第二章天然气输送及储存93

10第二章天然气输送及储存§2.1天然气输送1.气态输送天然气常温下为气态，其膨胀系数较大，可以选择不同的压力级制，利用压力管道进行输送，这也是我国较为常规的作法。高压天然气通过长输管线自气源井进入城市门站，在门站经调压计量后分别供应工业用户和城市居民用户。2.液态输送液化天然气（LNG）通过油船进行运输，LNG重新气化之后（一般采用海水气化的方法），经过调整压力送入城市管网。液化天然气船运已成为天然气大规模越洋运输的主要方式。3.压缩输送压缩天然气（CNG）利用高压钢瓶进行运输，主要用于将天然气送至边远孤立的用气小户或将边远单独气井产出的少量天然气运出。§2.2天然气长输管线大量的纯天然气通常经输气管线送到远离气田的城镇和工业区。产量巨大的油田气及人工燃气也可通过长距离管线送至较远的用气区。长距离输气系统通常由集输管网、气体净化设备、起点站、输气干线、输气支线、中间调压计量站、压气站、燃气分配站（终点调压计量站）、管理维修站、通讯与遥控设备、阴极保护站（或其它电保护装置）等组成。由于气源的种类、压力、气质及输送距离等不同，长输系统的场站设置也有差异。图2-1为长距离输气系统的示例。11由气井开采的天然气在井场装置中经节流后，在分离器中除去油、游离水及机械杂质等，计量后沿集气支管进入集气站。由井场输送至集气站的天然气，分别进行节流、分离、计量后集中送入集气管线。在气田开采后（或低压气田），当地层压力不能满足输送要求时，需设置矿场压气站，将低压天然气增压至规定的压力，然后输送到天然气处理厂或输气干线。当天然气中硫化氢、二氧化碳、凝析油的含量和含水量超过管道输气规定的标准时，需设置天然气处理厂进行净化处理。来自集气管线或天然气净化厂的天然气进入起点站，在这里进行除尘、调压、计量后进入长距离输气管线。如果天然气的压力低，不能满足输送要求时，则需设置起点压气站。油田产生的石油伴生气在井场经初步的油气分离后进入集气管和集气总管。由于石油伴生气压力较低，故在起点站要进行加压以及脱轻质油和脱水等净化处理，再经计量后送入输气干线。为了长距离输送燃气，通常每隔一段距离需设置中间压气站，使燃气压力由25~40大气压升高到50~75大气压。为向城市、居民点和工业区供应燃气，输气干管及其支管的终端设有燃气分配站（终点站），这种站亦称为门站。在燃气分配站将燃气压力降至城镇或工业区供应系统所需压力。通常在城市周围建立外层高压环1-井场装置;2-集气站;3矿场压气站;4-天然气处理厂;5-起点站;6-管线上阀门;7-中间压气站;8-终点压气站;9-储气设备;10-燃气分配站;11-城镇或工业基地图2-1长距离输气系统12或半环，从这个高压环通过若干个燃气分配站向城市管网供应燃气。目前采用的天然气输气管线起点站的流程示意图2-2。输气管线起点站的主要任务是保持输气压力平稳，对燃气压力进行自动调节，燃气计量以及除去燃气中的液滴和机械杂质。当输气管线采用清管工艺时，为便于集中管理，在站内设置清管球发射装置。来自净化处理厂的天然气，由进气管1进入汇气管2，在汇气管2、6之间有三组设备（设备组数应根据具体要求确定），其中一组备用。由汇气管2分别进入分离器3，清除气体中的游离水及固体悬浮物，经调压器4和流量孔板5进入汇气管6，沿输出管线8进入输气干线。当清扫管线时，利用清管球发送装置11完成发球作业。当进气压力超过操作压力时安全阀14自动泄压，电接点式压力表19报警。在汇气管2及出站管线上装有压力表，以观测进气和输气压力。清管球发送装置上的压力表，是为了清管作业时观测压力变化之用。站内设备如发生故障或定期检修时，可切换操作备用的一组设备。只有当站上发生故障不能切换操作或需要动用明火进行护建时，可将进气管线1和输出管线8的阀门关闭，燃气暂时改由站外旁通管12进入输气干线进行越站输气。站内设备及管组中的剩余燃气可由分离器排污管13和放空阀20排掉，然后进行修理。去长输管线自净化处理厂图2-2输气管线起点站流程进气管汇气管;3-分离器;4-调压器;5-流量孔板;7-清管用旁通管;8-燃气输出管;9-球阀;10-放空管;11-清管球发送装置;12-越站旁通管;13-分离器排污管;14-安全阀;15-压力表;16-温度计;17-绝缘法兰;18-清管球通过指示计;19-带声光讯号的电接点式压力表;20-放空阀131-进气阀;2-安全阀;3-汇气管;4-除尘器;5-除尘器排污管;6-调压器;7-温度计8-流量孔板;9-汇气管;10-压力表;11-干线放空管;12-清球管通过指示器;13-球阀;14-清球管接受装置;15-放空管;16-排污管;17-越站旁通管;18-绝缘法兰;19-电接式压力表;20-加臭装置图2-3燃气分配站流程来自长输管线输气干线的中间压气站数目及最经济管径要通过技术经济计算确定。通常两个压气站间的距离约为100~150公里。压气站是一个综合构筑物，其组成包括压送车间，发电站或变电所，压缩机组和动力机组的供水和冷水系统，除尘器和脱水器，润滑油系统，锅炉房及其它附属建筑物。在压气站中要设置电动或燃气动力的压缩机组。压缩机可采用往复式，亦可用离心式。目前在国外多采用燃气透平驱动的大流量大功率的离心式压缩机。压气站内必须设有备用压缩机组。线路的附属设备和阴极保护站、遥控中心站、中继站、清管球收发站等，也可与压气站联合设置。管线末端压力要根据储气设备的种类以及城市管网的压力要求决定。如地下储气，则应根据储气构造及储气量要求，将气体净化、加压后储入地下贮气库。燃气分配站是长距离输气干线或支线的终点站，亦称终点调压计量站（门站），是城镇、工业区分配管网的气源站，其任务是接收长输管线输送来的燃气，经过除尘，将燃气压力调至城市高压环网或用户所需要压力，计量和加臭后送入城镇或工业区的管网。贮气罐站可单独设置，亦可与燃气分配站合并设置。图2-3为进行一级调压的燃气分配站流程。根据进口燃气压力的大小和高压贮气罐压力以及城市管网或工业用户所需压力的要求，在燃气分配站进行一级调压或者二级调压，出站燃气管道可为一种压力级，也可有两种不同的压力级。14§2.3天然气的储存1.天然气的储存方式很多按其原理和特点大致可分为以下几种方式：（1）低压储气：一般储气压力为2kPa—100kPa。（2）高压储气：储气压力最高不超过城市高压燃气管道压力，即小于1.6MPa。2.按储存形式可分为：（1）气态储存，又可分为低压或高压（2）液态储存3.按所使用容器性质和特点可分为：（1）地上金属罐储存，又可为高压、低压储存，也可为液态、气态储存（2）地下岩穴或透气层储存（3）管道末端储气。一般来说天然气常用的储存方式有四种：储气罐储气、地下库储气、管道和管束储气以及液态储气四种。2.3.1储气罐储气高压储气罐是一种容积罐。常用的高压储气罐有两种形式：卧式圆筒形罐和球形罐。一般，设计容积较小时，多采用卧式圆筒形罐，因为其加工，安装和运输较方便，但单位容积耗金属相对于球形罐要多些，占地面积也大些。球形罐容积较大时，其单位耗金属量较少，但加工较复杂，要现场组装。贮气罐的主要功能有以下三点：（1）随着用气量的变化，补充制气设备所不能及时供应的部分燃气量。（2）当停电、修理管道、制气或输配系统发生暂时故障时，保证一定程度的供气。（3）可用以混合不同组分的燃气，使燃气的性质（成分、发热值）均匀。15确定贮气罐储存容积时，主要根据上述第一项功能。根据气源产量的可调能力，通常储气容积以最大日燃气供需平衡要求确定，也可按计算月平均周的燃气供需平衡要求确定。为了平衡一天中不均匀用气设置储气设备，则制气设备可以以最大日平均小时供气量均匀地供气。用气低峰时，多余燃气储存在储气设备内，以补充用气高峰期间高于生产时的不足部分。2.3.2地下库储气地下贮气库储气量大，造价和运行费用低，可用以平衡季节不均匀用气和一部分日不均匀用气。但不应该用来平衡采暖日不均匀用气及小时不均匀用气，因为急剧增加采气强度，会使储库的投资和运行费用增加，很不经济。我国第一座地下天然气贮气库，就用来平衡季节不均匀用气，夏季注气，冬季采气，储气量为1亿米3。燃气的地下储存通常有下列几种方式：利用枯竭的油气田储气；利用含水多孔地层储气；利用盐矿层建筑贮气库储气；利用岩穴储气。其中利用枯竭的油气田储气最为经济，利用岩穴储气造价较高，其它两种在有适宜地质构造的地方可以采用。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。1.利用枯竭油气田储气为了利用地层储气，必须准确地掌握地层的下列参数：孔隙度、渗透率、有无水浸现象、构造形状和大小、油气岩层厚度、有关井身和井结构的准确数据及地层和邻近地层隔绝的可靠性等。以前开采过而现在枯竭的油气层，经过长期开采之后，其参数无疑是已知的，因此枯竭的油田和气田是最好的最可靠的地下贮气库。2.含水多孔地层中的地下贮库天然气贮库由含水砂层及一个不透气的背斜覆盖层组成。其性能和储存能力依据不同地质条件而有很大差别。如果贮库渗透性很高，天然气置换水的速度是起决定作用的。同时，它对于贮库的最大供气能力也具有一定意义。161-内管；2-溶解套管；3-遮盖液输送管；4-套管；5-盐层；6-储穴；7-遮盖液垫图2-5排盐设备流程如果贮库渗透性很高，天然气扩散时水位呈平面形；如渗透性很低；则天然气扩散时使水位形成一个弧形，如图2-4所示。对于渗透性高的贮气库，在排气时水能够很快压回，还可回收一部分用于注气的能量。贮气岩层的渗透性对工作气和垫层气的比例也有很大影响。工作气是指在储存周期内储进和重新排出的气体，而垫层气是指在贮库内持续保留或作为工作气和水之间的缓冲垫层的气体。如岩层的渗透性越小，工作气与垫层气的比例就越小，因而越不利。含水砂层的地质结构只有在合适的深度，才能作为贮气库，一般为400~700米。深度超过700米时，由于管道太长而不经济，太浅而在连续排气时，贮库不能保证必要的压力。不透气覆盖层的形式对工作气和垫层气的比例也有很大影响，特别是当贮气岩层的渗透性很小时，平面盖层的结构是不适宜的，因为它需要非常多的垫层气。3.利用盐矿层建造贮气库图2-5所示，是利用盐矿层建造人工地下贮气库时排盐设备流程。（）渗透性高；（）渗透性低不透气覆盖层；天然气；水图天然气的分布与岩土渗透性的关系17将井钻到盐层后，把各种管道安装至井下。由工作泵将淡水通过内管1压到盐岩层。饱和盐水从管1和管2之间的管腔排出。当通过几个测点测出的盐水饱和度达到一定值时，排除盐水的工作即可停止。为了防止贮库顶部被盐水冲溶，要加入一种遮盖液，它不溶于盐水，而浮于盐水表面。不断地扩大遮盖液量和改变溶解套管长度，使贮库的高度和直径不断扩大，直至达到要求为止。贮库建成后，在第一次注气时，要把内管再次插到贮库底部，从顶部打入燃气，将残留的盐水置换出库。盐矿层贮库的工作流程如图2-6所示。如果长距离输气管线的压力大于贮库的压力，则必须先使天然气通过预热器再进入贮库，这样就能防止在压力突然降低时结冻。如果贮库的压力和管线压力相等，则必须使天然气经压缩机加压，使它达到需要的压力送入贮库，而贮库则靠自身的压力将天然气输出。输出的天然气在进调压器前也需经过预热器。此外，至少在贮气库工作的第一年中，还需要将含有盐水的天然气进行干燥处理。对建造在含水层和盐岩层的地下贮气库进行比较，前者的储气容积较大，但采气率较低，因此其单位储气容积的造价低，而单位采气量的造价却较高。2.3.3管束和管道储存高压燃气管束储气和长输干管末端储气是平衡小时不均匀用气有效的办法。天然气天然气出口图盐矿层储库工作流程压缩机；预热器；调压器；干燥器；储气井181.高压管束储气高压管束储气是将一组或几组钢管埋在地下，对管内燃气加压，利用燃气的可压缩性及其高压下和理想气体的偏差（在16MPa、15.6℃条件下，天然气比理想气体的体积小22%左右），进行储气。在陆地上和海运天然气船上都可用这种方法储存燃气。例如，英国某高压储配站，就用一排17根管径为1.10m，长度为320m，压力为0.68~6.8MPa的钢管束来储存