章 燃气的储存

第八章第八章 燃气的储存燃气的储存制作:臧子璇1.城市燃气在供应过程中，由于生产量和用气量在时间上存在着极大的不平衡性，因此必须将低谷供气时多余的燃气储存起来，高峰供气时压送出去，以补偿燃气消耗量之不足。2.燃气储存的形式有：储气柜储存，管道储存，管束储存，地下储存，液化储存等。3.储气柜（罐）的功能：解决燃气生产量和用气量不平衡的矛盾；当发生意外事故、设备暂时故障等，保证有一定供气量；混合不同组分燃气，使燃气性质(成分，热值、燃烧特性等)均匀；对间歇循环制气设备起缓冲、调节、稳压作用；回收高炉煤气及其他可燃、可用废气，节约能源，减少污染；工业炉窑中压燃烧，需加压机加压时，其加压机进口侧设置储气柜稳压及保持一定的安全储存量。概述4.储气柜（罐）的分类：按储气压力分类按密封方式分类 按结构形式分类 高压储气柜（罐）圆柱形(立式或卧式)球形低压储气柜（罐）湿式(水封)直立升降式、螺旋升降式干 式 稀油密封，即曼型(MAN型)润滑脂密封，即可隆型(KLONNE型)橡胶夹布帘密封，即威金斯型(WIGGINS型)1.湿式罐是在水槽内放置钟罩和塔节，钟罩和塔节随燃气进出而升降，并利用水封隔断内外气体，罐容积随燃气量而变化。2.单节储气罐一般用干小容量（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%。3.大容量储气时，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%。4.储气罐的燃气压力为：5.由于上升的塔节数日不同，重量W也就不同，因此燃气压力P也在变化。一般为10004000Pa。第一节第一节 低压湿式罐低压湿式罐对于燃气低压湿式罐，随着储气量增加，储气罐内燃气压力：A A.增大 B.减小 C.不变 一、直立罐一、直立罐1.直立罐如图11-1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。2.水槽通常是由钢板或钢筋混凝土制成。钢筋混凝土水槽在设置半地下式水槽时使用。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，其缺点是使用年限短，水槽设于地面上增加了罐体总高度，承受凤荷载较大。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11-2所示的形式。3.水槽的附属设备有人孔、溢流管、进出气管、给水管、垫块、平合、梯子及在寒冷地区防冻用的蒸气管道等。4.水槽侧板的下部一般设一至两个人孔作为检修时进入罐内清扫之用。5.当燃气中含油分及焦油多时，水面处设排油装置，如图11-3所，靠近底部则需要有排焦油设施。二、螺旋罐1.这种罐设有导轨立往。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11-5为三节螺旋罐的示意图。图11-6为螺旋罐导轮和导轨示意图。2.这种罐的主要优点是比直立罐节省金属15%30%，外形较为美观。它的缺点是不能承受强烈的风压，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。三、低压湿式储气罐存在的主要问题1.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；2.由于塔节经常浸人、升出水槽水面，因此必须定期进行除锈防腐；3.直立罐耗用金属较多，尤其是在大容积时更为显薯。螺旋罐和干式罐金属用量比较相近。容积越大，干式罐越经济。第二节 低压干式罐1.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。2.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。干式储气罐的最大间题是密封问题，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的漏气。根据密封方法不间，目前采用的有下列三种罐型。一、阿曼阿恩干式罐1.阿曼阿恩（MAN）型干式罐的构造如图11-7。对于燃气低压干式罐，随着储气量减少，储气罐内燃气压力：C A.增大 B.减小 C.不变 1.这种罐的侧板为正多边形，所以，它的密纣系统较为复杂。储气罐的活塞桁架上下安装有两个导轮，防止活塞上下运动时发生倾斜。2.活塞外周设有油杯，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1.21.7范围内，罐内燃气压力可达5500Pa。3.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。4.活塞密封的构造如图11-8所示。密封油应满足下面三个要求：为了减少漏油量，要求使用高粘度密封油，并且其粘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，要求它具有良好与水分离的特性；要求凝固点低，在冬季寒冷地区也能使用。二、可隆型干式罐1.可隆（KLONNE）型干式罐如图11-9所示，侧板为园筒形，外部设有加强用的基柱，以承受风压和内压。罐顶作成球缺形状，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兔严重倾斜。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。2.可隆型干式罐采用干式密封的方法如图11-9所示。由橡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必须注入润滑脂。三、威金斯型干式罐1.威金斯（WIGGNS）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11-11所示。2.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高以上至罐顶不耍求密封；在此段罐壁上设置了一定数量的通风窗，并且沿途设有检查门。通过检查门可以进人套筒护栏顶部四周的人行道，在罐体外部另设旋梯以便走到门口。3.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，滑轮上设有一端建到活塞而另一端连到外部平衡重块的缆绳。在一个乎衡重块上装有指针，可以在垂直标尺上指示所储存气体的体积。4.在整个活塞行程中，燃气的压力基本上保持不变，可达6000Pa。第三节高压储气罐1.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。2.由于定容储罐没有活动部分，因此结构比较简单。3.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。4.当燃气以较高的压力送人城市时，一般采用高压罐。当气源以低压燃气供应城市时，是否使用高压罐则必须进行技本经济比较后确定。5.高压罐按其形状可分为圆筒形和球形两种。一、储罐的构造（一）圆筒形罐的构造（图11-12）1.圆筒形罐是由钢制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。2.圆筒形罐根据安装方法可以分为立式和卧式两种。前者占地面极小，但对防止罐体倾倒的支往及基础要求较高。后者占地面积大，但支柱和基础做法较为简单。3.如果罐体直接安装在混凝土基础上时，其接触面之间设钢制鞍式支座，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。（二）球形罐的构造1.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。这两种球形状如图1113所示。1.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。2.燃气进出气管一般安装在罐体的下部，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。3.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。4.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。5.储罐必须设防雷静电接地装置。6.储罐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。7.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，一般小容量的储罐多选用圆简形罐，而大容量的储罐多选用球形罐。（三）储气量的计算1.高压储气罐的有效储气容积可按下式计算：2.储罐的容积利用系数，可用下式表示：3.通常储气罐的工作压力已定，欲使容积利用系数提高，只有降低储气罐的剩余压力，而后者受到管网中燃气压力的限制。为此可以在高压储气罐站内安装引射器，当储气罐内燃气压力接近管网压力时，开动引射器，利用进入储气罐站的高压燃气的能量把燃气从压力较低的罐中引射出来，这样可以提高整个罐站的容积利用系数。但是利用引射器时，要安设自动开闭装置。（四）各种类型储气柜的优缺点第四节 燃气储配站 一、高压储配站1.图11-15所示为以天然气为气源的门站，它比一般的燃气高压储配站多一个接球装置。2.在低峰时，由燃气高压干线来的燃气一部分经过一级调压进入高压球罐，另一部分经过二级调压进入城市；在高峰时，高压球罐和经过一级调压后的高压干管来气汇合经过二级调压送人城市。3.为了提高储罐的利用系数，可在站内安装引射器，当储气罐内的燃气压力接近管网压力时，可以利用高压干管的高压燃气把燃气从压力较低的罐中引射出来，以提高整个罐站的容积利用系数。引射器除了能提高高压储罐的利用系数之外，当需要开罐检查时，它可以把罐内压力降到最低，减少开罐时放散到大气中的燃气量。4.为保证储配站正常运行，高压干管来气在进人调压器前还需除尘，加臭和计量。二、低压储配站1.当城市采用低压气源，而供气规模又不特别大时燃气供应系统通常采用低压储气。低压储配站的作用是在低峰时将多余的燃气储存起来，在高峰时，通过储配站的压缩机将燃气从低压储罐中抽出压送到中压管网中，保证正常供气。2.城市燃气供应系统中设置储配站的数量及其位置的选择，需要根据供气规模，城市的特点，通过技术经济比较确定。3.当城市燃气供应系统中只设一个储配站时，该储配站应设在气源厂附近，称为集中设置。当设置两个储气站时，一个设在气源厂，另一个设在管网系统的末端，称为对置设置。城市燃气供应系统可能有几个储配站，除了一个储配站设在气源厂附近外，其余均分散设置在城市其他合适的位置，称为分散设置。4.储配站的集中设置可以减少占地面积，节省储配站投资和运行猪用，便于管理。分散布置可以节省管网投资、增加系统的可靠性，但由子部分气体需要二次加压，多消耗一些电能。5.储配站布置储配站通常由低压储气罐、压送机室、辅助间（变电室、配电室、控制室、水泵房、锅炉房）、消防水池、冷却水循环水池及生活间（值班室、办公室、宿舍、食堂和浴室等）所组成。储配站的平面布置示例见图11-16。储罐应设在站区年主导风向下风向；两个储罐的间距等于相邻最大罐的半径；储罐的周围应有环形消防车道；并要求有两个通向市区的通道。锅炉房，食堂和办公室等有火源的构筑物宜布置在站区的上风向或侧风向。站区布置要紧凑，同时各构筑物之间的间距应满足建筑设计防火规范的要求。第五节 燃气的其他储存方法1天然气在低温液化石油气溶液中储存n天然气可以溶解于丁烷、丙烷或这两种混合物的溶剂中，而且溶解度随着压力升高和温度的降低而提高。在-40温度下不同压力时，每立方米罐容的天然气储存容量见表11-4。o这种储存方式所需的能量要比天然气液化后储存所需的能量大大减少，储存能力比气态储存时高46倍（视压力和温度而定）。这种系统操作简单、安全，而且经济。o这种储存系统中，当用气高峰时，罐内压力较低，天然气将自动地掺混一部分液化石油气供入管网。流程如图11-24所示。二、天然气的固态储存o这种储存方法是将天然气（主要是甲烷）在定的压力和温度下，转变成固体的结晶水合物，储存于钢制的储罐中。o甲烷能否形成水合物同它的温度及压力有关压力越高、温度越低，越易形成水合物。当甲烷内掺有少量较重的烃，可使水合物的分解或形成压力显著下降。例如，2时 甲烷形成水合物的压力为3.1MPa；而掺有1%的异丁烷时，则压力将降为1.35MPa.。o为甲烷水合物所占体积，为甲烷气态体积的百分之。固态下储存甲烷气体所需的储存容积，约为液态下储存同量气体所需容积的六倍。o天然气水合物在温度为-40左右、稍高于大气压力的情况下储存在罐内。o水合物状态下储存气体有下列优点：工艺流程可以大为简化，不需复杂设备，只需一级冷却装置；在水合物状态下储存气体的装置不需要承受压力，可用普通钢制造；在水合物状态下储存气体比较安全。以上两种储存方法，目前还只处于研究阶段，尚未得到实际应用。