地下高压储气库密封塞结构及构建方法与流程

本发明涉及地下储能，具体地指一种地下高压储气库密封塞结构及构建方法。

背景技术：

1、压缩空气储能是一种利用压缩空气作为介质来储存能量和发电的技术。压气储能电站的储气设施主要有地上和地下两种类型。考虑到安全和经济因素，地下储气设施更具发展潜力。人工开挖的地下密封硐库是地下储气设施的一种类型，其具有选址灵活、成本低、安全可靠等优势，可以进行大规模建设和推广。

2、目前，全球范围内尚无成功实施的压气储能人工地下储气库案例，储气库运行成功的难点在于储气库的可靠性和密封性。随着当前装机容量和运行效率要求的提升，储气库运行的设计压力高达10～20mpa,充放气过程会产生循环压力和温度荷载，对地下储气库的承载能力提出了极高的要求。密封塞作为储气库的关键组成部分，一方面作为人工地下储气库高压气体的直接封堵和承载结构，另一方面作为重要管路和通道的承接部位，是影响储气库运行安全和效率的关键结构，目前仍然缺乏成熟可靠的技术方法来实现上述封堵和承接功能。

3、现有技术中，水工隧洞在完成使命后一般采用堵头进行封堵来承担水头压力和防渗，是永久性水工建筑物的一部分，安全等级与大坝等同。然而，人工地下储气库硐室内部气压远高于水工隧洞的水头压力，密封塞内部结构也更加复杂，需要考虑检修通道和压气管道的布置。常规的储气库密封塞结构设计思路是将检修通道和压气管道分开排布，但是多孔道设计可能对密封塞的整体承载能力产生削弱影响，也会增加泄露风险，对储气库安全不利。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提出一种地下高压储气库密封塞结构及构建方法，不仅满足储气库运行条件下的高压、循环荷载、高密封要求，降低泄露风险，而且结构简单，施工方便，具有更高的可靠性。

2、为达到上述目的，本发明所设计的一种地下高压储气库密封塞结构，包括穿过密封塞的连通管道，其特别之处在于：所述密封塞位于高压气体储气库端部扩挖区域，由钢筋混凝土浇筑而成，密封塞一侧与储气库外部通道连接，该通道与储气库轴线呈l型分布，两者通过密封塞内部直角管道连接；

3、所述密封塞外周紧密贴合有用于承载储气库内部高压循环荷载的围岩，所述密封塞内部设置有唯一的传输管道，所述传输管道一端连通至储气库内部，另一端连通至储气库外部，在储气库运行期间作为气体输送管道，在储气库检修期间作为人工检修通道；

4、位于储气库外部的传输管道端部依次连通有用于转换管道直径的锥形异径管段和用于输送气体至地上电站的充放气管道，且传输管道与锥形异径管段之间通过一级法兰连接，锥形异径管段与充放气管道之间通过二级法兰连接；

5、所述一级法兰、锥形异径管段、二级法兰、以及充放气管道均位于储气库外部通道空间内。

6、进一步地，所述密封塞为高强钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为c40～c60。

7、更进一步地，所述传输管道为钢管，直径为0.8～1.2m。

8、更进一步地，所述锥形异径管段长度为2～3m。

9、更进一步地，所述充放气管道直径为0.3～0.6m。

10、本发明还设计一种地下高压储气库密封塞结构的构建方法，适用于如上述的地下高压储气库密封塞结构，其特别之处在于，包括如下步骤：

11、s1)在储气库端部岩体内扩挖出密封塞空间；

12、s2)定位并安装传输管道，绑扎密封塞结构内部的钢筋，浇筑混凝土；

13、s3)密封塞混凝土浇筑完成后进行接缝灌浆，接缝灌浆填充混凝土与围岩之间的收缩缝隙以及其他可能的泄漏通道；

14、s4)在储气库外部通道空间安装和连接锥形异径管段与充放气管道，并将充放气管道连接至地上电站压缩机和膨胀机。

15、进一步地，s2)中，在密封塞空间内通入工业废弃的二氧化碳气体，对混凝土进行二氧化碳矿化养护。

16、进一步地，s3)中，接缝灌浆的过程如下，配置好合适水灰比的水泥浆液，启动灌浆泵开始灌浆，开始灌浆时控制回浆管路上的阀门处于全开状态，待灌浆管路和灌浆孔内充填满浆液后，控制回浆管路上的阀门缓慢减小开度，上升灌浆孔内压力，使浆液注入混凝土与围岩之间的收缩缝隙。

17、本发明的优点在于：

18、1、相比常规水工高压隧洞堵头结构，本发明采用钢筋混凝土封堵和围岩承担储气库内部高压，围岩的高强度及完整性保证了密封塞结构的绝对安全，可靠性更高，几乎不可能发生结构失效，满足储气库运行条件下的高压、循环荷载要求；

19、2、本发明将密封塞内部的气体输送管道和人工检修通道合二为一，在密封塞内部设置唯一的传输管道，运行时承担气体输送功能，检修时承担人员进出功能，不需要另外设置密封门或其他管道，将密封塞内部泄漏风险点减少为一个，提高密封安全性；另外，该密封塞结构简单，施工方便，相比同类结构具有更高的可靠性；

20、3、本发明采用锥形异径管段实现了传输管道与充放气管道的转换，锥形异径管段可在储气库外部通道完成拆卸和安装，为储气库的检修提供人员进出通道；

21、本发明地下高压储气库密封塞结构及构建方法，利用钢筋混凝土进行储气库密封封堵，使用围岩来承担内部高压，并在混凝土密封塞内部设置唯一的传输管道既可以承担运行式的气体输送功能，也可以承担和人员进出的功能，有效减少密封塞内部管路空间并降低空气泄露风险，具有更高的安全性和经济性。

技术特征：

1.一种地下高压储气库密封塞结构，包括穿过密封塞的连通管道，其特征在于：所述储气库(3)端部扩挖区域设置有用于封堵储气库(3)内部高压气体的密封塞(1)，且密封塞(1)为钢筋混凝土结构；

2.根据权利要求1所述的地下高压储气库密封塞结构，其特征在于：所述密封塞(1)为高强钢筋混凝土结构，混凝土强度为c40～c60。

3.根据权利要求2所述的地下高压储气库密封塞结构，其特征在于：所述传输管道(5)为钢管，直径为0.8～1.2m。

4.根据权利要求3所述的地下高压储气库密封塞结构，其特征在于：所述锥形异径管段(6)长度为2～3m。

5.根据权利要求4所述的地下高压储气库密封塞结构，其特征在于：所述充放气管道(7)直径为0.3～0.6m。

6.一种地下高压储气库密封塞结构的构建方法，适用于如权利要求1～5任一项所述的地下高压储气库密封塞结构，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的地下高压储气库密封塞结构的构建方法，其特征在于：s2)中，在密封塞(1)空间内通入工业废弃的二氧化碳气体，对混凝土进行二氧化碳矿化养护。

8.根据权利要求6所述的地下高压储气库密封塞结构的构建方法，其特征在于：s3)中，接缝灌浆的过程如下，配置好合适水灰比的水泥浆液，启动灌浆泵开始灌浆，开始灌浆时控制回浆管路上的阀门处于全开状态，待灌浆管路和灌浆孔内充填满浆液后，控制回浆管路上的阀门缓慢减小开度，上升灌浆孔内压力，使浆液注入混凝土与围岩(2)之间的收缩缝隙。

技术总结本发明公开了一种地下高压储气库密封塞结构及构建方法。该密封塞结构包括穿过密封塞内的连通管道，所述储气库端部扩挖区域设置有密封塞，且密封塞为钢筋混凝土结构；所述密封塞外周紧密贴合有围岩，所述密封塞内部设置有唯一的传输管道，所述传输管道一端连通至储气库内部，另一端连通至储气库外部，呈L型布置；位于储气库外部的传输管道端部依次连通有锥形异径管段和充放气管道，且传输管道与锥形异径管段之间通过一级法兰连接，锥形异径管段与充放气管道之间通过二级法兰连接。本发明在混凝土密封塞内部设置唯一的传输管道承担气体输送和人员进出的功能，有效减少密封塞内部管路空间并降低空气泄露风险，具有更高的安全性。技术研发人员：张国强,胡万瑞,张茂础,张存慧,杜晶,汪洋,王亚东,李建贺,康金桥受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4