CN102705693A - 一种深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置 - Google Patents

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王金昌
杨森
于连兴
李俊彦
彭振华
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Abstract

本发明属于气体储存技术领域,涉及一种深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,钢内衬筒体由钢板焊接构成内空的圆筒,圆筒竖立方向的上下端口处分别密封焊接有半圆球状的上封头和下封头,构成完全密封式结构的钢内衬;钢内衬上封头外通式焊接两根平行的进出气管道,进出气管道的出口端处焊接安装阀门;钢内衬的周侧等间距外包式固定制有外护体,外护体为沥青或网状钢筋混凝土结构;钢内衬筒体底部距离下封头对接焊缝上部0.5米处挖制有施工通道,在施工通道底部安装有外输排水管道;其总体结构简单,安装施工工艺成熟,使用安全可靠,占用耕地面积小,保护性能好,管理运行成本低,适应范围广。

Description

一种深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置
技术领域:
[0001] 本发明属于气体储存技术领域,涉及一种地下钢内衬储气装置,特别是一种深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,用于常温条件下储存高压天然气、高压空气、高压二氧化碳气及高压氢气等。
背景技术:
[0002] 天然气作为一种清洁能源用量越来越大,现有的市场处于供不应求的状态,城市化进程和节能减排也促进天然气消费的快速增长,长期以来,天然气消费增长速度快,未来十年仍将保持同样的增长速度,天然气正逐步取代其他高污染能源,成为工业、城市生活和交通的清洁能源。天然气消费的重心正在逐步从油气田生产区向经济发达地区转移,未来 几年中国东南沿海、长三角及环渤海三大地区消费量将占全国总消费量50%以上,成为中国最大天然气消费中心,而天然气生产地与消费地不在同一个区域,距离远并且受进口量和产能以及管道输送能力等制约,国内天然气整体上供不应求,供应紧张,大城市接连不断出现气荒。天然气储备可以实现调峰、应急供气及稳定气价,可实现天然气供应安全平稳,因此,天然气的储备及其相关技术的研究显得十分重要。
[0003]目前,在世界范围内储气方式只有加压储存,地上储气采用钢制高压圆筒形、球形贮罐和气柜,圆筒形贮罐受承压能力限制储量小,球形贮罐和气柜对材质和制造工艺要求很高,制造安装费用较高且复杂;长输管线末端及埋地高压管束储气储量小;地上储气的储罐区与站外建筑物要求有一定的防火安全间距,围墙外不能建其他建筑物,如果增加储存能力只能通过增加储罐个数来实现,需要有足够的场地。而地下储气方式是利用枯竭的油气田、含水多孔地层储气及盐矿层建造储气库储气,只有在有适宜地质构造的地方可以采用,而利用已枯竭的油田和气田建地下储气库,需掌握储气库地层的孔隙度、渗透率、有无水浸现象、构造形状大小、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;利用含水多孔地层建储气库,要求其由含水沙层及不透水层组成,且一般含水沙层在400〜700米才经济可行;利用盐穴及盐矿层建造储气库,需要将盐层溶化抽走后形成的空穴来储存天然气。从现有技术看,目前的三种储气形式均需要大量垫底气(在储库内持续保留或作为工作气和水之间的缓冲垫层的气体),且会有少量垫底气扩散,每年必须补充一部分垫底气,约为工作气(在储存周期内储进和重新排出的气体)量的6%、运行成本高、占地面积大(井场、排水井和注采站等需要大面积征地)。
发明内容:
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点,寻求设计提供一种深嵌于地下的钢内衬结构的储存高压气体装置,实现天然气、空气、二氧化碳气及氢气等高压气体在常温条件下的大规模储存,起到季节调峰作用,同时,当输气干线发生突发性重大自然灾害或管道泄漏等事故造成短时间供气中断时,还可兼作应急后备气源,提高供气的安全可靠性;高压气体密封在储存装置内腔中及管道内,不会对地下水产生污染;通过增加钢内衬储存高压气体装置的数量来实现扩大储气能力;占地量少,地上竖井口占地在该装置上部的地平面集中处或山顶上,很少占用平整土地。
[0005] 为了实现上述目的,本发明的主体结构包括排水管道、施工通道、钢内衬、基体、夕卜护体、竖井、进出气管道和阀门;圆柱筒式结构的钢内衬筒体由钢板焊接构成内空的圆筒,圆筒竖立方向的上下端口处分别密封焊接有半圆球状的上封头和下封头,构成完全密封式结构的钢内衬;钢内衬的顶端封头上外通式焊接两根平行的进出气管道,进出气管道的出口端处焊接安装阀门;进出气管道焊接固定在竖井内;钢内衬的周侧等间距外包式固定制有外护体,外护体为浙青或网状钢筋混凝土结构,具有防护、稳固和支撑钢内衬的功效;钢内衬的筒体底部距离下封头对接焊缝上部O. 5米处挖制有施工通道,在施工通道底部安装有外输排水管道,通过施工通道制备钢内衬和外护体。
[0006] 本发明的外部设置有支撑结构、排水结构、中间滑动防腐填充结构及钢内衬密封防潮结构;外部支撑结构包括自然基体或填埋层;排水结构包括上、下及周边集水管和外输总集管;中间滑动防腐填充结构包括浙青钢筋混凝土 ;钢内衬密封防潮结构包括焊接固定在钢内衬壳体上的排水管道和进出气管道。
[0007] 本发明的实现通过施工巷道人工挖掘出一个与装置相对称的深嵌式基体,基体顶到地平面的覆盖层为50〜130米,基体的结构为直立的圆柱体形状,直径40〜50米,高度50〜60米,基体上部为直径40〜50米的半圆球形拱顶,基体下部为直径40〜50米半椭圆球形拱顶;基体的高抗压性支撑钢内衬,作为承压单元的基体承载着钢内衬传递的压力;排水结构是固定在基体上改善排水系统和基体之间的水力联系,减少混凝土层与基体表面的互锁;当钢内衬内气体压力降低时,排水结构使钢内衬承受的外部水压力降低,避免钢内衬失稳变形,排水结构在运行期间间接地监测钢内衬的气密性;位于钢内衬和基体中间的混凝土层结构的外护体将钢内衬内高压气体的压力传递到基体上,均衡地分散变形,同时为钢内衬提供平整的支撑保护;外护体内设有的钢筋网分散切向应变,使混凝土层的外护体不产生过大裂纹;低强度渗水混凝土保护排水结构,改善排水结构和基体之间的水力联系,减少混凝土层结构的外护体与基体表面的互锁;钢内衬和混凝土层结构的外护体之间制有中间滑动防腐填充结构,填充材料为浙青,以减少摩擦及为钢质的钢内衬提供防腐保护。
[0008] 本发明在基体内制作的钢内衬的壳体材料为低碳钢钢板;钢内衬通过竖井内的进出气管道与基体顶部地面相连通;钢内衬为直径40〜50米,高度50〜60米的直立圆柱壳体,顶部的上封头是直径40〜50米的半球形拱顶壳,下部的下封头是直径40〜50米半椭圆球形拱顶壳,储存气体压力为15〜30 MPa ;钢内衬的储气量为5000〜IOOOORm3 ;钢内衬通过安装在竖井内的进出气管道和地面上的设施相连通,实现对储气状态的控制。
[0009] 本发明与现有技术相比,其总体结构简单,安装施工工艺成熟,使用安全可靠,占用耕地面积小,保护性能好,管理运行成本低,适应范围广;安全性远高于地面设施,工艺流程简单、操作发生事故的可能性小,战争及恐怖分子袭击难,人为破坏性小;使用年限长;储存压力可高达15-30MPa ;垫气量小,采储比高;整体维护成本低、环境效果及经济效益好。
附图说明:[0010] 图I为本发明的主体结构原理示意图。
具体实施方式:
[0011] 下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
实施例:
[0012] 本实施例的主体结构包括排水管道I、施工通道2、钢内衬3、外护体4、基体5、竖井6、进出气管道7、阀门8 ;圆柱筒式结构的钢内衬3筒体由钢板焊接构成内空的圆筒,圆筒竖立方向的上下端口处分别密封焊接有半圆球状的上封头和下封头,构成完全密封式结构的钢质内衬体;钢内衬3的顶端封头上外延式平行只有两根进出气管道7,进出气管道7的出口端处制有阀门8 ;进出气管道7焊接固定在竖井6上;钢内衬3的周侧等间距外包式固定制有外护体5,外护体5为网状钢筋混凝土结构或全钢质结构,具有稳固和支撑钢内衬3的功效;钢内衬3的底部距离下封头焊缝上部O. 5米处挖制有施工巷道2,在施工巷道2底部 安装有外输排水管道1,通过施工巷道2制备钢内衬3和外护体5。
[0013] 本实施例在基体4内制作的钢内衬3的壳体材料为低碳钢钢板;钢内衬3通过竖井6内的管道7与基体4顶部地面相连;钢内衬3为直径40〜50米,高度50〜60米的直立圆柱壳体,顶部分的上封头是直径40〜50米的半圆球形拱顶壳,下部分的下封头是直径40〜50米半椭圆形球体壳,储存气体压力为15〜30 MPa ;钢内衬3的储气量为5000〜10000万m3 ;钢内衬3通过垂直安装在竖井6内的进出气管道7和地面上的设施相连,实现对储气状态的控制。
[0014] 本实施例的实现通过施工巷道人工挖掘出一个与装置相对称的深嵌式基体,基体顶到地平面的覆盖层为50〜130米,基体的结构为直立的圆柱体形状,直径40〜50米,高度50〜60米,基体上部为直径40〜50米的半园球形拱顶,基体下部为直径40〜50米半椭圆球形拱顶;基体的高抗压性支撑钢内衬,作为承压单元的基体承载着钢内衬传递的压力;排水结构是固定在基体上改善排水系统和基体之间的水力联系,减少混凝土层与基体表面的互锁;当钢内衬内气体压力降低时,排水结构使钢内衬承受的外部水压力降低,避免钢内衬失稳变形,排水结构在运行期间间接地监测钢内衬的气密性;位于钢内衬和基体中间的混凝土层结构的外护体将钢内衬内高压气体的压力传递到基体上,均衡地分散变形,同时为钢内衬提供平整的支撑保护;外护体内设有的钢筋网分散切向应变,使混凝土层的外护体不产生过大裂纹;低强度渗水混凝土保护排水结构,改善排水结构和基体之间的水力联系,减少混凝土层结构的外护体与基体表面的互锁;钢内衬和混凝土层结构的外护体之间制有中间滑动防腐填充结构,填充材料为浙青,以减少摩擦及为钢质的钢内衬提供防腐保护。

Claims (4)

1. 一种深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,其特征在于主体结构包括排水管道、施工通道、钢内衬、基体、外护体、竖井、进出气管道和阀门;圆柱筒式结构的钢内衬筒体由钢板焊接构成内空的圆筒,圆筒竖立方向的上下端口处分别密封焊接有半圆球状的上封头和下封头,构成完全密封式结构的钢内衬;钢内衬的顶端封头上外通式焊接两根平行的进出气管道,进出气管道的出口端处焊接安装阀门;进出气管道焊接固定在竖井内;钢内衬的周侧等间距外包式固定制有外护体,外护体为浙青或网状钢筋混凝土结构,具有防护、稳固和支撑钢内衬的功效;钢内衬的筒体底部距离下封头对接焊缝上部0. 5米处挖制有施工巷道,在施工巷道底部安装有外输排水管道,通过施工巷道制备钢内衬和外护体。
2.根据权利要求I所述的深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,其特征在于装置的外部设置包括支撑结构、排水结构、中间滑动防腐填充结构和钢内衬密封防潮结构;支撑结构包括自然基体或填埋层;排水结构包括上、下及周边集水管和外输总集管;中间滑动防腐填充结构包括浙青钢筋混凝土 ;钢内衬密封防潮结构包括焊接固定在钢内衬壳体上的排水管道和进出气管道。
3.根据权利要求I所述的深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,其特征在于通过施工通道人工挖掘出与装置相对称的深嵌式基体,基体顶到地平面的覆盖层为50〜130米,基体的结构为直立的圆筒体形状,直径40〜50米,高度50〜60米,基体上部为直径40〜50米的半圆球形拱顶,基体下部为直径40〜50米半圆球形拱顶;基体支撑钢内衬,作为承压单元的基体承载着钢内衬传递的压力;排水结构是固定在基体上改善排水系统和基体之间的水力联系,减少混凝土层与基体表面的互锁;当钢内衬内气体压力降低时,排水结构使钢内衬承受的外部水压力降低,避免钢内衬失稳变形,排水结构在运行期间间接地监测钢内衬的气密性;位于钢内衬和基体中间的混凝土层结构的外护体将钢内衬内高压气体的压力传递到基体上,均衡地分散变形,同时为钢内衬提供平整的支撑保护;外护体内设有的钢筋网分散切向应变,使混凝土层的外护体不产生过大裂纹;低强度渗水混凝土保护排水结构,改善排水结构和基体之间的水力联系,减少混凝土层结构的外护体与基体表面的互锁;钢内衬和混凝土层结构的外护体之间制有中间滑动防腐填充结构,填充材料为浙青,以减少摩擦及为钢质的钢内衬提供防腐保护。
4.根据权利要求I所述的深嵌式钢内衬结构高压气体储存装置,其特征在于在基体内制作的钢内衬的壳体材料为低碳钢钢板;钢内衬通过竖井内的进出气管道与基体顶部地面相连通;钢内衬为直径40〜50米,高度50〜60米的直立圆筒壳体,顶部的上封头是直径40〜50米的半球形拱顶壳,底部的下封头是直径40〜50米半球形拱顶壳,储存气体压力为15〜30 MPa ;钢内衬的储气量为5000〜10000万m3 ;钢内衬通过安装在竖井内的进出气管道和地面上的设施相连通并实现对储气状态的控制。
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