长输管道储气天然气长输管道储气升压平衡干燥工艺

长输管道储气研究背景

天然气管道建设施工中，站间干燥作为施工的最后一道工序，其主要作用是清除试压后管道内的残留水，这对于管道的安全投产起着至关重要的作用。如果管道内存有积水，不仅使管道内壁（如焊道）产生腐蚀，还可能与所输天然气中的杂质（如H2S、CO2）生成水合物，水合物越积越多，最终可能导致堵塞，影响管道的正常运行，甚至造成管道瘫痪。

西气东输二线管道工程东段施工过程中，受多种因素的影响，管道安装工期被多次压缩，对关键线路关键工序产生很大影响。对于一些控制性工程，如隧道、定向钻，受空间和地质等不确定因素影响，难以采用增加人力、设备资源等赶工措施，使得管道干燥工序的施工时间没有调整的空间。

经过研究分析，决定采用以截断阀室为节点，对未连通段两端相邻段先期分段干燥，然后利用截断阀门关断对已干燥完管段进行储气升压，待整体贯通后利用储气压力对未干燥段进行吹扫干燥，以达到露点要求的施工方法。 该干燥工艺在西二线东段输气工程中进行实施，既有效地保证了干燥质量，又缩短了施工周期，保证了按期投产，取得了良好的实施效果。

长输管道储气储气升压平衡干燥的基本原理

储气升压干空气干燥主要是利用低露点空气对管道进行低压连续吹扫，使残留在管道内壁及低洼处的水以水蒸气的形式进入干空气，并随着干空气排出的过程。管道内水汽压力与外部输入干空气的水汽压力之间的差值越大、管道内水气化的动力越大，气化速度越快。进入管道内的干空气的露点越低，则含水量也越低，管道内干燥动力越大。注入管内的干空气压力越高、流量越大，干空气在管道内流动速度越快，则管道干燥速度越快。干燥时间越长，干燥效果越好。

管道内残余水被干空气干燥的过程是吸热过程，热源来自管道周围的大地，通过管壁传导，水分子获得足够热量，转化为分子动能，在干空气内低压水汽的压力差值驱动下，进入干空气。因此，干燥的速度和质量与干空气的露点、流量有很大关系。

在西气东输二线管道工程中，管道干燥的验收标准是管道末端出口处空气露点不高于-20℃，注入干空气的露点不高于-40℃。

长输管道储气研究结论

采用储气升压平衡干燥工艺，在西二线东段施工工期紧的情况下有效地解决了线路安装与干燥施工的矛盾，将站间干燥作业按照阀室间距为最小单元进行分段，采取线路贯通一段，干燥施工一段，封闭一段，利用相邻段储气升压方式进行干燥气源储备，保证贯通后短时间内达到干燥要求，确保了管道按期投产。储气升压平衡干燥工艺充分采用时间统筹方法，与线路实施交叉施工，在保证干燥质量的前提下，有效地缩短了投产关键工期，降低了投产安全风险，具有较高的使用和推广价值。

利用长输管线储气可解决高压容器耗费过大的问题，输送量大。其主要缺点是，一旦管线遭到破坏，不仅会丧失输气能力，储气量也将丧失相当大的部分，除非在发生事故时能用阀门断开。因此，对单一长输管线的储气量要慎重考虑。但如果一个地区有两条或多条长输管线供气，则每条管线均可用来储气，且可提供更大的差异性和可靠性。

天然气长输管网末端是指最后1个压气站与城市门站之间的输气管段。末端除了具有输气功能以外，还具有较大的储气能力，对于各中间站站间管段来说，其起点与终点的流量是相同的，即属于稳定流动的工况；但对于管道末段来说，其起点流量也和其他各管段一样保持不变，但其终点流量却是变化的，并等同于城市的用气量。作为管输天然气生产调度人员，必须了解管道储气量（管存）与管道末端压力之间的关系，这样可以为提前预测气量作好准备。笔者拟就管存与末端压力两者间的关系作一分析。

长输管道储气长输管网末站压力与管存的关系

自1995年7月1日开工建设靖边—西安首条天然气长输管道以来，经过近二十多年的建设发展历程，陕西省内已经基本形成了纵贯陕西南北、横跨关中东西两翼、多点多气源供气、部分地段双管敷设的省级天然气输送干线网络，构建形成了布局合理、功能较为完备的长输管道网络体系。而泾河分输站作为最后1个压气站与下游城市管网之间的中转站，其进站压力与全省管道储气量之间关系密切。

输气管道的储气量是按照管道平均压力计算的，因此为了计算管道储气能力，就必须知道储气开始时管道气体的平均压力和储气结束时管道的平均压力。

若已知管道的容积V，在储气开始和结束时只要求得容积V内的气体在标况下的体积V_min和V_max，则两者之差 V_s=V_max－V_min即为储气过程中管道内的储气量。p_1min和p_2min为储气开始时管道起、终点压力最低值，p_1max和 p_2max为储气结束时管道起、终点压力的最高值，其中p_2min应不低于城市管网要求的最低压力，p_1max应不超过最后一个压气站最大出口压力或管道容许的最大压力。

长输管道储气输气管网末站压力与管存实时关系

长期从事天然气调度管理工作，对所管辖长输管线及管网沿线场站压力分布与管存有较清楚的认识，由于泾河分输站位于靖西长输管道末端，其进站压力波动情况与长输管存大小的关系较密切，因此所讨论泾河分输站进站压力与管存关系即为末站压力与长输管网储气能力的关系。

2011年冬季期间及2012年夏季期间全线管存与泾河进站压力基本保持线性关系，线性拟合度达到0.9以上，即完全可以用泾河分输站压力的变化来估算管存的变化。由于管存大小与进气量和外输气量的关系密切，而泾河进站压力波动情况又与管存大小呈线性关系，则可进一步根据泾河进站压力变化来推算出上游进气量和下游外输气量的变化情况，以提前预测长输管存情况。 2100433B

储气罐是指专门用来储存气体的设备。储气罐常用来储存和储运气体。根据储气罐的承受压力不同可以分为、超高压储气罐，高压储气罐，低压储气罐、中压储气罐；根据储气罐使用的金属材料不同可以分为不锈钢储气罐，碳钢不锈钢储气罐，合金材料不锈钢储气罐。

在城市供燃气工程中用于储存燃气的容器结构。容器的作用见储气罐，它也用于石油、化工和冶金等工业中。 按储气压力不同分为低压和高压两类，前者按构造又有湿式和干式之分。

储气罐湿式储气罐

下部为水槽，上部有若干个由钢板焊成的可升降的套筒形塔节。塔节随储气量的改变而升降。塔节之间设有水封，以保证塔节之间的连接和密封。塔节的升降方式有导柱式和螺旋导轨式两种。导柱式储气罐在水槽四周设置由导柱、交叉腹杆和环形梁等构成的具有相当刚度的导柱架。安装在塔节上端的导轮沿导柱上下滑行（图1）。螺旋导轨式储气罐在塔节外壁焊有坡角为 45°的螺旋形导轨，各塔节上端的导轮能沿导轨作旋转运动而升降。

水槽可用钢板制作，也可用预制或现灌的预应力混凝土建造。由于水槽内水的重量大，当建造在不良地基上时，为防止罐体沉降量过大可采用桩基，或将水槽设计成环形，以减小水量。此外，还可将水槽建造在地下，这样既可减少沉降量又可降低罐体的总高度。

储气罐干式储气罐

罐体是用钢板焊接成的直立圆筒，内部装有活塞，活塞以下储存气体。活塞随储气量多少而升降。活塞的周边安装密封机构，以防止储存气体的外逸。活塞顶面上放置重块，以获得所要求的储气压力。干式储气罐的密封方式有油液密封式、油脂密封式和柔膜密封式。

① 油液密封式储气罐。筒身和活塞的横断面为正多边形。多边形的角上设有工字形立柱。壁板、顶板和活塞底板都由5～6毫米厚的钢板压制的槽形构件组成，具有一定的抗弯强度和刚度。活塞上部按辐射形布置桁架，桁架的上下两端装有导轮。当活塞升降时导轮沿立柱滑行。罐体外部沿全高每15米左右设环形走廊一道。密封机构是活塞外围的油槽和滑板，油槽内充满矿物油，以封住活塞下的气体。

② 油脂密封式储气罐。筒体横断面为圆形。筒壁外面每隔一定距离设置工字钢立柱，并沿全高装设若干道环形人行走廊，借以加强薄壁圆筒的刚度。活塞为球壳形。活塞顶面沿外周边设置桁架，桁架上下各有一个导轮，沿筒壁内侧随活塞升降而上下滑行。桁架和导轮还可以防止活塞在运行中倾斜。储气罐的密封机构是由用棉布和橡胶夹层压制的密封圈及压紧装置组成的。密封圈与罐壁板之间注入润滑脂，以增强密封性能，并减小摩擦力。

③ 柔膜密封式储气罐。外形为圆筒形,与油罐类似。罐内设有球壳形活塞。活塞周边安装密封柔膜，柔膜的另一端与罐壁的内侧连接。这样，在活塞下方形成一个封闭空间，当活塞升降时，密封柔膜随之上下卷动。活塞顶面外周安装用螺旋波纹板构成的套筒式护栏，以防止柔膜侧向变形。罐体上设有平衡装置，用来自动纠正活塞的倾斜。

储气罐高压储气罐

罐体用优质高强度钢板焊接成圆筒形或球形。球形罐的耗钢量小，受力均匀。但球形罐的加工、安装和焊接都比圆筒形罐困难,因此,一般只用于储气压力较大的场合。圆筒形罐的两端采用椭圆形或半球形封头。当用椭圆形封头时，为了使封头强度与罐体相等，椭圆长短轴比可取2：1。

空气压缩机是煤矿重要大型固定动力设备之一，在井下、地面均被广泛使用，主要是供给采掘工作面的风镐、风钻、凿岩机使用。储气罐是空气压缩机的配套设备，安装在室外，空气进入压缩机通过增压后送入储气罐，然后再由储气罐管道供到各个用气地点，储气罐在空气压缩系统中的主要作用是保证供气稳定。压缩空气在储气罐中沉淀积水，调节气动设备因用气量不平衡而造成气压波动、增加用气设备的压力稳定性，或者储备一部分压缩空气，在空压机发生故障时，使用户用此部分压缩空气对气动设备或气动控制系统作紧急处理之用。

储气柜适用范围

各种中性气体存储如沼气、空气、二氧化碳、氧气等。

储气柜结构组成

双膜生物储气柜主要由底膜（一体化气柜除外）、内膜、外膜、恒压控制柜、安全保护器及一些控制设备和辅助材料组成。

储气柜底膜

主要用于基础密封，以实现传统基础设施无法达到的防腐、防渗透。

储气柜内膜

与底膜或发酵罐口相连接，形成一个完全独立密闭的空间以用于储存各类适用气体。

储气柜外膜

使内膜适用气体恒压输出并对内膜起到保护作用，外膜与内膜及底膜的边缘或发酵罐口连接。作为气柜的外壳保护内膜，恒定柜内压强。

储气柜原理

底膜、内膜、外膜共同形成两个空间。内膜空间作为储气空间储存各种气体，外膜与内膜夹层的空间作为调压空间。当储存的气体增加时内膜曲张，控制设备排出外膜的调压空气腾出一定的容量。当内膜储存的气体较少时控制设备向调压层注入空气，平衡柜内的压强，稳定外膜刚度。（即用一个软体球形作为储气柜，储存的气体容积变少控制设备就自动充空气填补，储存气体增多安全保护器就释放空气以平衡压力。为不让气体混合，储存的气体与空气之间使用内膜隔离开。）