地下储气井在城镇天然气储配站中的应用

摘 要

摘要:介绍了地下储气井的结构及其特点,并与常规等储量的天然气高压球罐在投资、安装条件及效益等方面进行了比较;地下储气井式的储配站占地面积小、使用期限长、消防系统简单、

摘要:介绍了地下储气井的结构及其特点,并与常规等储量的天然气高压球罐在投资、安装条件及效益等方面进行了比较;地下储气井式的储配站占地面积小、使用期限长、消防系统简单、安全性能好,具有广泛地推广价值。
关键词:地下储气井;天然气;储配站;应用
1 引言
    地下储气井自国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156实施以来,广泛地应用于CNG加气站、天然气调峰、工业储气中,全国现有在用储气井4000口以上,CNG地下储气井储气具有占地面积小,运行费用低。操作维护简便等优点[1]。随着储气装置与技术的不断发展,储配站中主要形成了储气瓶、储气罐(柜)和储气井3种储气装置,井式储气装置是大规模储存天然气替代地上储罐的储气方式,从社会价值、经济效益和消防安全角度综合分析均有一定优势,具有广泛的推广价值[2]
    随着国家质检总局颂发了“关于加强地下储气井安全监察工作的通知(质检办特)(2008)637号 管理、监督检查均有明确的规定,确保了地下储气井的安全运行。
2 地下储气井的结构及其特点
2.1 地下储气井的结构
地下储气井由井口装置、井底封头与井筒组成,如图1所示。
 

    井口装置材料的实际抗拉强度不应大于880MPa。实际屈服强度比不超过0.90;疲劳循环次数应不少于2.5×104次;与井筒的连接上扣扭矩应符合SY/T5412的规定;与井筒连接处应密封,必须无渗漏。
    井底封头材料的实际抗拉强度不应大于880MPa,实际屈服强度比不超过0.90;疲劳循环次数应不少于2.5×104次;与井筒的连接上扣扭矩应符合SY/T5412的规定;井底封头与井筒连接处应密封,必须无渗漏。
    井筒应符合API Spec 5CT的要求,套管钢级应为TP80CQJ,材料的实际屈服强度宜选552MPa~758MPa,实际抗拉强度宜选689MPa~862MPa,疲劳循环次数应不少于2.5×104次。
2.2 地下储气井的特点
    地下储气井主要技术指标为:套管外径:177.8mm~273.10mm;单井容积:1m3~10m3;井深:100m~250m;额定压力:25MPa;储存介质:符合国标《车用压缩天然气》(GBl8047—2000)规定的天然气翻。
    地下储气井结构简单又深埋于地层深处,若产生泄漏和爆炸,由于其储气单元(井)被分散埋于地下,则较小的爆炸冲击能量迅速被地层所吸收,储存介质通过地层迅速予以释放,地面在冲击波作用下仅会有轻微振动,从根源上解决了事故发生后带来的隐患,是规模储存技术的重大创新。
    天然气储配站的地上储罐,根据国家现行规范《城镇燃气设计规范》GB50028—2006的要求,地上储罐应设置固定式消防冷却水系统(水喷淋或水喷雾等型式)或固定式水炮和移动式消防冷却水系统,以保证事故状态下对着火罐和邻近罐进行冷却保护,消防冷却用水量大。地下储气井深埋地下,具有“冬暖夏凉”的常温特性,井与井之间互为独立储气,储气单元多而单口井储气量相对小,而且可以相互倒罐,即使发生泄漏或爆裂,也不会对地面和相邻储气单元(井)造成威胁,井口安全阀组可及时切断事故井与其它井的连接管线,截断气源,事故井口易封堵,处置措施简便,可有效防止事态的扩大。
    采用传统的储气罐方式的储配站,由于其储罐均为地上式,体积庞大,占地面积大,会给周边企业或居民造成心理上的巨大压力;而采用地下储气井方式储气的储配站,每口井占地面积≤1m2。不仅占地面积小,而且站区可以建成“园林式”厂区,极大地改善了周边的环境。
    从运行情况分析,由于地上储气罐焊接点多,受大气温度、环境、腐蚀性介质等因素的影响较大,每年的维护检测费很高。使用寿命短。而地下储气井是根据国际API标准锥形螺纹连接,全井无一焊点,深埋地层中,井管外壁与地层之间环空通过专利固井技术,全部采用水泥浆固井,使容器与地层形成一个整体,有效提高了储气装置的强度与钢性,同时这道“混凝土墙”使井管外壁与地层中的腐蚀性介质完全隔开,有效保护井管不受腐蚀,地面仅露出进、排气口及排污装置,每年的维护检测费用几乎为零。使用期限可达25年。
3 地下储气井在城镇天然气储配中的应用
3.1 地下储气井在城镇加气站中的应用
    地下储气井已被广泛地应用于城镇加气站中[4],加气站一般设置在城区,全国已有逾300座CNG加气站应用此方式建造。例如:重庆市天城加气站位于重庆市万州区,加气站等级为三级,最大储气容积为16m3,按高、中、低压分组,每个储气井水容积为2.5m3,共设6口井(高压组1口,中压组2口,低压组3口),实际储气容积15m3,总储气量3750m3,井口高出地面300mm,井深为100m,其技术参数如下:公称容积:2.5m3,设计压力:32MPa,工作压力:25MPa,设计井深100m。中国石油重庆销售公司黄花园加油加气站工程,该站设计供气规模为日供压缩天然气1.5万m3的二级加气站,站内设有6口水容积为1m3的天然气地下储气井(高压组1口,中压组2口,低压组3口)。实际储气容积6m3,总储气量1500m3,井口高出地面300mm,井深为100m,其技术参数:公称容积:1.0m3,设计压力:32MPa,工作压力:25MPa,设计井深100m。
3.2 地下储气井在城镇天然气储配中的应用
    天津经济技术开发区天然气储配站位于天津经济技术开发区,采用地下储气井储气技术,占地面积为40670.35m2,储气规模为20万m3,预留20万m3的规模,它除具有储气调峰功能外,还具有装卸压缩天然气功能(装卸规模为2500m3/h)和天然气汽车加气功能。于2006年底建成投产。主要由调压计量装置、脱硫脱水装置、天然气压缩机、地下储气井群、减压计量装置及加气机(柱)组成。
    其工艺流程如下:市政天然气→脱硫脱水→压缩机压缩→优先顺序控制盘→地下储气井储存→减压调压装置→市政管网
    储配站内设有72口水容积为9.3m3的地下储气井,储气井外径为ф244.5×11.99,深度约为250m,其材质符合国际API标准的高抗硫钢管,套管钢级为TP80CQJ。其技术指标符合《高压气地下储气井》(SY/T6535—2002)的有关规定。
    地下储气井分4组布置,每组18口。储气井的横向间距为2m,纵向间距为3m。地下储气井组间距为5m,与站内、外其它建、构筑物的间距符合现行国家规范要求。
    从天津经济技术开发区天然气储配站的实际运行情况来看,该储配站运行可靠、稳定、安全。
4 技术经济比较
    以天然气调峰量为25万m3的天然气储配站来进行投资、安装条件及效率比较,地下储气井式储配站设有90口9.3m3的地下储气井,工作压力为25MPa;常规储气罐式储配站设有6台3500m3高压球罐,设计压力为1.5MPa,最高工作压力为1.4MPa。
4.1 投资比较见表1
表1
地下储气井
高压球罐
90口储气井
3875万元
6台3500m3球罐
3336万元
直接占地
1190m2
直接占地
1692m2
地下储气井区用地
2900m2
储罐区用地
25646m2
4.2 储气井与高压球罐结构及安装条件的比较见表2
表2
地下储气井
高压球罐
地面只露出井口以连接进、出气口以及排污口,节约了占地面积
地上露天水平安装,占地面积大
无需预制基础
地面需先预制基础,现场焊接制作
仅配置一般消防设施
配置全套消防系统
4.3 效益比较见表3
表3
地下储气井
高压球罐
使用年限25年以上
使用年限8年~15年
运营费用几乎为零
运营费用每年8万元~15万元
隐患少,事故损失小
事故损失大,爆炸冲击波强度大
运行稳定,不受外力环境影响,基本免维护
运行稳定,维护抢修难度大
    储配站内高压球罐全套消防系统按300万元计,则采用地下储气井的投资比采用高压球罐的投资约高出7%左右,再考虑高压球罐每年的运营费用,则总费用相差无几。
    在同等规模的天然气储配站中,采用地下储气井方式的储配站的占地面积与高压球罐相比,占地面积缩小近十倍。在城镇建设用地和土地资源十分紧缺的情况下,选择地下储气井式储气技术具有更大的现实意义。
    采用地下储气井式的储配站储气压力高、占地面积小、使用期限长、消防系统简单、安全性能好。其缺点是工艺较复杂,对操作人员的素质要求高。但从社会价值、经济效益和消防安全角度综合分析,具有广泛推广价值,是规模储存技术的重大创新。
参考文献
1 刘清友,何霞,孟少辉.CNG地下储气井安全性分析[J].天然气工业,2005,25(1):138-140.
2 申立新.井式储气技术在天然气规模储配中的安全评价及应用[J].消防科学与技术,2004,23(2):170-172.
3 SY/T6535—2002,高压气地下储气井[S].
4 罗东晓.地下储气井在天然气加气站的应用[J].煤气与热力,2007,27(7):24-26
 
(本文作者:肖平华 深圳市市政工程咨询中心 518035)