2024年5月15日发(作者：靠谱的二手相机平台)

工程设计

DOI：10.3969/.1001-2206.2022.03.007

盐穴储气库地面工程设计优化

党红星

中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊066250

摘要：由于我国地下盐穴储气库地质条件复杂、地面条件日趋苛刻等因素，导致后续建库的成本越来越高，

单方天然气储气费居高不下。从优化集输工艺、气库先达产后达容、储气库通用性设计、余压利用多企联动设

计、离心压缩机应用几个方面，对盐穴储气库地面工程设计提出了优化思路，以期实现：降低集输系统投资，

提高设备的互备可靠性，缩短建库周期，降低储气库建设成本，提高储气库经济效益。

关键词：盐穴储气库；储气费；优化集输工艺；先达产后达容；利用压差；通用性；离心压缩机

DANGHongxing

ChinaPetroleumPipelineEngineeringCorporation,Langfang066250,China

Optimizationofsurfaceengineeringdesignofsalt-caverngasstorage

Abstract：DuetothecomplexgeologicalconditionsandincreasinglyharshsurfaceconditionsfacingChina’sundergroundsalt-cavern

gasstorages,thecostofconstructinggasstorageskeepsgrowing,

paperoffersoptimizationideasforthesurfaceengineeringdesignofsalt-caverngasstoragesfromtheaspectsofoptimizingthegathering

andtransportationprocess,gasstoragesimplementingproductionrealizationfirstandthencapacityrealization,gasstoragescarryingout

versatilitydesign,designingmulti-enterpriselinkagethroughpressuredifferenceutilization,andapplyingcentrifugalcompressors.

Theseoptimizationideasareproposedtoreducetheinvestmentinthegatheringandtransportationsystem,improvethemutualstandby

reliabilityofequipment,shortenthestorageconstructioncycle,reducetheconstructioncostofgasstorages,andimprovetheeconomic

benefitsofgasstorages.

Keywords：

salt-caverngasstorage;gasstoragefee;gatheringandtransportationprocessoptimization;productionrealizationfirstand

thencapacityrealization;pressuredifferenceutilization;versatility;centrifugalcompressor

地下储气库是天然气安全保供的主要设施，

也是国家能源安全保障的重要组成部分，中国地

下储气库的建设起步于20世纪70年代的气藏型储

气库，2005年中国第一座盐穴储气库投入建设，

标志着中国有了真正意义上的盐穴储气库

[1]

。经过

近20年发展，中国地下盐穴储气库已经取得了相

当的成绩，储气库建设大幅提速，成功破解了一

系列难题。然而，随着越来越多的盐穴储气库投

产后，优质的盐层越来越少，由于建库地质条件

复杂、地面条件日趋苛刻等因素，导致后续建库

的成本越来越高，单方天然气储气费居高不下，

因此有必要对地面工程优化进行思考，以降低建

库成本，提高盐穴储气库经济效益。

于天然气回注、储存和采出的系统体系

[2]

。盐穴储

气库地面工程系统主要包括：井场、集配站、集注

站（含造腔设施）以及集输管道和双向输气管道等。

为节省投资、降低管廊带宽度、降低施工难

度，地面工程一般采取部分井场先通过单井管道集

中接入集配站，再由集配站通过注采干线接入集注

站。盐穴储气库地面工艺技术主要包括集输工艺、

注气工艺和采气工艺。其中集输工艺一般指布站方

式、输送压力选择、注采管道的设置、管网集输方

式（枝状管网、辐射状管网或二者组合的方式）等

内容的方案比选和设计；注气工艺是指双向输气管

道来气后，在集注站通过注气压缩机增压后，通过

集输管道输送至井口，注入地下盐腔进行天然气储

存；采气工艺是指井口采出天然气，通过集输管道

输送至集注站，经过脱水装置（一般为三甘醇脱水

工艺，少数具有压力能可利用的气库可采用低温脱

水工艺）进行脱水，控制天然气水露点，脱水后的

商品天然气输送至管网进行调峰

[3-5]

。

1盐穴储气库地面工程

盐穴储气库是指利用地下已有的盐层或盐丘，

采用人工的方式在盐层或盐丘中水溶形成腔体，用

32

2022年6月

党红星：盐穴储气库地面工程设计优化

工程设计

2储气库地面工程优化思路

2.1优化注采集输工艺

盐穴储气库地面工程采用二级布站工艺时，

集配站和集注站之间的注采干线一般有注采管道

合一（见图1）和注采管道分设（见图2）两种设

置方式。

集配站集注站

接采气树

采气

注气

收发球筒

AB

收发球筒

图1注采管道合一流程示意

集配站集注站

接采气树

采气

收发球筒

接采气树

A1B1

收发球筒

CD

注气

图2注采管道分设流程示意

由于盐穴储气库采气量大，注气量相对较小，

采用二级布站时，在集配站进行采气压力控制，

采气干线运行压力一般控制在9~12MPa。通常采

气管道工况为大气量、低压力，注气管道工况为

低气量、高压力。

如图1所示，当管道AB为注采管道合一设置

时，既要满足注气的高压力要求，又要满足采气

时大气量输送要求，故管道AB为高壁厚、大口径

管道；如图2所示，管道A1B1为采气管道，需满

足采气大气量要求，应为大口径、低壁厚管道；

管道CD为注气干线，需满足注气高压要求，应为

小口径、高壁厚管道。

储气库建库周期长，注气、采气、注气排卤

工况交叉进行，虽然注采管道合一设置减少了一

条干线，但是不能实现采气期的注气排卤作业，

影响了建库进度，从而降低了储气库的效益。注

采管道分设，虽然可以实现采气期的注气排卤作

业，但是管道的投资较高。

储气库的注气排卤作业一般气量较小，4~5口

盐腔注气排卤的日注气量为200

×

10

4

m

3

左右，为

了降低投资，同时缩短建库周期，可以通过单独

设置注气排卤管道，实现采气期的注气排卤作业。

同时，注气排卤管道可兼做建库结束后的采气管

道，分担一部分采气量，可以降低采气管道口径，

降低管道建设投资。

如图3所示，A2B2为注采合一管道，C1D1为

注气排卤管道（建库结束后兼做采气管道），建库

期利用C1D1进行盐腔注气排卤，利用A2B2进行

采气，可以缩短建库周期，同时利用适当时机或

建库结束后，C1D1与A2B2共同承担采气任务，由

于C1D1分担了部分采气量，故注采干线A2B2的

管径可以适当减小，节约投资；另外，在相同压

力、管径、强度设计系数、温度等条件下，管材

的屈服强度越高，管道壁厚越小，设计过程中通

过不同钢级对比优选，适当提高管道钢级，也可

以降低集输管道管材费

[6-7]

。

集配站集注站

接采气树采气

收发球筒

收发球筒

接采气树

A2B2

C1D1

注气排卤

采气

图3注采管道合一+注气排卤管道流程示意

2.2储气库先达产后达容设计

盐穴储气库具有建库周期长的特点，但与油

气藏型储气库不同的是，盐穴储气库可以发挥快

注快采的特点，对于盐穴储气库越早实现注采气

作业，经济效益就越好。

盐穴储气库的地面系统设计规模一般由外部

市场、盐腔注采运行要求、盐腔的容积等多因素

决定，地面工程设计规模一旦确定，地面的集输

管道、采气处理系统、注气处理系统的规模也随

之确定。盐穴储气库通常会设置多口盐腔来达到

库容要求，地面工程设计通常做法是先确定地面

设计规模，再平均分配给单座盐腔，进而确定集

输系统规模

[8]

，这样易导致集输系统出现卡脖子的

情况，只有全部井场参与注采气时才能达到最大

产量，即只有储气库库容达到设计值后才能实现

地面系统的最大注采设计规模，而盐穴储气库的

建库周期往往长达10年以上，这种先达容后达产

的方式就会限制储气库发挥其最大周转次数，从

而降低了储气库的经济效益。

考虑到盐穴储气库的单腔注采能力较大，按

第48卷第3期

33

工程设计

照先达产后达容的设计思路，单井管道及注采干

线按照单井的最大注采能力进行设计，集注站设

计规模按照市场情况确定后，可以预留后期的扩

建接口，先利用前几年完成的少部分盐腔，提前

5~6

库1.5

年实现地面工程系统最大产量。提前实现储气

次~2次工作气量的周转，可大大提高储气库

的经济效益，一般周转次数为2次时，储气费可降

低到周转1次时的52%

[9-10]

。虽然集输管道投资较

传统设计略微提高，但是通过储气库周转带来的

经济效益更为明显，待10年后库容达到最大时，

根据市场情况择机进行集注站的扩建，即可实现

地面工程和地下工程互相匹配的经济效益最大化。

2.3储气库设备通用性设计

近年来，盐穴储气库的建设速度越来越快，

技术日趋成熟，但各储气库设计思路差异化仍然

存在，尤其是不同设计单位的设计原则和特点各

不相同，导致各储气库的集输工艺、注气工艺和

采气工艺都有一定差异，甚至同一家建设单位的

各储气库的设计风格和建设风格也存在差异化。

采取集中采购，统一招投标比价，由于需求量

大，供应商一般会下浮报价，比起各储气库项目独自

采购会明显节约成本，同时在付款方面具有优势。比

如独自采购付款周期可能是3个月，那么集中采购付

款周期可能会延长至半年甚至一年，这样就降低了企

业的资金占用率，变相提升了效益，而且集中采购由

于用量大且需求较稳定，供应商一般都会优先供货，

优先安排组织物资设备培训交流、售后服务等事项，

集中采购会使采购方获得更高的服务质量。

对于同一家建设单位而言，建议新建储气库

尽量与已建或同期在建的储气库保持一定的通用

性，例如采气脱水装置或注气压缩机组都属于储

气库的核心设备，占地面工程投资的比重较大，

也是储气库建设中关键节点，如果同期设计建设

的各储气库在设备设计、选型等方面做到统一化，

不仅可以实现设备之间互相备用，而且可以通过

集中采购、标准化设计，降低设备全生命周期成

本

[11]

，缩短建库周期，提高工程质量，方便运行管

理，从而最大程度提高盐穴储气库的经济效益。

2.4余压利用多企联动

高压天然气压力能的回收和利用一般应用于天

然气液化、天然气净化、压力能发电等方面

[12]

。盐

穴储气库一般采气期的流量大，且压差大，如果对

这部分能量进行回收可以有效降低天然气压缩机的

34

2022年6月

能耗，提高储气库的经济效益。储气库采气期主要

能耗为脱水装置用电，用电量较小，故大量的压差

能无法被储气库自己消化利用

[13]

。考虑到天然气压

差发电技术已经在储气库中进行应用，大规模的压

缩空气储能技术也将逐渐起步，燃气企业可以与邻

近的电厂企业以合作的方式进行能量回收，燃气企

业的储气库采气期通过节流压差发电后供给电厂企

业空气压缩机进行空气储能

[14-15]

，在注气期用压缩

机空气发电后供给燃气企业天然气压缩机用电需

求，通过内部调整电价、租赁盐腔等互相合作的方

式，将储气库压力能进行回收，既实现了电厂企业

为电网的调峰，也实现了燃气企业为管网调峰，进

而可以实现多企业利益最大化。

压缩空气

储能

注气

空气

注气供电

压缩机

天然气

压缩机

电厂企业

压差发电

燃气企业

图4压差利用多企业联动示意

2.5离心压缩机应用技术

盐穴储气库注气量和注气压力变化范围较大，

国内已建储气库大多采用往复式压缩机，国外大

型储气库一般采用离心式压缩机与往复式压缩机

组合使用或单独使用离心式压缩机

[16]

。

随着储气库建设的发展，国内出现了规模较大

的储气库，往复式压缩机一般在出口排压较高工况

下使用，单机排量最大在200

×

10

4

10

8

m

3

左右，对于工

作气量20

×

单机排量影响可达到

m

3

的储气库，往复式压缩机数量受

8台或者更多，导致占地和投资

急剧增加，而离心式压缩机的排量较大，若采用离

心式压缩机代替往复式压缩机，可大大降低占地和

工程投资。

对于储气库压力变化范围较大的工况，可通过

离心式压缩机串联设置实现排气压力大范围变化。

注气初期，地层压力较低，压缩机一般大流量、低

压比运行；注气中后期，压缩机一般低流量、高压

比运行，离心式压缩机两级缸可串、并联，因此可

以通过压缩机两级缸的串、并联和压缩机组之间的

串、并联组合来满足注气工况需求

[17]

。例如某储气

库的注气量为800

×

10

4

m

3

，注气压力8～23.5MPa，

党红星：盐穴储气库地面工程设计优化

工程设计

压缩机入口压力5.5MPa，采用离心式压缩机串联的

形式进行注气。8～12MPa运行范围可单独投运低

压缸，性能曲线见图5；12～23.5MPa运行范围可采

用两级缸串联，性能曲线见图6。

15.5

13.5

a

P

M

11.5

/

力

压

口

9.5

D

E

出

7.5

A

B

C

5.5

7

流量（/

4

m

600

3

·min

-1

5

）

9

图5离心式压缩机低压缸性能曲线

27.5

a

P

M

21.5

/

力

压

口

15.5

B

D

E

出

9.5

A

C

3.5

7

流量（/m

4

3

600

图6

·min

-1

）

59

离心式压缩机串联性能曲线

3结论

（1）通过增设注气排卤管道，并利用注气排

卤管道在合适的时机或建库结束后进行采气，可

以降低注采合一管道的口径；通过优选管道钢级，

可降低集输系统投资。

（2）利用储气库先达产后达容的设计思路，

在建库期先达到地面工程最大设计规模，提高储

气库周转频次，建库结束后再达到最大库容，择

机进行扩建，可明显提高盐穴储气库的经济效益。

（3）相同建设单位的盐穴储气库采取通用性

设计，通过集中采购，降低成本，提高设备互备

可靠性，缩短建库周期，同时获得良好售后服务，

方便运行管理，实现建库经济效益最大化。

（4）对储气库采气期压差进行回收利用，通

过燃气企业与供电企业共同联动合作，形成产业

链，实现共赢，提高储气库的经济效益。

（5）采用离心式压缩机可以大幅减少设备占地

和投资，随着技术发展，离心式压缩机可以更好地

适应储气库的注气要求，同时通过离心式压缩机串

并联，能更好地适应注气压力大范围变化的要求。

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作者简介：

党红星（1990—），男，辽宁朝阳人，工程师，2012年毕业于辽

宁石油化工大学化学工程与工艺专业，现从事天然气集输与处理

工作。Email：*****************

收稿日期：2022-02-25

第48卷第3期

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