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。l、高壓儲氣柜儲存天然氣高壓儲氣柜又稱定容儲氣柜，即其幾何容積固定不變，依靠改變柜內的壓力儲存燃氣。優(yōu)質鋼材的出現(xiàn)和焊接技術的提高為建設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的

2、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、構造形狀和大小、油氣巖層厚度、有關井身和井結構的準確數(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)不同地質條件而有很大差別。(3)利用鹽礦層建造儲氣庫 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

3、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行排鹽，排鹽設備流程如圖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管壓到巖鹽層飽和鹽水從內管和溶解套管之間的管腔排出。當通過幾個測點測出的鹽水飽和度達到一定值時，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，該液不溶于鹽水，而浮于鹽水表面。在不斷地擴大遮蓋液量和改變溶解套管長度的同時，儲氣庫的高度和直徑也不斷地擴大，直至達到要求為止。當儲氣庫建成后第一次注氣時，要把內管再次插到儲氣庫底部，從頂部打入燃氣，將殘留的鹽水置換出庫。當長距離輸氣管道的壓力大于儲氣庫的壓力時則

4、必須先使天然氣通過預熱器再進入儲氣庫，這樣就能防止在壓力突然降低時結凍。如果儲氣庫的壓力和管道壓力相等，則必須使天然氣經(jīng)壓縮機加壓，使其達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。輸出的天然氣在進入調壓器前也需經(jīng)過預熱器。此外，至少在儲氣庫運行的第一年中還需要將含有鹽水的天然氣進行干燥處理。鹽礦層儲氣庫的工作流程如圖3所示。3、高壓管道儲存在高壓供氣系統(tǒng)中，將低谷負荷時多余的燃氣儲存在高壓供氣管道內，高峰負荷時自高壓管道內輸出，將輸氣和儲存結合在一起，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現(xiàn)。4、管束儲存管束儲存是高壓儲氣的一種形式，是用直

5、徑較小(目前一般為1015 m)、長度較長(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列起來，壓入燃氣進行儲存。管束儲存的最大特點是由于管徑較小，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。以達到在一定的儲存壓力(34MPa)下使吸附天然氣達到與壓縮天然氣相接近的存儲容量。在20世紀50年代，Spangler獲得了在液化溫度附近運用吸附劑存儲甲烷的專利，這是有關ANG的最早想法。1971年8月，Munson和Robert的一篇題為“用沸石存儲天然氣”的報告由美國政府機構出版該報告提出，用高比表面積材料吸附天然氣

6、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存儲系統(tǒng)及充氣裝置設計方面的3個美國專利，這種新的儲氣方式的研究引起了廣泛關注。決定ANG方法工業(yè)應用的關鍵是開發(fā)一種專用高效吸附劑。近年來，國內外許多學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)進行過吸附性能的研究和評價。試驗證明，吸附存儲天然氣的有效吸附劑是具有高微孔體積的活性炭。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溫度(一162)以下在其飽和蒸汽壓接近于常壓的情況下進行儲存。其儲存方式主要有凍土地穴儲存、地上金屬儲罐儲存

7、、預應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，凍結土壤，然后挖去內部的沙土，深度達到不滲透的地層，形成地穴儲罐，該罐的頂部結構為金屬材料制造，并附有絕熱層。整個地穴儲罐只有頂部結構有可能損壞或受火災影響，從安全考慮，這種凍土地穴儲罐是很有吸引力的。2、地上金屬儲罐儲存地上金屬儲罐使用最廣泛的是雙壁金屬儲罐。內壁用耐低溫的不銹鋼(9鎳鋼或鋁合金鋼)制成，外壁由一般碳鋼制成，以保護充填在內、外壁之問的絕熱材料(見圖5)。這類儲罐的底部絕熱材料必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性，以承受內壁和液化天然氣的自重

8、，一般采用絕熱混凝土。內、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(如干氮氣等)。3、預應力鋼筋混凝土儲罐儲存這種儲罐的頂部、側壁和底部均用混凝土制成，施加預應力的目的是防止產(chǎn)生裂縫。這種儲罐可建于地上或埋于地下。其絕熱力法有混凝土外部絕熱和內部絕熱兩種。三、天然氣的固態(tài)儲存(水合物儲存)天然氣水合物又稱固態(tài)甲烷，由天然氣與水組成，呈固態(tài)，外貌板像冰雪或固體酒精，點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變成固體結晶水合物并儲存于鋼制的儲罐中。甲烷能否形成水合物同其儲存溫度及壓力有關，壓力越高，溫度越低

9、，越易形成水合物。天然氣儲氣方式現(xiàn)狀和展望一、液化天然氣儲氣技術雖然液化天然氣在儲存、運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量的6。要提高液化天然氣在天然氣消費中的比重，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部能量勢的改變，從而導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)已取得了長足的進步，特別是以顧安忠教授為代表的上海交通大學的研究人員，在低溫流體力學、制冷理論與技術、天然氣液化設備與工藝等方面取得了豐碩的成果。在今后一段時期，運用熱力學、傳熱學和流體力學來研究天然

10、氣儲存的穩(wěn)定性仍將是液化天然氣應用基礎研究的重要方面。除此以外，以下幾方面也將成為液化天然氣研究的熱點。(1)天然氣和制冷劑的熱物性及遷移特性研究。(2)天然氣液化流程和設備模擬研究。(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。(6)提高液化天然氣設備效率技術。2、地下儲氣庫技術中國科學研究院滲流所趙志成n對鹽巖儲氣庫水溶建腔過程中的流體輸運和溶腔形態(tài)變化規(guī)律進行了研究，建立了流體輸運和溶腔數(shù)學模型，并給出了相應的差分求解方法，應用物理模擬的實例對數(shù)學模型和數(shù)值模擬模型進行了驗證，提出了“自頂向下”的水溶建腔優(yōu)化設計方法?？傊?，

11、國內外關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、鉆井、開發(fā)、儲運、化工、環(huán)保、測控儀表等諸多學科領域，已經(jīng)取得了顯著成果。由于天然氣需求量的時變性，以及地下儲氣庫建設的復雜性，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，可以預見，在今后一段時期內，以下幾個方面將成為地下儲氣庫研究的重點。(1)地下儲氣庫地層傷害潛在因素評價與分析。儲層保護技術在油氣田開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應用，但是，專門針對地下儲氣庫地層的傷害與保護研究還相當缺乏。根據(jù)地下儲氣庫工作壓力高、注采頻繁、多相流動的特點，應重點對地層應力敏感性(應力敏感性、速度敏感性)、相圈閉損害分析和地層

12、微粒運移規(guī)律進行研究，為地下儲氣庫的地層保護提供理論依據(jù)。(2)水平井建井技術的推廣。定向井技術已經(jīng)廣泛應用于油氣勘探開發(fā)的鉆井中。特別是水平井，不僅能夠解決特殊地質構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的研究。國外對天然氣地下儲存時的地層多相滲流進行專門研究，然而國內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。地層巖石的應力分布和力學穩(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行為做深入研究，為準確確定天然氣儲存能力提供依據(jù)。(4)監(jiān)測系

13、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、運行壓力檢測以及環(huán)保和安全檢測。這些檢測技術應該能夠實時準確地實現(xiàn)信息傳輸與應急處理。網(wǎng)絡化、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為了使吸附天然氣能夠真正走向市場，下列問題值得關注。(1)考慮含雜質的實際天然氣(CO2。、H2O和硫化物以及高碳碳氫化合物)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設備，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利用近臨界流體儲存天然氣，是近年來興起的一項新

14、的天然氣儲存技術。該技術的基本原理是，利用近臨界流體特有的高溶解力、低粘度、易擴散的性質，實現(xiàn)對天然氣和臨界流體之間的有效傳質，進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。俄克拉荷馬大學天然氣利用技術研究所開發(fā)的一種被稱為“超級氣體”燃料，采用近臨界流體儲存技術，將天然氣與丙烷和丁烷混合，在室溫條件下形成壓力為1379 MPa(表壓)的液體燃料，該燃料具有等量汽油70的能量。由北京理工大學王利生等人提出的以凝析油戊烷為溶劑儲存天然氣技術，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 kg。雖然近臨界流體儲存天然氣原理簡單，操作方便，但是仍然未能實現(xiàn)工業(yè)化，在技術方面，關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)的測量是否準確尤其重要，要使這項技術得到推廣，必須對近臨界流體的特征和相變參數(shù)進行準確的描述。二、建議(1)液化天然氣儲存