CNG加氣站儲(chǔ)氣系統(tǒng).

1、CNG加氣站儲(chǔ)氣系統(tǒng)廖柯熹Iiaokxswpi163. com西南石油大學(xué)石工院儲(chǔ)運(yùn)所2014-12-30儲(chǔ)氣方式與工藝 CNG加氣站儲(chǔ)氣井檢測(cè)方法適應(yīng)性分析儲(chǔ)氣井井筒漂移與井竄分析 CNG加氣站儲(chǔ)氣井泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CNG加氣站儲(chǔ)氣方式與工藝2014-12-30壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)儲(chǔ)氣系統(tǒng)根據(jù)輸出天然氣的方式不同可 分為單級(jí)儲(chǔ)存和分級(jí)儲(chǔ)存兩類(lèi)。單級(jí)儲(chǔ)存采用一級(jí)儲(chǔ)存系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)車(chē)輛加 氣時(shí)，所有儲(chǔ)氣容器中的壓力下降速度相同, 即各容器壓力同時(shí)從25MPa降到20MPac這 種方式的儲(chǔ)氣容器中壓縮天然氣利用率約為 20% o壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)r 分級(jí)儲(chǔ)存采用三級(jí)儲(chǔ)氣系統(tǒng)，即將儲(chǔ)氣容器分 為高壓、中壓

2、、低圧二紐c壓縮機(jī)啟動(dòng)充氣時(shí)，先 對(duì)髙圧組容器充氣，當(dāng)壓丿J達(dá)到22MPa時(shí)，關(guān)閉高 壓組，轉(zhuǎn)而對(duì)中壓組容器充氣，當(dāng)壓力也達(dá)到 22MPa時(shí)，關(guān)閉中壓組，轉(zhuǎn)而對(duì)低壓組容器充氣， 當(dāng)壓力也達(dá)到22MPa時(shí)，三組容器都打開(kāi)同時(shí)充氣 至壓力為25MPa,壓縮機(jī)停止口對(duì)車(chē)輛加氣時(shí)，先 用低壓組容器，其次是中壓組容器，最后是高壓組。2014-12-30壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)廠 分級(jí)儲(chǔ)氣系統(tǒng)的工作由程序自動(dòng)控制，比 曲級(jí)儲(chǔ)氣系統(tǒng)復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)，體積也要大些, 但是儲(chǔ)氣系統(tǒng)中的壓縮人然氣利用率達(dá)到30%. 有的據(jù)至達(dá)到58%。分級(jí)儲(chǔ)氣系統(tǒng)是目前CNG加氣站的主要儲(chǔ) 訊方式。廠為平衡CNG供需在數(shù)吊和時(shí)間上的不

3、同步和卡 均勻性，有必要在站內(nèi)設(shè)儲(chǔ)氣裝買(mǎi)，這對(duì)于加壓站 或加氣站在工藝流程中都是匝要的中問(wèn)環(huán)節(jié)設(shè)備。儲(chǔ)氣裝宜的最高工作壓力達(dá)到25MPa,屬于甲 類(lèi)氣體、四類(lèi)斥力容器監(jiān)察僧理的范疇，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)弓施工規(guī)范GB 50156仃相 關(guān)規(guī)定。j2014-12-306壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)廠 CNG加氣站儲(chǔ)存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣壓力一般為 25MPa，總的儲(chǔ)氣能力根據(jù)加氣站的規(guī)模和各國(guó)標(biāo) 準(zhǔn)而定。但原則是保證加氣站的高效和建站的經(jīng)濟(jì) 性。壓縮天然氣加氣站儲(chǔ)氣設(shè)施的總?cè)莘e應(yīng)根據(jù)加氣 汽車(chē)數(shù)星、每輛汽車(chē)加氣時(shí)間等伙I素綜合確定，任 城市建成區(qū)內(nèi)不應(yīng)超過(guò)1611衛(wèi)。加油和壓縮天然氣加氣合建站，壓縮天然

4、氣儲(chǔ)氣 設(shè)施總?cè)莘e小于12nPo2014-12-30壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)氣瓶?jī)?chǔ)氣大氣瓶：每個(gè)氣瓶容積在500L以上的大氣瓶組，每組3-6個(gè)，在國(guó)外 應(yīng)用得最多。 - 統(tǒng)炊瀟鱗穌SB!l-mft： 2、耳定總j輔；j甲片；6-鶴；7-加別縄 K尸娜；9一支妬片；10、11一出聯(lián)札12-(3-DNI5(NPT)馀 14-hNlS(NPT： N:15-羅讎失11棒接頭：I71N5廉羅紋臥：18-DN15W頭 4DN15角為20俳1$塞：21姍熱2D皿邨X； 25-隣壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)氣瓶?jī)?chǔ)氣2014-12-3011小氣瓶組：每個(gè)氣瓶容積在40-80L,每站40-200個(gè)。*omeee2014-12

5、-30壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)大容量高壓容器儲(chǔ)氣單個(gè)高壓容器，容積在2m3以上。壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)大容量高壓容器儲(chǔ)氣單個(gè)高壓容器，容積在2m3以上。2014-12-3013CNG地卜儲(chǔ)氣井2014-12-3011壓縮天然氣的儲(chǔ)存系統(tǒng)地下儲(chǔ)氣井 井管直徑177. 8-298.4 (套管)； 單井水容積110 (Nm3)； 井深 80-200 (m): 工作壓力(W25MPG oCNG加氣站儲(chǔ)氣井檢測(cè)方法適應(yīng)性分析2014-12-3013CNG加氣站儲(chǔ)氣井主要失效形式儲(chǔ)氣井充放氣過(guò)程井竄失效：在儲(chǔ)氣井不斷 的充放氣過(guò)程中，套管和水泥 環(huán)膠結(jié)形成的第一界面最容易 發(fā)生疲勞脫粘。發(fā)生脫粘就會(huì) 使得套管與

6、水泥環(huán)之間摩擦力 變小，井筒也會(huì)相應(yīng)向地面伸 長(zhǎng)。某一時(shí)刻伸長(zhǎng)量大于臨界 值時(shí)，井筒可能就會(huì)竄岀地面, 造成井竄事故。CNG加氣站儲(chǔ)氣井主要失效形式腐蝕與泄漏失效：泄漏是影響儲(chǔ)氣井安全的失效形式之一。泄漏包 括井口裝置泄漏和井下泄漏。井口裝置泄漏發(fā)生在井口封頭與井管螺紋 聯(lián)結(jié)、管件聯(lián)結(jié)和井口裝置的閥門(mén)等部位，可通過(guò)天然氣濃度監(jiān)測(cè)儀進(jìn) 行監(jiān)測(cè)。井下泄漏是發(fā)生在井口以下部位，不宜發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)項(xiàng)目研究 開(kāi)發(fā)的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。腐蝕導(dǎo)致的儲(chǔ)氣井事故（宜賓）A儲(chǔ)氣井腐蝕檢測(cè)超聲波檢測(cè)超聲波檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)厚度大、靈敏度高、速 度快、成本低、對(duì)人體無(wú)害，能對(duì)缺陷進(jìn)行定位和 定量。超聲波探傷檢測(cè)的局限性在

7、于缺陷的顯示不 直觀，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結(jié)果不 便于保存，超聲波檢測(cè)對(duì)工作表面要求平滑，要求 富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類(lèi)。#儲(chǔ)氣井腐蝕檢測(cè)渦流檢測(cè)美國(guó)西南研究院開(kāi)發(fā)了一套基于遠(yuǎn)場(chǎng)渦流的智 能檢測(cè)器。這套檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)的直徑范圍為68英 寸（150200nm）,其上的傳感器可以收縮以通過(guò) 受限制的管段，例如彎頭、三通、閘閥等。檢測(cè)的 速度為100mn s,在直管段，檢測(cè)距離能過(guò)達(dá)至U500 英尺（約150米），檢測(cè)的精度可達(dá)到管道壁厚橫 截面的2-3%,在監(jiān)控模式下，缺陷檢查的靈敏度 常常低于1%。17儲(chǔ)氣井腐蝕檢測(cè)漏磁檢測(cè)由于缺陷的漏磁信號(hào)和缺陷形狀具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，漏磁

8、通信號(hào) 的峰值和表面裂紋的深度有很好的線性關(guān)系.因此可以對(duì)缺陷進(jìn)行量化, 對(duì)缺陷的危險(xiǎn)程度進(jìn)行初步判斷。由于傳感器不能像磁粉一樣緊貼在被 檢測(cè)表明，和被檢測(cè)面有一定的提離值，因比降低了檢測(cè)靈敏度。另外 缺陷的形狀特征和檢測(cè)的信號(hào)特征不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此漏磁場(chǎng) 檢測(cè)只能給岀缺陷的初步量化結(jié)果。#21MIT多臂井徑儀直徑：73mm長(zhǎng)度：2.5m精度：1. Onm分辨率：0. 10mm最大壓力：lOOMPa最大溫度：175*C最大測(cè)速：10m/min測(cè)量范圍：80nm210nm額定溫度：1509額定壓力：105MPa工具直徑：43mm長(zhǎng)度：2. 179m 垂量：13.6kg 測(cè)量范圍：50.8

9、mm一-177. fihm19技術(shù)比選主要卷效傳感器數(shù)量宜徑mm長(zhǎng)度mm圭吊k額定溫度額定壓力MP&測(cè)*范IH超聲波檢測(cè)12個(gè)探頭4311819 517010544 5177 8漪瞪松測(cè)12個(gè)探頭43217913 615010544 5177 8渦流檢測(cè)4810010009 012035152 4-203 2MIT-248測(cè)潛24支4311819 517010544 5*177 8MIT-4GB測(cè)嘗dO支7325003017010580 0210 0MTT12個(gè)探頭43217913 615010544 5177 8超聲波徑向分拂率：:徑向栢度：:垂向分辨率：/in的情況下為漏磁儀器精度渦流MI

10、T度：工貝的糯度依級(jí)于缺陷的尺寸無(wú)根傷油爸箱度為15%燮庠. 鐵陷分辨率：檜測(cè)缺陷的能力依賴于缺陷的尺寸。直徑的WPfi： 50%的璧膊35%的金WH員失Q徑的齷跑：30%的壁J8L 20%的金員失帯.與行畢不宵按顯解通過(guò)曄硏能力較好可別環(huán)4：軍俘姿化周向分講率為可煜供儲(chǔ)氣井m徑向分拂率：徑向:垂向分拼率：/的悄況下為2 1082-度：工貝的猜度依恢于缺陷的尺寸無(wú)扌員傷油管栢度為 觸陷分辨率：栓測(cè)缺陷的能力依賴于缺陷的尺寸.玄徑的K4： 50%的?厚.35%的金fih員失星宜徑的鉄陷：30%的壁厚.20%的金1K損失1T技術(shù)比選21E5根據(jù)儲(chǔ)氣井結(jié)構(gòu)和缺陷的檢測(cè)要求，基于傳感器數(shù) 量、規(guī)格、適

11、用壓力、適用溫度、測(cè)量范圍和儀器精度 對(duì)超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、M IT多臂井徑儀檢 測(cè)和MTT磁測(cè)厚儀檢測(cè)的檢測(cè)方法進(jìn)行分析，結(jié)合目前國(guó) 內(nèi)儲(chǔ)氣井專(zhuān)用檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用情況，可采用遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)、 超聲波檢測(cè)兩種方法進(jìn)行儲(chǔ)氣井腐蝕檢測(cè)。A儲(chǔ)氣井固井質(zhì)量檢測(cè)方法聲幅測(cè)井.SBT扇區(qū)膠結(jié)測(cè)井、MAK 211聲波/伽馬變密度測(cè)井聲幅測(cè)井只能反映第一界面的膠結(jié)情況，無(wú)法識(shí)別第二界面的膠結(jié) 質(zhì)量。而SBT扇區(qū)膠結(jié)測(cè)井的缺點(diǎn)是當(dāng)?shù)谝唤缑婺z結(jié)差.尤其是存在微環(huán) 時(shí)，SBT測(cè)井不能正確評(píng)價(jià)第二界面的膠結(jié)情況。MAK 2 II聲波/伽馬變密度測(cè)井儀發(fā)射能量較強(qiáng)，測(cè)井時(shí)不受井內(nèi)介 質(zhì)、套管尺寸和儀器偏心等諸多因

12、素的影響，比常規(guī)VDL測(cè)井能更準(zhǔn)確、 真實(shí)地反映水泥膠結(jié)情況。綜合利用伽馬變密度測(cè)井，可判定水泥環(huán)內(nèi)的 微間隙、竄槽以及當(dāng)?shù)谝唤缑婺z結(jié)差時(shí)第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。因此，在具備條件下推薦采用MAK 2【聲波/伽馬變密度測(cè)井儀進(jìn)行 固井質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)。23:儲(chǔ)氣井井筒漂移與井竄分析2014-12-30A均勻應(yīng)力下井筒力學(xué)模型丿I筒一水泥壞一地層利介模型（1）井筒為標(biāo)準(zhǔn)中允許的 井筒，水泥環(huán)材料.地層材料 性質(zhì)為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性 材料的線彈性材料；（2）固井過(guò)程中水泥漿完 全充滿環(huán)形空間，井筒居中不 存在偏心，井筒和水泥環(huán)視為 厚壁圓筒，井眼為垂直井眼不 存在偏移，且為規(guī)則的圓形。#27A均勻應(yīng)力下

13、井筒力學(xué)模型第一界面和第二界面處的接觸壓力為:只二厶/一（人一厶）人（厶一 ZjX/z-人）+ 人/|井筒：）pj水泥環(huán):=一- （一-）A + （一-）P2 1r2 ri 1r2ri r甘 “11、z 1 1 .s嚴(yán)2-fK-2 + T- F+7F）P21 r2 - ri r r2r r地層:5 =-自4卩2 +（音一rri r25A非均勻應(yīng)力下井筒力學(xué)模型根據(jù)彈性力學(xué)原理，非均勻地應(yīng)力下地層水泥環(huán)井筒系統(tǒng)力學(xué) 耦合問(wèn)題可視為平面應(yīng)變問(wèn)題，建立相應(yīng)的分析模型。井筒的位移分量為：% =舟（& - %-卜（& - 3）2” - /* + （化十 1） W - AVcos20% =幺& + 3）2

14、 + “一（人 一 1 ）6八一 D6r-3sin 20井筒一水泥環(huán)一地層耦合模型A儲(chǔ)氣井井竄力學(xué)模型地IfiffPP12O:0L(水 泥 環(huán)咬質(zhì)巖石 |2儲(chǔ)氣井受力示意圖由于儲(chǔ)氣井內(nèi)的壓力在充氣過(guò)程中是 變化的，井筒長(zhǎng)度一般為100m-200mo由 氣體性質(zhì)可知，井內(nèi)的壓力從井口到井底 不可能達(dá)到瞬間平衡，因此氣井內(nèi)的壓力 是非均勻分布。由于井口處為高壓天然氣 的入口，所以該處的井口壓力最大，井底 壓力最小。這樣就在井內(nèi)形成了一個(gè)壓力 差，該壓力差便是井竄的動(dòng)力。#27界面的脫粘速率為：耳=曇=q(EGo)b、2(N,/)嚴(yán)儲(chǔ)氣井界面脫粘示意圖界面脫粘局部放大示意圖儲(chǔ)氣井井竄失效模型應(yīng)用分析

15、以某CNG加氣站一站進(jìn)行模型建立與應(yīng)用，壓縮機(jī)組采用撬裝式結(jié) 構(gòu)，儲(chǔ)氣裝置為儲(chǔ)氣井（4X3m3），設(shè)計(jì)日供氣15000m3,最大日售氣量 達(dá)22000m3左右，平均售氣量16750m3 /Flo1、邊界條件：均勻地應(yīng)力4MPa （地下159. 04.米處），井筒內(nèi)壓力為25MPa：2、地層參數(shù)：地層彈性模量E地=5000MPa,地層泊松比0. 4：3、水泥環(huán)參數(shù)：厚度為20mm,水泥環(huán)彈性模28OOOMPa,泊松比0.2：4、井筒參數(shù)：外徑177. 8mm,壁厚10. 36mm,彈性模206000MPa,泊松比0.3。29由表中計(jì)算結(jié)果可知，推導(dǎo)的解析解公式的計(jì)算值與ANSYS計(jì)算結(jié)果非常接近

16、, 相對(duì)誤差在2.5%以內(nèi)，驗(yàn)證了模型的正確性，可用于分析儲(chǔ)氣井井竄失效規(guī)律。位置(MPa)井筒內(nèi)壁第一界面第二界面解析解應(yīng)力(MPa)170. 178. 916. 7解析解等效應(yīng)力(MPa)163.272. 514. 7有限元等效應(yīng)力(MPa)164.875. 815.3相對(duì)計(jì)算偏差(%)0. 981.552. 3331井筒壁厚對(duì)井筒受力的影響3 00B407I 001*072 001407I S0I4075 001060 001*002 5014073 00-2 00* 1 50 0 h* 1 002 50im20|”30|5 OO0 oo隨半徑的增大方向，徑向應(yīng)力由井簡(jiǎn)內(nèi)的壓力25MPa

17、減小到地層的地應(yīng)力2MPa,33當(dāng)壁厚為10mm時(shí)，水泥環(huán)內(nèi)外壁徑向應(yīng)力分別為：內(nèi)壁3. 33MPa,外壁2MPa。但是,可以看出井筒壁厚較小的組合系統(tǒng)的曲線變化要顯著.說(shuō)明它在徑向上應(yīng)力下降幅度明顯。水泥環(huán)厚度對(duì)井筒受力的影響水泥環(huán)壁厚較小的組合系統(tǒng)，其內(nèi)壁所受的拉應(yīng)力較大，厚壁圓筒在 承受內(nèi)壓時(shí)，內(nèi)壁是最危險(xiǎn)的界面。從減小兩個(gè)界面的應(yīng)力來(lái)講，采取較 厚的水泥環(huán)是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)受力分布是最有利的。35水泥環(huán)基本參數(shù)對(duì)井筒受力的影響345水泥環(huán)的旬度)les)從保護(hù)水泥環(huán)完整性的角度來(lái)看，水泥石相對(duì)較低的彈性模量、較大 的泊松比更有利于使水泥環(huán)不被破壞。但是，當(dāng)水泥石彈性模量較小、泊 松比較大時(shí)，

18、其抗壓強(qiáng)度一般較小，所以對(duì)水泥石的彈性參數(shù)和物理參數(shù) 還需綜合考慮。33儲(chǔ)氣井井竄漂移模型應(yīng)用分析第一界面徑向應(yīng)力分布圖第一界面剪應(yīng)力分布圖對(duì)某儲(chǔ)氣井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，儲(chǔ)氣井最大漂移量為5. 2mm,有限元計(jì)算 結(jié)果為：井筒最大漂移量4. 981mn,相對(duì)誤差為5.57%,因此建立的漂移模 型可用于儲(chǔ)氣井的井竄失效分析。 CNG加氣站儲(chǔ)氣井泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儲(chǔ)氣井工況仿真模型建立基于質(zhì)量守恒、能量守恒.動(dòng)量守恒方程，建立CNG高壓儲(chǔ)氣井動(dòng)態(tài)工況仿真 模型。m4 = mx m2m3m5Erfin；比P.儲(chǔ)氣井泄漏質(zhì)呈平衡圖模型中，氣體的來(lái)源是充氣量吋按質(zhì)量計(jì)算;儲(chǔ)氣井 的儲(chǔ)氣量是叭:對(duì)加氣站的供氣量是眄:

19、儲(chǔ)氣井的泄漏量是 “儲(chǔ)氣井的排水量#儲(chǔ)氣井工況仿真模型建立m4 =-m2-m3-m5充放氣址可石作通過(guò)監(jiān)測(cè)截而的氣體屋。充放氣口實(shí)時(shí)壓力門(mén)、漏葉.流速匕根抓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)*取定值.郴據(jù)己知數(shù)抓求山 實(shí)時(shí)體積流量Q,利用BWRS狀態(tài)方程確疋實(shí)時(shí)壓縮因子乙， 實(shí)時(shí)密度Q ,城終得到充放氣質(zhì)量。37儲(chǔ)氣井泄漏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)儲(chǔ)氣井泄漏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由VB6. 0寫(xiě)成，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì) 方法，利用事件驅(qū)動(dòng)方式來(lái)完成程序的控制。該系統(tǒng)基于Windows98/ 2000/ XP操作平臺(tái)，采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)，支持Windows的各項(xiàng)功能和資源，利 用Visual Basic與數(shù)據(jù)庫(kù)間良好的連接特性，為系統(tǒng)的應(yīng)用和具

20、體操作 創(chuàng)造良好的圖文集成環(huán)境。#參數(shù)設(shè)置監(jiān)測(cè)界面I加料刑訕吐M納JW的s.、r 、. F*、*mu v* *VV*-t- *VA JPT X/WA.Z v-監(jiān)測(cè)曲線39充氣工況第1組數(shù)據(jù)分析(共4組)時(shí)刻(min)充氣星(Nm3)井口壓力 (MPa )實(shí)際儲(chǔ)氣雖(Nm3)計(jì)算儲(chǔ)氣雖(Nm3)1018. 800212. 9519.2412. 9513. 52312. 7519. 7112. 7512. 2941320. 151313. 62512. 5520. 612. 5512. 44612. 9821.0912. 9812. 18713. 4921.5613. 4913. 75813. 9

21、622. 0813. 9613. 3912. 7322. 5612. 7311.96#充放氣工況第1組數(shù)據(jù)分析(共4組)時(shí)刻 (min )充氣呈(Nm3)放氣呈(Nm3)井口壓力 (MPa)實(shí)際儲(chǔ)氣呈(Nm3)計(jì)算儲(chǔ)氣呈(葉)10017. 9700212. 727. 9818. 134. 744. 98313. 058. 8318. 284. 224. 221412. 9412. 2218. 310. 720. 6512. 572. 7218. 639. 8510. 7613. 225. 418. 887. 828. 6712.9415.6718. 79-2. 73-2.92813. 5111.4418. 862. 072. 17911.547. 51194. 034. 121013. 219. 3119. 123