天然气的储存——储气罐储气

天然气的储存天然气的储存 储气罐储气储气罐储气 城市燃气用气量不断变化 有月不均匀性 日不均匀性和时不均匀性 但气源 的供应量不可能完全按用气量的变化而随时改变 特别是长距离输气管道 为 求得最高的效率和最好的经济效益 总希望在某一最佳输量下工作 这样 供 气与用气经常发生不平衡 为了保证按用户的要求不间断地供气 必须考虑生 产与使用的平衡问题 解决用气和供气之间不平衡问题的途径有三 改变气源的生产能力和设置机动气源 利用缓冲用户和发挥调度的作用 利用各种储气设施 前两点由于受到气源生产负荷变化的可能性和变化幅度以及供气的安全可靠性 和技术经济合理性要求的限制 不可能完全解决供需的不平衡问题 由于储气 设施和储气方法的灵活性 利用各种储气设施是解决用气不均匀性的最有效方 法之一 气体储存根据储存方式可分为地下储存 储气罐储存 液态或固态储 存以及输气管道末段储存等 储气罐储气是地上储气库的主要设备 根据储气压力和结构 储气罐可分为以 下几类 一 低压湿式罐一 低压湿式罐 湿式罐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 用水封隔断内外气体来储存燃气的容器 罐的容积随燃气量而变化 湿式罐按罐的节数分单节罐和多节罐 按钟罩的升降方式分为在水槽外壁上带 有导轨立柱的直立罐和钟罩自身外壁上带有螺旋状轨道的螺旋罐 单节储气罐一般用于小容量 3000m3 以下 储气 钟罩高度等于水槽高度 一般 水槽高度为直径的 30 50 大容量储气时 为避免水槽高度过大 采用多节 储气罐 每节的高度等于水槽的高度 而钟罩和塔节的全高约为直径的 60 100 储气罐的燃气压力为 式中 p 燃气压力 pa w 上升钟罩及塔节的重量 包括水封内水的重量 n f 上升钟罩或塔节的水平截面积 m2 由于上升的塔节数目不同 重量 w 也就不同 因此燃气压力 p 也在变化 一般 为 1000 4000pa 低压湿式罐的有效容积用下式确定 式中 v 低压湿式罐的有效容积 m d 钟罩直径 m d1 dn 分别为第一节 第 n 节塔节直径 m h 不包括圆顶部分的钟罩高度 m h1 hn 分别为第一节 第 n 节塔节的有效高度 m 1 直立罐 直立罐如图 6 1 所示 它是由水槽 钟罩 塔节 水封 导轨立柱 导轮 增 加压力的加重装置及防止造成真空的装置等组成 水槽通常是由钢板或钢筋混凝土制成 钢筋混凝土水槽主要是在设置半地下式 水槽时考虑防止腐蚀的情况下使用 与钢筋混凝土水槽相比较 钢制水槽施工 比较容易 施工费用低 产生漏水及腐蚀等情况时容易修补 不会产生龟裂现 象 其缺点是使用年限短 水槽设于地面上增加了罐体总高度 承受风荷载较 大 通常由钢板制造的平底圆筒形水槽设置在环状或板状钢筋混凝土的基础上 为了减轻水对基础及土壤的压力 大容积储罐的钢筋混凝土水槽做成如图 6 2 所示的形式是比较合适的 水槽的附属设备有人孔 溢流管 进出气管 给水管 垫块 平台 梯子及在 寒冷地区防冻用的蒸汽管道等 水槽侧板的下部一般设有一至两个人孔 以供储气罐停气检修时进入罐内清扫 之用 人孔的直径通常为 500mm 左右 进出气管可以分为单管及双管两种 当供应组分经常变化的燃气时 为使输出 的燃气组分均匀 必须设置双管 以利于燃气的混合 当燃气中含油分及焦油特别多时 近水面处需设排油装置 如图 6 3 所示 而 靠近底部则需要有排焦油设施 钟罩顶板上的附属装置有人孔 放散管 放散管应设在钟罩中央最高位置 人 孔应设在正对着进气管和出气管的上部位置 如图 6 4 所示 它不仅可以使罐 不必放出全部燃气来清扫进气管 而且还可以防止储罐被压缩机抽空时钟罩顶 部塌陷 多节储气罐的塔节之间均设有水封 储气罐所设置的导向装置称为导轨立柱 立柱既承受钟罩及塔身所受的风压 又作为导轮垂直升降的导轨 导轨立柱可以直接安装于水槽侧板上或者在水槽 周围单独设置 另外 在导轨立柱上还设有与塔节数相应的人行平台 平台同 时可作为导轨立柱的横向支撑梁 为了使钟罩及塔节升降灵活平稳 在每一个塔节的上部及下部都装有导轮 上 部导轮沿着装在导轨立柱上的导轨滑行 下部导轮沿着装在水槽侧板内侧或各 塔节侧板内侧的导轨滑行 大容量储气罐的上部导轮紧贴导轨的两侧表面以防 止塔身摆动 2 螺旋罐 螺旋罐在我国得到广泛应用 其构造尺寸 操作压力及金属消耗指标见表 6 1 表表 6 16 1 螺旋罐各项参数螺旋罐各项参数 高度 m压力 pa 公称容 积 m3 有效容 积 m3 水槽直 径 m 节数 包 括钟罩 钟罩及塔 节 水槽 耗钢量 t 金属消耗 指标 kg m3 有配重无配重 5000492722 000215 9308 00123 36824 5 2110 1200 2000022000 39 000323 1508 00371 10418 5 3000 2600 2100 2000 1530 1000 5000054200 46 000439 6809 98662 58013 2 2280 1180 100000 105800 63 848439 92810 00926 7609 50 2250 1030 150000 166000 67 000556 75011 281372 008 30 2800 1600 螺旋罐没有导轨立柱 罐体靠安装在侧板上的导轨与安装在平台上的导轮相对 滑动产生缓慢旋转而上升或下降 图 6 5 为三节螺旋罐的示意图 图 6 6 为螺 旋罐导轮和导轨示意图 螺旋罐的主要优点是比直立罐节省金属 15 30 且外 形较为美观 缺点是不能承受强烈的风压 故在风速太大的地 区不宜设置 此外其施工允许误差较小 基础的允许倾斜或沉 陷值也较小 导轮与轮轴往往产生剧烈磨损 3 低压湿式罐存在的主要问题 在北方采暖地区冬季要采取防冻措施 因此管理较复杂 维护费用较高 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 直立罐耗用金属较多 尤其是在大容量时更为显著 螺旋罐和干式罐金属用 量比较相近 容积越大 于式罐越经济 二 低压干式罐二 低压干式罐 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 燃气储存在活塞以下部分 随活塞上下移动而增减其储气量 它不像湿式罐那 样设有水槽 故可以大大减少罐的基础荷载 这对于大容积储气罐的建造是非 常有利的 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 与上下活动的活塞之间产生漏气 根据密封方法不同 目前实际采用的有下列 三种罐型 1 阿曼阿恩型干式罐 阿曼阿恩 man 型干式罐的构造如图 6 7 所示 这种罐的侧板为正多边形 所以 它的密封系统较为复杂 储气罐的活塞桁架上下安装有两个导轮 以防止活塞上下运动时发生倾斜并保 证其运行灵活平稳 通常上面 下面两个导轮之间的净距是储气罐直径的 1 10 活塞的外周设有油杯 以储存密封燃气的密封液 底板外周设有底板油 杯 以便于储存流入的密封液 这种储气罐的高度和直径之比 h d 在 1 2 1 7 范围内 罐内的气体压力可达 5500pa 在活塞以上的附属设备有空气室 罐顶及侧板上部的换气装置以及供管理使用 的外梯和内梯 大容积储罐的内梯和外梯也可用电梯 活塞密封的构造如图 6 8 所示 图中 1 为具有弹性的钢制滑板 它是由悬挂支 托 2 悬吊在活塞油杯内 并且由弹簧 3 紧紧地压在侧板上 滑板的主要作用是 防止活塞油杯外缘和侧板之间产生间隙 安装在保护板 5 上的主帆布 4 起可挠 性连接作用 并由压板 6 连接在活塞油杯上 用挡木 7 减少帆布与滑板 1 的摩 擦 以防止帆布磨损 悬挂帆布 8 和上部覆盖帆布 9 把滑板 1 和活塞油杯连接 起来 形成袋状以覆盖弹簧及其他安装部件 并可防止密封液中凝结水分及尘 土沉淀于活塞油杯内部 在冬季室外气温很低的地区 燃气中水蒸气易结成冰霜附在内壁上 故在滑板 下部设有锐角冰铲 10 以铲除冰层 在储罐正常工作时 为了达到密封的目的 密封油是循环流动的 活塞油杯中 的密封油经过侧板内侧流向罐底的油杯 之后在集油箱中脱去密封油的水分 再经过自动开启的油泵打入上部油槽 密封油则靠重力沿着侧板内壁返回活塞 油杯内 油槽的高度应保证活塞密封处的油压为罐内燃气压力的 1 3 2 倍 密封油应满足下面三个要求 为了减少漏油量 要求使用高黏度密封油 并且其黏度不因温度升高而剧烈 下降 在燃气含有凝结水分的情况下 要求它具有良好的与水分分离特性 要求凝固点低 在冬季寒冷地区也能使用 2 可隆型干式罐 可隆 klonne 型干式罐 图 6 9 的侧板为圆筒形 侧板的外部设有加强用的基 柱 以承受风压和内压 罐顶做成球体形状 为了使活塞板具有更大强度 往 往将其设计成碟形 活塞的外周由环状桁架所组成 在活塞外周的上下配置两 个为一组的木制导轮 以防止活塞同侧板摩擦而引起火花 活塞为圆形 它能 够沿着侧板自由旋转 故其上下滑动的阻力很小而且可避免严重倾斜 活塞上也放置了为增高燃气压力用的配重块 其最大工作压力可达 5500pa 可隆型于式罐采用千式密封的方法 如图 6 10 所示 由树胶和棉织品薄膜制成 的密封垫圈安装在活塞的外周 借助于连杆和平衡重物的作用紧密地压在侧板 内壁上 这种构造已经满足了气体密封的要求 但为了使活塞能够灵活平稳地 沿着侧板滑动 还需注入润滑脂 这种罐的密封方法不同于阿曼阿恩型 它不需要循环密封油 故不必设置油泵 及电机设备 3 威金斯型干式罐 威金斯 wiggins 型干式罐的主要部分有底板 侧板 顶板 可动活塞 套筒式 护栏 活塞护栏及为了保持气密作用而特制的密封帘和平衡装置等 如图 6 11 所示 底板及侧板 1 3 高 外层密封帘和罐体的连接点 以下部分要求密封 侧板 1 3 高以上至罐顶不要求密封 在此段罐壁上设置了一定数量的通风窗 并且沿竖 向每隔 1 8m 处设有检查门 通过检查门可以进入套筒护栏顶部四周的人行道 人行道可以作为检查工作用的安全平台 在罐体外部另设旋梯以便走到门口 罐顶是中间拱起的 四周设有栏杆扶手 为了防止活塞倾斜 滑轮是沿拱顶周 围按一定的间距排列的 滑轮上设有一端连到活塞而另一端连到外部平衡重块 的缆绳 外部平衡重块是沿罐壳外壁上的导轨运行的 在一个平衡重块上装有 指针 可以在垂直标尺上指示所储存气体的体积 活塞上设置了一圈护栏称为活塞护栏 它的构造是由支撑构件和特殊形状的波 纹围板所组成 围板的作用是使密封帘能够卷开到套筒护栏的内表面上 套筒 护栏的构造与活塞护栏相似 同时也装有围板 在围板上的外层密封帘可以卷 开到罐壳壁上 在活塞护栏及套筒护栏之间以及在套筒护栏与罐壳之间有足够 的间隙 故在活动部分之间没有摩擦 活塞的升降运动非常灵活平稳 也很少 倾斜 密封帘的材料必须具有耐腐蚀性能 并且要有较好的力学性能 具有良好的弹性 柑韧性 目前密封帘采用的材料是聚氯丁合成橡胶弹性体 并且由特殊的尼龙布加强而 制成的 这种尼龙布具有很高的抗拉强度 当活塞带起在罐壳凸台上的套筒护栏以后 燃气的压力略有增加 为了获得较 高的压力 在活塞上面需加重块 在整个活塞行程中 燃气的压力基本上保持 不变 可达 6000pa 威金斯型于式罐的各项参数如表 6 2 所示 表表 6 26 2 威金斯型干式罐的各项参数威金斯型干式罐的各项参数 公称容量 m3直径 mm高 mm钢材耗量 t 100002834618898220 500004657338100750 10000059740469391400 14000065227533401920 三 高压储气罐三 高压储气罐 在高压储气罐中燃气的储存原理与前述低压储气罐有所不同 即其几何容积固 定不变 而是靠改变其中燃气的压力来储存燃气的 故称定容储罐 由于定容 储罐没有活动部分 因此结构比较简单 高压罐可以储存气态燃气 也可以储存液态燃气 根据储存的 介质不同 储罐设有不同的附件 但所有的燃气储罐均设有进出口管 安全阀 压力表 人孔 梯子和平台等 当燃气以较高的压力送入城市时 使用低压罐显然是不合适的 这时一般采用 高压罐 当气源以低压燃气供应城市时 是否要用高压罐则必须进行技术经济 比较后确定 高压罐按其形状可分为圆筒形和球形两种 1 储罐的构造 1 圆筒形罐的构造 圆筒形罐 图 6 12 是由钢板制成的圆筒体和两端封头构成的容器 封头可为半 球形 椭圆形和碟形 圆筒形罐根据安装的方法可以分为立式和卧式两种 前 者占地面积小 但对防止罐体倾倒的支柱及基础要求较高 后者占地面积大 但支柱和基础做法较为简单 如果罐体直接安装在混凝土基础上时 其接触面 之间由于容易积水而加速罐的腐蚀 故卧式储罐罐体都设钢制鞍式支座 支座 与基础之间要能滑动 以防止罐体热胀冷缩时产生局部应力 2 球形罐的构造 球形罐通常由分瓣压制的钢板拼焊组装而成 罐的瓣片分布颇似地球仪 一般 分为极板 南北极带 南北温带 赤道带等 罐的瓣片也有类似足球外形的 这两种球形罐如图 6 13 所示 球形罐的支座一般采用赤道正切式支柱 拉杆支撑体系 以便把水平方向的外 力传到基础上 设计支座时应考虑到罐体自重 风压 地震力及试压的充水重 量 并应有足够的安全系数 燃气的进出气管一般安装在罐体的下部 但为了使燃气在罐体内混合良好 有 时也将进气管延长至罐顶附近 为了防止罐内冷凝水及尘土进入进 出气管内 进出气管应高于罐底 为了排除积存于罐内的冷凝水 在储罐的最下部 应安装排污管 在罐的顶部必须设置安全阀 储罐除安装就地指示压力表外 还要安装远传指示控制仪表 此外根据需要可 设置温度计 储罐必须设防雷静电接地装置 储罐上的人孔应设在维修管理及制作储罐均较方便的位置 一般在罐顶及罐底 各设置一个人孔 容量较大的圆筒形罐与球形罐相比较 圆筒形罐的单位金属耗量大 但是球形 罐制造较为复杂 制造安装费用较高 所以一般小容量的储罐多选用圆筒形罐 而大容量的储罐则多选用球形罐 2 储气量的计算 高压储气罐的有效储气容积可按下式计算 式中 v 储气罐的有效储气容积 m3 vc 储气罐的几何容积 m3 p 最高工作压力 mpa pc 储气罐最低允许