地下儲(chǔ)氣井在城鎮(zhèn)天然氣儲(chǔ)配站中的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了地下儲(chǔ)氣井的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，并與常規(guī)等儲(chǔ)量的天然氣高壓球罐在投資、安裝條件及效益等方面進(jìn)行了比較；地下儲(chǔ)氣井式的儲(chǔ)配站占地面積小、使用期限長(zhǎng)、消防系統(tǒng)簡(jiǎn)單、
摘要：介紹了地下儲(chǔ)氣井的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，并與常規(guī)等儲(chǔ)量的天然氣高壓球罐在投資、安裝條件及效益等方面進(jìn)行了比較；地下儲(chǔ)氣井式的儲(chǔ)配站占地面積小、使用期限長(zhǎng)、消防系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全性能好，具有廣泛地推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：地下儲(chǔ)氣井；天然氣；儲(chǔ)配站；應(yīng)用
1 引言
    地下儲(chǔ)氣井自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156實(shí)施以來(lái)，廣泛地應(yīng)用于CNG加氣站、天然氣調(diào)峰、工業(yè)儲(chǔ)氣中，全國(guó)現(xiàn)有在用儲(chǔ)氣井4000口以上，CNG地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣具有占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低。操作維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[1]。隨著儲(chǔ)氣裝置與技術(shù)的不斷發(fā)展，儲(chǔ)配站中主要形成了儲(chǔ)氣瓶、儲(chǔ)氣罐(柜)和儲(chǔ)氣井3種儲(chǔ)氣裝置，井式儲(chǔ)氣裝置是大規(guī)模儲(chǔ)存天然氣替代地上儲(chǔ)罐的儲(chǔ)氣方式，從社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益和消防安全角度綜合分析均有一定優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的推廣價(jià)值[2]。
    隨著國(guó)家質(zhì)檢總局頌發(fā)了“關(guān)于加強(qiáng)地下儲(chǔ)氣井安全監(jiān)察工作的通知(質(zhì)檢辦特)(2008)637號(hào) 管理、監(jiān)督檢查均有明確的規(guī)定，確保了地下儲(chǔ)氣井的安全運(yùn)行。
2 地下儲(chǔ)氣井的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)
2.1 地下儲(chǔ)氣井的結(jié)構(gòu)
地下儲(chǔ)氣井由井口裝置、井底封頭與井筒組成，如圖1所示。
 

    井口裝置材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度不應(yīng)大于880MPa。實(shí)際屈服強(qiáng)度比不超過(guò)0.90；疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)不少于2.5×104次；與井筒的連接上扣扭矩應(yīng)符合SY/T5412的規(guī)定；與井筒連接處應(yīng)密封，必須無(wú)滲漏。
    井底封頭材料的實(shí)際抗拉強(qiáng)度不應(yīng)大于880MPa，實(shí)際屈服強(qiáng)度比不超過(guò)0.90；疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)不少于2.5×104次；與井筒的連接上扣扭矩應(yīng)符合SY/T5412的規(guī)定；井底封頭與井筒連接處應(yīng)密封，必須無(wú)滲漏。
    井筒應(yīng)符合API Spec 5CT的要求，套管鋼級(jí)應(yīng)為TP80CQJ，材料的實(shí)際屈服強(qiáng)度宜選552MPa～758MPa，實(shí)際抗拉強(qiáng)度宜選689MPa～862MPa，疲勞循環(huán)次數(shù)應(yīng)不少于2.5×104次。
2.2 地下儲(chǔ)氣井的特點(diǎn)
    地下儲(chǔ)氣井主要技術(shù)指標(biāo)為：套管外徑：177.8mm～273.10mm；單井容積：1m3～10m3；井深：100m～250m；額定壓力：25MPa；儲(chǔ)存介質(zhì)：符合國(guó)標(biāo)《車用壓縮天然氣》(GBl8047—2000)規(guī)定的天然氣翻。
    地下儲(chǔ)氣井結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又深埋于地層深處，若產(chǎn)生泄漏和爆炸，由于其儲(chǔ)氣單元(井)被分散埋于地下，則較小的爆炸沖擊能量迅速被地層所吸收，儲(chǔ)存介質(zhì)通過(guò)地層迅速予以釋放，地面在沖擊波作用下僅會(huì)有輕微振動(dòng)，從根源上解決了事故發(fā)生后帶來(lái)的隱患，是規(guī)模儲(chǔ)存技術(shù)的重大創(chuàng)新。
    天然氣儲(chǔ)配站的地上儲(chǔ)罐，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028—2006的要求，地上儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置固定式消防冷卻水系統(tǒng)(水噴淋或水噴霧等型式)或固定式水炮和移動(dòng)式消防冷卻水系統(tǒng)，以保證事故狀態(tài)下對(duì)著火罐和鄰近罐進(jìn)行冷卻保護(hù)，消防冷卻用水量大。地下儲(chǔ)氣井深埋地下，具有“冬暖夏涼”的常溫特性，井與井之間互為獨(dú)立儲(chǔ)氣，儲(chǔ)氣單元多而單口井儲(chǔ)氣量相對(duì)小，而且可以相互倒罐，即使發(fā)生泄漏或爆裂，也不會(huì)對(duì)地面和相鄰儲(chǔ)氣單元(井)造成威脅，井口安全閥組可及時(shí)切斷事故井與其它井的連接管線，截?cái)鄽庠?，事故井口易封堵，處置措施?jiǎn)便，可有效防止事態(tài)的擴(kuò)大。
    采用傳統(tǒng)的儲(chǔ)氣罐方式的儲(chǔ)配站，由于其儲(chǔ)罐均為地上式，體積龐大，占地面積大，會(huì)給周邊企業(yè)或居民造成心理上的巨大壓力；而采用地下儲(chǔ)氣井方式儲(chǔ)氣的儲(chǔ)配站，每口井占地面積≤1m2。不僅占地面積小，而且站區(qū)可以建成“園林式”廠區(qū)，極大地改善了周邊的環(huán)境。
    從運(yùn)行情況分析，由于地上儲(chǔ)氣罐焊接點(diǎn)多，受大氣溫度、環(huán)境、腐蝕性介質(zhì)等因素的影響較大，每年的維護(hù)檢測(cè)費(fèi)很高。使用壽命短。而地下儲(chǔ)氣井是根據(jù)國(guó)際API標(biāo)準(zhǔn)錐形螺紋連接，全井無(wú)一焊點(diǎn)，深埋地層中，井管外壁與地層之間環(huán)空通過(guò)專利固井技術(shù)，全部采用水泥漿固井，使容器與地層形成一個(gè)整體，有效提高了儲(chǔ)氣裝置的強(qiáng)度與鋼性，同時(shí)這道“混凝土墻”使井管外壁與地層中的腐蝕性介質(zhì)完全隔開，有效保護(hù)井管不受腐蝕，地面僅露出進(jìn)、排氣口及排污裝置，每年的維護(hù)檢測(cè)費(fèi)用幾乎為零。使用期限可達(dá)25年。
3 地下儲(chǔ)氣井在城鎮(zhèn)天然氣儲(chǔ)配中的應(yīng)用
3.1 地下儲(chǔ)氣井在城鎮(zhèn)加氣站中的應(yīng)用
    地下儲(chǔ)氣井已被廣泛地應(yīng)用于城鎮(zhèn)加氣站中[4]，加氣站一般設(shè)置在城區(qū)，全國(guó)已有逾300座CNG加氣站應(yīng)用此方式建造。例如：重慶市天城加氣站位于重慶市萬(wàn)州區(qū)，加氣站等級(jí)為三級(jí)，最大儲(chǔ)氣容積為16m3，按高、中、低壓分組，每個(gè)儲(chǔ)氣井水容積為2.5m3，共設(shè)6口井(高壓組1口，中壓組2口，低壓組3口)，實(shí)際儲(chǔ)氣容積15m3，總儲(chǔ)氣量3750m3，井口高出地面300mm，井深為100m，其技術(shù)參數(shù)如下：公稱容積：2.5m3，設(shè)計(jì)壓力：32MPa，工作壓力：25MPa，設(shè)計(jì)井深100m。中國(guó)石油重慶銷售公司黃花園加油加氣站工程，該站設(shè)計(jì)供氣規(guī)模為日供壓縮天然氣1.5萬(wàn)m3的二級(jí)加氣站，站內(nèi)設(shè)有6口水容積為1m3的天然氣地下儲(chǔ)氣井(高壓組1口，中壓組2口，低壓組3口)。實(shí)際儲(chǔ)氣容積6m3，總儲(chǔ)氣量1500m3，井口高出地面300mm，井深為100m，其技術(shù)參數(shù)：公稱容積：1.0m3，設(shè)計(jì)壓力：32MPa，工作壓力：25MPa，設(shè)計(jì)井深100m。
3.2 地下儲(chǔ)氣井在城鎮(zhèn)天然氣儲(chǔ)配中的應(yīng)用
    天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)天然氣儲(chǔ)配站位于天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，采用地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)氣技術(shù)，占地面積為40670.35m2，儲(chǔ)氣規(guī)模為20萬(wàn)m3，預(yù)留20萬(wàn)m3的規(guī)模，它除具有儲(chǔ)氣調(diào)峰功能外，還具有裝卸壓縮天然氣功能(裝卸規(guī)模為2500m3/h)和天然氣汽車加氣功能。于2006年底建成投產(chǎn)。主要由調(diào)壓計(jì)量裝置、脫硫脫水裝置、天然氣壓縮機(jī)、地下儲(chǔ)氣井群、減壓計(jì)量裝置及加氣機(jī)(柱)組成。
    其工藝流程如下：市政天然氣→脫硫脫水→壓縮機(jī)壓縮→優(yōu)先順序控制盤→地下儲(chǔ)氣井儲(chǔ)存→減壓調(diào)壓裝置→市政管網(wǎng)
    儲(chǔ)配站內(nèi)設(shè)有72口水容積為9.3m3的地下儲(chǔ)氣井，儲(chǔ)氣井外徑為ф244.5×11.99，深度約為250m，其材質(zhì)符合國(guó)際API標(biāo)準(zhǔn)的高抗硫鋼管，套管鋼級(jí)為TP80CQJ。其技術(shù)指標(biāo)符合《高壓氣地下儲(chǔ)氣井》(SY/T6535—2002)的有關(guān)規(guī)定。
    地下儲(chǔ)氣井分4組布置，每組18口。儲(chǔ)氣井的橫向間距為2m，縱向間距為3m。地下儲(chǔ)氣井組間距為5m，與站內(nèi)、外其它建、構(gòu)筑物的間距符合現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范要求。
    從天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)天然氣儲(chǔ)配站的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，該儲(chǔ)配站運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、安全。
4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
    以天然氣調(diào)峰量為25萬(wàn)m3的天然氣儲(chǔ)配站來(lái)進(jìn)行投資、安裝條件及效率比較，地下儲(chǔ)氣井式儲(chǔ)配站設(shè)有90口9.3m3的地下儲(chǔ)氣井，工作壓力為25MPa；常規(guī)儲(chǔ)氣罐式儲(chǔ)配站設(shè)有6臺(tái)3500m3高壓球罐，設(shè)計(jì)壓力為1.5MPa，最高工作壓力為1.4MPa。
4.1 投資比較見表1
表1
地下儲(chǔ)氣井
高壓球罐
90口儲(chǔ)氣井
3875萬(wàn)元
6臺(tái)3500m3球罐
3336萬(wàn)元
直接占地
1190m2
直接占地
1692m2
地下儲(chǔ)氣井區(qū)用地
2900m2
儲(chǔ)罐區(qū)用地
25646m2
4.2 儲(chǔ)氣井與高壓球罐結(jié)構(gòu)及安裝條件的比較見表2
表2
地下儲(chǔ)氣井
高壓球罐
地面只露出井口以連接進(jìn)、出氣口以及排污口，節(jié)約了占地面積
地上露天水平安裝，占地面積大
無(wú)需預(yù)制基礎(chǔ)
地面需先預(yù)制基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)焊接制作
僅配置一般消防設(shè)施
配置全套消防系統(tǒng)
4.3 效益比較見表3
表3
地下儲(chǔ)氣井
高壓球罐
使用年限25年以上
使用年限8年～15年
運(yùn)營(yíng)費(fèi)用幾乎為零
運(yùn)營(yíng)費(fèi)用每年8萬(wàn)元～15萬(wàn)元
隱患少，事故損失小
事故損失大，爆炸沖擊波強(qiáng)度大
運(yùn)行穩(wěn)定，不受外力環(huán)境影響，基本免維護(hù)
運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)搶修難度大
    儲(chǔ)配站內(nèi)高壓球罐全套消防系統(tǒng)按300萬(wàn)元計(jì)，則采用地下儲(chǔ)氣井的投資比采用高壓球罐的投資約高出7%左右，再考慮高壓球罐每年的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，則總費(fèi)用相差無(wú)幾。
    在同等規(guī)模的天然氣儲(chǔ)配站中，采用地下儲(chǔ)氣井方式的儲(chǔ)配站的占地面積與高壓球罐相比，占地面積縮小近十倍。在城鎮(zhèn)建設(shè)用地和土地資源十分緊缺的情況下，選擇地下儲(chǔ)氣井式儲(chǔ)氣技術(shù)具有更大的現(xiàn)實(shí)意義。
    采用地下儲(chǔ)氣井式的儲(chǔ)配站儲(chǔ)氣壓力高、占地面積小、使用期限長(zhǎng)、消防系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全性能好。其缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求高。但從社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)效益和消防安全角度綜合分析，具有廣泛推廣價(jià)值，是規(guī)模儲(chǔ)存技術(shù)的重大創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)
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4 羅東曉.地下儲(chǔ)氣井在天然氣加氣站的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2007，27(7)：24-26
 
(本文作者：肖平華 深圳市市政工程咨詢中心 518035)