燃气的储存分析课件

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1、第十章第十章 燃气的储存燃气的储存10-1 10-1 储气设施的功能及分类储气设施的功能及分类 10-2 10-2 低压储气罐低压储气罐 10-3 10-3 高压储气罐高压储气罐 10-4 10-4 燃气储配站燃气储配站10-5 10-5 天然气的液化及液态储存天然气的液化及液态储存10-6 10-6 天然气的地下储存天然气的地下储存10-7 10-7 长输管线末端储气长输管线末端储气10-1 10-1 储气设施的功能及分类储气设施的功能及分类一、储气设施的功能一、储气设施的功能 二、储气设施的分类二、储气设施的分类 一、储气设施的功能一、储气设施的功能 解决燃气生产与使用不平衡的矛盾。解决燃

2、气生产与使用不平衡的矛盾。当发生意外事故，如停电、设备暂时故障等，当发生意外事故，如停电、设备暂时故障等，保证有一定的供气量。保证有一定的供气量。混合不同组分的燃气，使燃气性质混合不同组分的燃气，使燃气性质( (成分、热成分、热值、燃烧特性等值、燃烧特性等) )均匀。均匀。对间歇循环制气设备起缓冲、调节、稳压作对间歇循环制气设备起缓冲、调节、稳压作用。用。回收高炉煤气及其他可燃、可用废气。回收高炉煤气及其他可燃、可用废气。 工业炉窑中压燃烧，来气压力低，需经压缩工业炉窑中压燃烧，来气压力低，需经压缩机加压时，压缩机进口则需设置储气罐稳压及机加压时，压缩机进口则需设置储气罐稳压及保持一定的安全储

3、存量。保持一定的安全储存量。 二、储气设施的分类二、储气设施的分类 按按储气气压力分力分类按密封方式分按密封方式分类按按结构形式分构形式分类适用范适用范围高高压储气气圆柱形罐柱形罐立式立式小小规模高模高压储气气卧式卧式球球 形形 罐罐大容量，气、液大容量，气、液态燃气燃气管道管道管管 束束储量不大，高量不大，高压，陆地、地、船用船用长输管管线末端末端储量不大，日量不大，日调峰峰低低压储气罐气罐湿式（水封）罐湿式（水封）罐自立自立导轨升降式升降式储量量较小，逐步被淘汰小，逐步被淘汰螺旋螺旋导轨升降式升降式较自立罐自立罐储量大，广泛使量大，广泛使用用干式罐干式罐稀油密封，阿曼阿恩型（稀油密封，阿曼

4、阿恩型（MAN型）型）大容量、脱湿燃气，很少大容量、脱湿燃气，很少用用润滑脂密封，可隆型滑脂密封，可隆型(KLONNE型型)橡胶橡胶夹布密封，威金斯型布密封，威金斯型(WIGGINS型型)中中压储气气地下地下储气气利用枯竭油气田利用枯竭油气田储气气超大量超大量储气，季气，季节调峰峰利用地下含水利用地下含水层储气气利用岩利用岩盐地穴地穴储气气常常压储气气液化液化储气气地面金属罐地面金属罐储存存LNG和其他低温气体，和其他低温气体，调峰，后两种适于大容量峰，后两种适于大容量储气气预应力混凝土力混凝土储罐罐地下地下冻土土储罐罐10-2 10-2 低压储气罐低压储气罐 一、低压湿式罐一、低压湿式罐 二

5、、低压干式罐二、低压干式罐 v低压储气罐是一种低压储气罐是一种压力基本稳定、储气容积压力基本稳定、储气容积在一定限度内可以变化在一定限度内可以变化的低压储气设备，是的低压储气设备，是我国城镇燃气、石油化工、冶金等行业广泛我国城镇燃气、石油化工、冶金等行业广泛使用的储气设施。低压储气罐有使用的储气设施。低压储气罐有干式罐干式罐和和湿湿式罐式罐两大类。两大类。一、低压湿式罐一、低压湿式罐 低压湿式罐低压湿式罐是在水槽内放置钟罩和塔节，钟是在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，并利用水封罩和塔节随着燃气的进出而升降，并利用水封隔断内外气体来储存燃气的容器。隔断内外气体来储存燃气的容

6、器。 直立导轨升降式储气罐直立导轨升降式储气罐 螺旋罐螺旋罐 图图10101 1 直立罐简图直立罐简图 1 1燃气进口；燃气进口；2 2燃气出口；燃气出口；3 3水槽；水槽；4 4塔节；塔节；5 5钟罩；钟罩；6 6导轮；导轮；7 7导向装置；导向装置；8 8水封水封图图10102 2 螺旋罐示意图螺旋罐示意图1 1进气管；进气管；2 2水槽；水槽；3 3塔节；塔节；4 4钟罩；钟罩；5 5导轨；导轨；6 6平台；平台；7 7顶板；顶板；8 8定架定架低压湿式罐存在的主要问题及应用低压湿式罐存在的主要问题及应用: v在北方采暖地区冬季要采取防冻措施，因此在北方采暖地区冬季要采取防冻措施，因此管

7、理较复杂，维护费用较高。管理较复杂，维护费用较高。v由于塔节经常浸入、升出水槽水面，因此必由于塔节经常浸入、升出水槽水面，因此必须定期进行涂漆防腐。须定期进行涂漆防腐。v直立罐耗用金属较多，尤其是在大容量时更直立罐耗用金属较多，尤其是在大容量时更为显著。容积越大，干式罐越经济。为显著。容积越大，干式罐越经济。v主要用于低压人工燃气，也可用于人工燃气主要用于低压人工燃气，也可用于人工燃气替换为天然气。替换为天然气。 二、低压干式罐二、低压干式罐结构：结构：干式储气罐主要由外筒、沿外筒上干式储气罐主要由外筒、沿外筒上下运动的活塞、底板及顶板组成。下运动的活塞、底板及顶板组成。 分类：分类：根据密封

8、方法不同，目前实际采用根据密封方法不同，目前实际采用的有下列三种罐型：阿曼阿恩的有下列三种罐型：阿曼阿恩(MAN)(MAN)型、可型、可隆隆(KLONNE)(KLONNE)型、威金斯型、威金斯(WIGGINS)(WIGGINS)型。型。问题：问题：干式储气罐的最大问题是密封问题，干式储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。由于其密封过于复杂，活塞之间产生漏气。由于其密封过于复杂，现在我国基本不再投建。现在我国基本不再投建。 10-3 10-3 高压储气罐高压储气罐 二、高压罐与低压罐的区别二、高压罐与低压罐的区别

9、一、工作原理一、工作原理 三、储罐的构造三、储罐的构造 四、各种储气罐的优缺点四、各种储气罐的优缺点五、高压储气罐储气量的计算五、高压储气罐储气量的计算六、罐体的壁厚计算六、罐体的壁厚计算一、工作原理一、工作原理 罐的几何容积固定不变，靠改变其中燃气罐的几何容积固定不变，靠改变其中燃气的压力来储存燃气的，故称定容储罐。的压力来储存燃气的，故称定容储罐。 二、高压罐与低压罐的区别二、高压罐与低压罐的区别区区别低低压罐罐高高压罐罐构造构造直立式、螺旋式直立式、螺旋式球形、球形、圆筒形筒形储气原理气原理压力基本力基本稳定，容定，容积变化（定化（定压变容）容）容容积固定、固定、压力力变化化（定容（定容

10、变压）储气气压力力低（低（6000Pa）高（高（0.8Pa）储存介存介质气气态气气态、液、液态密封密封水、密封油水、密封油罐体罐体 三、储罐的构造三、储罐的构造 图图107 圆筒形罐圆筒形罐1筒体；筒体；2封头；封头；3鞍式支座鞍式支座图图10108 8 球形高压罐球形高压罐四、各种储气罐的优缺点四、各种储气罐的优缺点 各种储气罐有其特点，其优缺点比较见表各种储气罐有其特点，其优缺点比较见表104。（。（P183）五、高压储气罐储气量的计算五、高压储气罐储气量的计算球形储气罐的有效储气量：球形储气罐的有效储气量：圆筒形储气罐有效储气量（封头为长短轴比圆筒形储气罐有效储气量（封头为长短轴比值为值

11、为2的标准椭圆型）计算：的标准椭圆型）计算： 六、罐体的壁厚计算六、罐体的壁厚计算圆筒形储气罐筒体壁厚计算公式：圆筒形储气罐筒体壁厚计算公式： 球形罐壁厚计算公式球形罐壁厚计算公式10-4 10-4 燃气储配站燃气储配站 一、储配站的功能一、储配站的功能二、高压储配站（门站）二、高压储配站（门站） 三、低压储罐站三、低压储罐站四、储配站工艺流程四、储配站工艺流程 一、储配站的功能一、储配站的功能接受气源厂或长输管线来气；接受气源厂或长输管线来气；储存燃气，以调节燃气生产与使用的不平储存燃气，以调节燃气生产与使用的不平衡；衡；控制输配系统供气压力；控制输配系统供气压力；进行气量分配；进行气量分配

12、；测定燃气流量；测定燃气流量；检测燃气气质；检测燃气气质；对燃气加臭。对燃气加臭。二、高压储配站（门站）二、高压储配站（门站） u工作原理工作原理 当供气量处于低峰负荷时，由燃气高压当供气量处于低峰负荷时，由燃气高压干线来的燃气一部分经过一级调压进入高压干线来的燃气一部分经过一级调压进入高压球罐，另一部分经过二级调压进入城市；当球罐，另一部分经过二级调压进入城市；当供气量处于高峰负荷时，高压球罐和经过一供气量处于高峰负荷时，高压球罐和经过一级调压后的高压干管来气汇合经过二级调压级调压后的高压干管来气汇合经过二级调压送入城市。送入城市。 u主要设备主要设备1.清管球接收装置；清管球接收装置；2.

13、净化装置，如过滤器、除尘器等；净化装置，如过滤器、除尘器等；3.计量装置，一般用孔板流量计；计量装置，一般用孔板流量计；4.调压装置，一般用自力式调压器、带安全调压装置，一般用自力式调压器、带安全放散或安全切断的自控式调压器；放散或安全切断的自控式调压器；5.测量仪表，温度计、压力计；测量仪表，温度计、压力计；6.安全自控装置，如超高安全自控装置，如超高/低压自动切断装低压自动切断装置及安全放散装置，远程遥测置及安全放散装置，远程遥测/遥控装置。遥控装置。u工艺流程工艺流程图图1010 天然气高压储配站工艺流程天然气高压储配站工艺流程三、低压储罐站三、低压储罐站u工作原理工作原理 当城市采用低

14、压气源，而且供气规模又当城市采用低压气源，而且供气规模又不特别大时，燃气供应系统通常采用低压储不特别大时，燃气供应系统通常采用低压储气，与其相适应，需建设低压储配站。低压气，与其相适应，需建设低压储配站。低压储配站的作用是在低峰时将多余的燃气储存储配站的作用是在低峰时将多余的燃气储存起来，在高峰时，通过储配站的压缩机将燃起来，在高峰时，通过储配站的压缩机将燃气从低压储罐中抽出压送到中压管网中，保气从低压储罐中抽出压送到中压管网中，保证正常供气。证正常供气。u主要设备主要设备 储配站通常是由低压储气罐、压送机室、储配站通常是由低压储气罐、压送机室、辅助间（变电室、配电室、控制室、水泵房、辅助间（

15、变电室、配电室、控制室、水泵房、锅炉房）、消防水池、冷却水循环水池及生锅炉房）、消防水池、冷却水循环水池及生活间（值班室、办公室、宿舍、食堂和浴室活间（值班室、办公室、宿舍、食堂和浴室等）所组成。等）所组成。u平面布置平面布置图图1011 低压储配站平面布置示意图低压储配站平面布置示意图1低压储气罐；低压储气罐；2变电室；变电室；3压缩机房；压缩机房；4第二期工程备用地；第二期工程备用地；5维修车维修车间；间；6锅炉房；锅炉房；7消防水泵房；消防水泵房；8消防水池消防水池四、储配站工艺流程四、储配站工艺流程1.高压储配站工艺流程高压储配站工艺流程图图1012 高压储存一级调压、中压或高压输送工

16、艺流程高压储存一级调压、中压或高压输送工艺流程1进口过滤器；进口过滤器；2压缩机；压缩机；3冷却器；冷却器；4油气分离器；油气分离器；5调压器；调压器；6止回阀；止回阀；7计量器；计量器；8高压储罐高压储罐图图1013 高压储存二级调压、高压输送工艺流程高压储存二级调压、高压输送工艺流程1过滤器；过滤器；2进口计量器；进口计量器；3压缩机；压缩机；4冷却器；冷却器；5油气分离油气分离器；器；6一级调压器；一级调压器；7高压储罐；高压储罐；8二级调压器；二级调压器；9止回阀；止回阀；10出口计量器出口计量器2.低压储配站工艺流程低压储配站工艺流程图图101014 14 低压储存，中压输送工艺流程

17、低压储存，中压输送工艺流程1 1低压储气罐；低压储气罐；2 2水封阀；水封阀；3 3压缩机；压缩机；4 4单向阀；单向阀；5 5出口流量计出口流量计图图101015 15 低压储存，中低压分路输送工艺流程低压储存，中低压分路输送工艺流程1 1低压储气罐；低压储气罐；2 2水封阀；水封阀；3 3稳压器；稳压器；4 4压缩机；压缩机；5 5单向阀；单向阀；6 6流量计；流量计；7 7阀门阀门10-5 10-5 天然气的液化及液态储存天然气的液化及液态储存一、天然气液化目的一、天然气液化目的 二、天然气的液化二、天然气的液化三、天然气液化方法的特点比较三、天然气液化方法的特点比较四、低温储罐的结构四

18、、低温储罐的结构五、液化天然气储存站的安全五、液化天然气储存站的安全 一、天然气液化目的一、天然气液化目的 l节约运输费用节约运输费用 l调节供需调节供需 l经济有效生产氦气经济有效生产氦气 二、天然气的液化二、天然气的液化 天然气的主要成分是甲烷，实验证明，当温天然气的主要成分是甲烷，实验证明，当温度低到度低到163时，在常压下就可液化。天然气时，在常压下就可液化。天然气的液化属于深度冷冻，靠的液化属于深度冷冻，靠段制冷显然达不到段制冷显然达不到液化的目的。三种常用方法：液化的目的。三种常用方法：阶式循环阶式循环(或称串级循环或称串级循环)制冷制冷 混合式混合式(或称多组分或称多组分)制冷制

19、冷膨胀法制冷膨胀法制冷 图图1016 阶式循环制冷流程阶式循环制冷流程1冷凝器；冷凝器；2丙烷制冷机；丙烷制冷机；3乙烯制冷机；乙烯制冷机；4甲烷制冷剂；甲烷制冷剂；5节流阀；节流阀；6低温储罐；低温储罐；7丙烷蒸发器；丙烷蒸发器；8乙烯蒸发器；乙烯蒸发器；9甲烷蒸甲烷蒸发器；发器；10气液分离器气液分离器图图101017 17 混合式制冷流程混合式制冷流程1 1丙烷储罐；丙烷储罐；2 2换热器；换热器；3 3储罐；储罐；4 4氮储槽；氮储槽；5 5乙烯储乙烯储罐；罐；6 6冷却器；冷却器；7 7制冷机制冷机图图101018 18 膨胀法制冷流程膨胀法制冷流程1 1、2 2换热器；换热器；3

20、3节流阀；节流阀；4 4储罐；储罐；5 5压缩机；压缩机；6 6膨胀膨胀涡轮机涡轮机三、天然气液化方法的特点比较三、天然气液化方法的特点比较 液化方法液化方法阶式循式循环制冷制冷混合式制冷混合式制冷膨膨胀法制冷法制冷制冷制冷剂C3H8（或（或NH3）、）、C2H4（或（或C2H6）和）和CH4C3H8、C2H4及及N2混合物混合物天然气天然气优点优点效率高、效率高、设计容易、运行可容易、运行可靠。靠。设备较少，一台制少，一台制冷机，一台冷机，一台换热器，器，投投资比比阶式循式循环制制冷低。冷低。不需要从外部供不需要从外部供给能能量，量，设备简单，运行，运行费用低。用低。缺点缺点需三段冷却，需三

21、段冷却，每段都包括蒸每段都包括蒸发、压缩、冷、冷凝三步凝三步骤，设备复复杂。气液平衡与气液平衡与焓的的计算繁算繁琐，换热器器结构复构复杂，制造也困，制造也困难，制冷的效率，制冷的效率较阶式循式循环制冷低。制冷低。容量小，液化量随管容量小，液化量随管网网压力力变化。化。应用用应用比用比较普遍普遍制冷的效率制冷的效率较低，低，使用受限使用受限适用于适用于远程干管程干管压力力较高、且液化容量高、且液化容量较小的地方。小的地方。四、低温储罐的结构四、低温储罐的结构l地面金属罐地面金属罐 图图1019 储罐底部的防冻措施储罐底部的防冻措施（a）落地式；（）落地式；（b）高架式）高架式1加热管；加热管；2

22、防波堤；防波堤；3柱柱l预应力混凝土储罐预应力混凝土储罐 图图1020 预应力混凝土地下储罐结构预应力混凝土地下储罐结构1金属薄膜；金属薄膜；2隔热材料；隔热材料；3沥青防水层；沥青防水层；4混凝土找平；混凝土找平；5底部底部垫层；垫层；6钢筋混凝土钢筋混凝土l地下冻土储罐地下冻土储罐 地下冻土储罐是在地下挖掘的一定形状的地下冻土储罐是在地下挖掘的一定形状的掘坑，在坑的四周和坑底制造一定厚度的冻土掘坑，在坑的四周和坑底制造一定厚度的冻土层，这层冻土层作为储罐壁和绝热层，有时罐层，这层冻土层作为储罐壁和绝热层，有时罐内侧还有一层混凝土壁。内侧还有一层混凝土壁。 五、液化天然气储存站的安全五、液化

23、天然气储存站的安全 液化天然气储存站通常储存的天然气以数液化天然气储存站通常储存的天然气以数千万立方米计千万立方米计 ，其安全性是十分重要的。除，其安全性是十分重要的。除了应正确选择储存站站址外，还必须有一系列了应正确选择储存站站址外，还必须有一系列的的安全措施安全措施。 10-6 10-6 天然气的地下储存天然气的地下储存v利用枯竭油气田储气利用枯竭油气田储气 （最简易和安全可（最简易和安全可靠的地下储气方式）靠的地下储气方式）v利用盐矿层建造储气库利用盐矿层建造储气库 v含水多孔地层中的地下储库含水多孔地层中的地下储库 地下储气方法是解决地下储气方法是解决季节供用气量不平衡季节供用气量不平

24、衡的的 有效方法，利用地下储气方式可以大量储有效方法，利用地下储气方式可以大量储存天然气、液化石油气和人工燃气。存天然气、液化石油气和人工燃气。图图1022 盐矿层储库工作流程盐矿层储库工作流程1压缩机；压缩机；2预热器；预热器；3调压器；调压器；4干燥器；干燥器；5储气井储气井图图101023 23 多孔地层中地下储气库原理多孔地层中地下储气库原理1 1生产井；生产井；2 2检查（控制）井；检查（控制）井；3 3不透气覆盖层；不透气覆盖层；4 4水水10-7 10-7 长输管线末端储气长输管线末端储气一、管线末端储气含义和条件一、管线末端储气含义和条件二、储气能力的计算二、储气能力的计算一、

25、管线末端储气含义和条件一、管线末端储气含义和条件 长输管线最末一个加压站出口至管线终长输管线最末一个加压站出口至管线终点（门站或配气站）的一段管道称为点（门站或配气站）的一段管道称为管线末管线末端。端。在用气低峰时，多余的燃气储存在管线在用气低峰时，多余的燃气储存在管线末端内，用气高峰时储存的燃气供向用户，末端内，用气高峰时储存的燃气供向用户，这种供需的不平衡，是由该管道所具有一定这种供需的不平衡，是由该管道所具有一定的储气能力予以平衡的。的储气能力予以平衡的。含义：含义：末端管道储气应具有下列条件：末端管道储气应具有下列条件：1.在储存和补充供气不足的过程中，管道能在储存和补充供气不足的过程

26、中，管道能容纳最后一个加压站稳定的输入量。容纳最后一个加压站稳定的输入量。2.管道末端起点最高工作压力管道末端起点最高工作压力P1max，不能高，不能高于加压站的最高出口压力；终点最低压力于加压站的最高出口压力；终点最低压力P2min，不能低于末端门站或配气站的最低允，不能低于末端门站或配气站的最低允许入口压力。许入口压力。3.管道强度应能承受户管道强度应能承受户P1max和和P2max所确定所确定的各点压力和平均压力。的各点压力和平均压力。 二、储气能力的计算二、储气能力的计算1.管道储气能力由下式计算管道储气能力由下式计算2.P1max、P2max、P1min、P2min的确定的确定（1）

27、P1max的确定的确定 由管道水力计算得到由管道水力计算得到起点压力，考虑必要的储气容积，即确定起点起点压力，考虑必要的储气容积，即确定起点压力的增加量，由此可确定加压站出口压力，压力的增加量，由此可确定加压站出口压力，即即P1max。可取选定的压缩机出口压力。可取选定的压缩机出口压力。（2）P2max按下式计算按下式计算（3）P1min按下式计算按下式计算（4）P2min的确定的确定 管道终点最低压力管道终点最低压力按末端门站或配气站的最低允许入口压力按末端门站或配气站的最低允许入口压力确定确定【例题例题1】已知管道末端长度为已知管道末端长度为100公里，起公里，起点最高工作压力为点最高工作

28、压力为5MPa（绝压），终点要求（绝压），终点要求最低压力最低压力2MPa（绝压），管径为（绝压），管径为DW52910毫米，每昼夜输气量毫米，每昼夜输气量300万米万米3，燃气密度，燃气密度0=0.7 Kg/m3，燃气相对密度，燃气相对密度S=0.54，摩阻，摩阻系数系数=0.0119，压缩因子，压缩因子Z=0.93，输气温度，输气温度T=278K。试求管道末端储气量。试求管道末端储气量。序号序号计 算算 内内 容容根根 据据计 算算 结 果果一一燃气秒流量燃气秒流量1 1体体积流量流量Q Q（3103106 6）/ /（243600243600）34.7m34.7m3 3/s/s2 2重量

29、流量重量流量G G34.734.7（m m3 3/s/s）0.70.724.3Kg/s24.3Kg/s3 3气体常数气体常数R=RR=R0 0/S/S532 N532 Nm/Kgm/KgK K二二确定确定P P1max1max、P P2max2max、P P1min1min、P P2min2min1 1P P1max1max已知已知5105106 6PaPa2 2P P2max2max公式（公式（10101212）4.52104.52106 6PaPa3 3P P1min1min公式（公式（10101414）2.93102.93106 6PaPa4 4P P2min2min已知已知2102106 6PaPa三三管道平均管道平均压力力1 1P Pm1m1公式（公式（10109 9）4.76104.76106 6PaPa2 2P Pm2m2公式（公式（10101010）2.49102.49106 6PaPa四四管道的几何容管道的几何容积V Vg g= =（DD2 2L L）/4/420337m20337m3 3五五管道末端管道末端储气量气量公式（公式（10108 8）481109Nm481109Nm3 3