔

地下储气库压气站的工作特点:

地下储气库一般为注采合一，压缩机需要能够完成各种 组合操作，必要时根据压力等级的不同实现二级或三级 压缩 气体压力、流量以及压缩机都有很大的可变性
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（1）阿曼阿恩型干式罐
10
（2）可隆型干式罐
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(3)威金斯型干式罐
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干式气罐 缺点：没有水槽，因而产生复杂而不易解决的密封问
题，即如何防止活塞与外筒之间的漏气。需提高对罐体及
活塞等部件施工质量的要求。 优点: 没有水封，大大减少了罐的基础荷载，有利于
建造大型储气罐，又节约金属。
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2、地下储气

管线等。

根据储气库所辖注采井的井位和井数的不同，储气库注采 气管网一般采取放射状、枝状或二者相结合的注采气方式。
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放射状管网集气方式
注采井
长输管线
采气井
采气井
注气井 注气井
储气库外输干线
注采站
采气井 注气井
采气井 注采井 注采井
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枝状管网集气方式
注采井
长输管线
采气井
采气井
注气井
注气井
储气库外输干线

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一、输气管末段储气能力的计算

动态末段储气量计算 静态末段储气量计算
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通过长输管线不稳定流动的计算，已得到管线沿线各处的 压力、流量、密度等参数。
1、动态末段储气量计算
0 x
连续性方程：
运动方程：
能量方程：
h 2 2 gs Q u 2 2 gs x x
2.1 地下储气库的类型 利用已开采过的油气田储气；(最为理想和经济) 利用含水多孔地层储气； 利用盐岩层建造储气库储气； 利用岩穴储气。 2.2 地下储气库地面工程 地下储气库地面系统主要由注采气管网、注采气站、 压气站及输气管线组成。
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（1）注采气管网
注采气管网是由井场至注采站间的管线组成，主要包括单 井采气管线、采气汇管、单井注气管线、注气汇管和计量
2 C0 D5
（２）算出储存终了时的管道平均压力
2 p2max 2 p1max 3 p1max p2max
p pj max
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（３）根据确定了的管道终端最低允许工作压力P2min，算出 管道起点最低工作压力P1min
p1min
2 p2min ClZ Q2



分离水和液态烃，保证用户使用的天然气符合标准；
保证有规律地提取、检验不同气井的天然气。
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1）注气流程
①靠注气压缩机增压注气 ②靠采气干线的管压注气

两种流程的差别在于是否设注气压缩机。

注气压缩机的工况与储气库地层状态密切相关，在注气过 程中，压缩机出口压力随地层压力升高而升高，变化幅度 很大，在流程设计中要充分考虑适应这种变化。为此可采 取两种措施：
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步骤：


(1)算出管道起点压力为P1max时沿线各点参数值Pimax (2)利用(1)所得各点参数值算出储存终了时管道沿线 各微元段平均压力Pimmax 2
Pim max Pi 2 max 2 Pi1 max 3 Pi1 max Pi 2 max


导轮与轮轴往往产生剧烈磨损
6
低压湿式罐存在的主要问题：


在北方采暖地区冬季要采取防冻措施，因此管理 较复杂，维护费用较高。 由于塔节经常浸入、升出水槽水面，因此必须定 期进行涂漆防腐。
7
8
2）低压干式罐

主要由外简、沿外筒上下运动的活塞、底板及顶板组 成。 燃气储存在活塞以下部分，随活塞上下移动增减其储 气量。 不象湿式罐那样设有水封，故可大大减少罐的基础荷 载，这对于大容积贮气罐的建造是非常有利的。 干式贮气罐的最大问题是密封问题，也就是如何防止 在固定的外筒与上下活动的活塞之间产生漏气。 根据密封方法不同，目前实际采用的有三种罐型。
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3）采出气的净化流程

采出气的净化宜采用自然冷却与节流膨胀致冷相结合的冷冻分离法，使 天然气中的水蒸汽和重烃在较低的温度下部分冷凝并分离
冷冻分离法流程图
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此流程的优点 只能达到水露点的要求；
① 能使外输气的水露点和烃露点均达到管输要求，而“甘醇吸收法脱水”
② 在空冷器入口注入水合物抑制剂（甘醇类溶液或甲醇），可以充分利用 自然冷源。采气周期一般在冬春季节，气温较低，冬天空冷器出口温度 可以低于外输管线埋地处的土壤温度； ③ 经过“空冷”的天然气，利用采气压力与外输压力之间的压差节流膨胀 致冷，只需要较小的压差即能达到净化要求的低温；
（４）算出消耗终了时的管道平均压力
p pj min
2 p2min 2 p1min 3 p1min p2min

（５）求得管道储气量
Vmin p pj minVZ 0T0 p0 Z1T1
Vmax
p pj maxVZ 0T0 p0 Z 2T2
VS Vmax Vmin