一种天然气地下储气系统及其运行控制方法与流程

本发明涉及天然气调峰输送技术，具体是一种天然气地下储气系统，以及基于该地下储气系统的运行控制方法。

背景技术：

1、城市供燃气是将天然气以气源输配系统输送给各类用户，随着季节温度的变化和昼夜用气时间的变化，城市供燃气存在着很大的用气波动。因此，仅仅依靠气源输配系统的单一供气管网，难以解决用气大幅波动的矛盾，故在天然气的气源输配系统中还需要建设地下储气库，该地下储气库在用气低峰时将供气管网中的富余气量存储起来，在用气高峰时采出以补充供气管网中的供气量不足。可见，地下储气库在气源输配系统中发挥着用气调峰的关键性作用。

2、受供气管网的输气压力和地下储气库的储气压力影响，以地下储气库在存储供气管网中的富余气量时，需要配备压缩机进行增压存储，即在天然气的地下储气系统中，压缩机是连接在供气管网的网侧注气管线与地下储气库的库侧注气管线之间的关键设备。在压缩机的增压存储影响之下，通常地下储气库的储气压力与供气管网中的输气压力存在压差，为实现余能回收，业内有研究基于地下储气库的压差利用而发电的技术，例如中国专利文献公开的名称为“一种地下储气库采气过程余能回收系统及方法”、公开号为cn116838446 a、公开日为2023年10月03日等技术。

3、就公开号cn 116838446 a的技术而言，其是在地下储气库的输入端连接压缩机、输出端连接膨胀机，以压缩机将供气管网内的富余天然气增压输送给地下储气库存储，以地下储气库内的储气压力高于供气管网内的输气压力而外排驱动膨胀机做功、产生电能，余能回收之后的天然气输送集气站进行供气。可见公开号cn 116838446 a的技术所能适应的工况环境单一，仅靠输入端的单一压缩机向地下储气库内增压储气，一方面储气效率低，储气周期长；二方面一旦地下储气库内的储气压力升高时，则压缩机存在明显的增压不足的现象。若简单的增大压缩机的功率或数量，一方面会增大建设成本，二方面由于各压缩机处于独立工作状态，在地下储气库内的储气压力升高工况环境时，各压缩机依然存在明显的增压不足现象。

技术实现思路

1、本发明的技术目的在于：针对于上述天然气地下储气系统的特殊性，以及现有技术的不足，提供一种既能提高储气效率、又能提高压缩压力、运行控制灵活的天然气地下储气系统，以及基于该地下储气系统的运行控制方法。

2、本发明的技术目的通过下述技术方案实现，一种天然气地下储气系统，具有供气管网、地下储气库和压缩增压子系统；

3、所述压缩增压子系统连接在所述供气管网的网侧注气管线与所述地下储气库的库侧注气管线之间；

4、所述网侧注气管线上连接有网侧截止阀一；

5、所述压缩增压子系统具有独立做功的压缩机一段和压缩机二段；

6、所述压缩机一段的一段压缩进气管线和所述压缩机二段的二段压缩进气管线汇集在所述网侧注气管线上，处在所述网侧截止阀一的下游，且所述二段压缩进气管线上连接有压缩侧截止阀二；

7、所述压缩机一段的一段压缩排气管线和所述压缩机二段的二段压缩排气管线汇集在压缩排气总管线上，所述压缩排气总管线与所述库侧注气管线相连接；且所述一段压缩排气管线上以流向顺序依次连接有一段压缩换热器和压缩侧截止阀一，所述一段压缩排气管线连接在所述一段压缩换热器的释热侧，所述二段压缩排气管线上连接有二段压缩换热器，所述二段压缩排气管线连接在所述二段压缩换热器的释热侧；

8、所述压缩侧截止阀一上游处的一段压缩排气管线，与所述压缩侧截止阀二下游处的二段压缩进气管线之间，连接有串并联切换管线，所述串并联切换管线上连接有压缩侧截止阀三。

9、上述技术措施基于上述天然气地下储气系统的特殊性，将供气管网的网侧注气管线与地下储气库的库侧注气管线之间的压缩机一段和压缩机二段，以串并联可切换结构组合在一起，从而提高其运行控制的灵活性。具体而言，当地下储气库内的气藏压力处于低位时，通过压缩机一段和压缩机二段的并联配合运行，可提高储气效率、缩短储气周期；当地下储气库内气藏压力处于高位时，通过压缩机一段和压缩机二段的串联配合运行，可提高压缩压力。因此，上述技术措施具有既能提高储气效率、又能提高压缩压力、运行控制灵活的技术特点，在工况环境的实用性更强。

10、作为优选技术方案之一，所述地下储气库还具有独立于所述库侧注气管线的库侧采气管线；

11、所述库侧采气管线上连接有平压采气管线，所述平压采气管线的下游端接入网侧注气管线下游处的供气管网上；

12、所述平压采气管线上以流向顺序依次连接有库侧截止阀四和输气调节阀。

13、上述技术措施可使地下储气库内的气藏不经压差发电子系统而采出，例如当地下储气库内气藏压力匹配于供气管网内输气压力，不存在发电压差时；或者，虽然具有发电压差，但压差发电子系统故障或检修时等。因此，上述技术措施可使地下储气库内的气藏不经压差发电子系统而采出，进一步提高了其适应于不同工况环境而运行的控制灵活性。

14、进一步的，所述库侧采气管线上还连接有库侧增压采气管线，所述库侧增压采气管线的下游端接入网侧截止阀一下游处的网侧注气管线上，处在压缩增压子系统的一段压缩进气管线和二段压缩进气管线的上游处；

15、所述压缩增压子系统的压缩排气总管线上连接有网侧增压采气管线，所述网侧增压采气管线的下游端接入网侧注气管线下游处的供气管网上；

16、所述网侧增压采气管线上连接有网侧截止阀二；

17、所述压缩排气总管线所连接的库侧注气管线上，连接有库侧截止阀三。

18、上述技术措施可经由压缩增压子系统将地下储气库内的气藏采出，以针对于地下储气库内的气藏压力低于供气管网内输气压力而难以自行采出的工况环境，即供气管网与地下储气库之间的压缩增压子系统可实现可切换的双向增压送气，进一步提高了其适应于不同工况环境而运行的控制灵活性。

19、作为优选技术方案之一，所述地下储气系统还包括有压差发电子系统；

20、所述压差发电子系统具有膨胀机，所述膨胀机的进气端通过发电采气管线与地下储气库相连接，所述膨胀机的排气端通过发电排气管线与网侧注气管线下游处的供气管网相连接，所述膨胀机连接有发电机；

21、所述发电采气管线上以流向顺序依次连接有发电侧截止阀一和发电前换热器，所述发电采气管线连接在所述发电前换热器的吸热侧；

22、所述发电排气管线上以流向顺序依次连接有发电后换热器和发电侧截止阀，所述发电排气管线连接在所述发电后换热器的吸热侧。

23、进一步的，所述发电采气管线上以流向顺序依次连接有处在所述发电前换热器下游的发电侧截止阀二和采气调节阀。

24、进一步的，所述发电采气管线的上游端，连接在所述地下储气库的库侧采气管线上。

25、上述技术措施能够有效地利用地下储气库内气藏压力高于供气管网内输气压力的压差余能，经膨胀机做功产生电能，该电能可用作地下储气库周围的电气设备（例如压缩增压子系统）供电，以减少地下储气库周围电气设备对电网用电的消耗，形成自给经济模式，有利于地下储气库经济性运行。

26、进一步的，所述库侧采气管线上连接有库侧截止阀二。该技术措施针对于上述平压采气管线、库侧增压采气管线、发电采气管线等在地下储气库采气连接的特殊性，使它们可控的集成在同一库侧采气管线上，从而在满足不同工况环境运行控制的同时，尽可能的简化地下储气库周围的管线排布结构。

27、作为优选技术方案之一，所述库侧注气管线上连接有靠近地下储气库的库侧截止阀一。该技术措施能够有效的杜绝地下储气库内的气藏向库侧注气管线内逆流。

28、一种上述天然气地下储气系统的运行控制方法，所述运行控制方法包括如下技术措施：

29、在用气低谷且地下储气库内气藏压力处于低位时：

30、-关断串并联切换管线、网侧增压采气管线、库侧增压采气管线、库侧注气管线；

31、-导通二段压缩进气管线、一段压缩排气管线；

32、-开启网侧注气管线，使供气管网内输送的天然气进入并联配合关系的压缩机一段和压缩机二段内进行压缩；

33、-当压缩后的天然气压力、温度匹配于当前地下储气库内的压力、温度时，再导通库侧注气管线向地下储气库内进行注气，过程中通过调节压缩机转速来适时控制压缩机出口压力；

34、在用气低谷且地下储气库内气藏压力处于高位时：

35、-关断二段压缩进气管线、一段压缩排气管线、网侧增压采气管线、库侧增压采气管线、库侧注气管线；

36、-导通串并联切换管线；

37、-开启网侧注气管线，使供气管网内输送的天然气顺序进入串联配合关系的压缩机一段和压缩机二段内进行压缩；

38、-当压缩后的天然气压力、温度匹配于当前地下储气库内的压力、温度时，再导通库侧注气管线向地下储气库内进行注气，过程中通过调节压缩机转速来适时控制压缩机出口压力；

39、在用气高峰且地下储气库内气藏压力匹配于供气管网内输气压力或压差发电子系统故障时：

40、-关断库侧增压采气管线、发电采气管线；

41、-导通库侧采气管线和平压采气管线，向供气管网输送天然气，过程中通过输气调节阀调节输送给供气管网的天然气流量；

42、在用气高峰且地下储气库内气藏压力低于供气管网内输气压力时：

43、-关断网侧注气管线、库侧注气管线、平压采气管线、发电采气管线、串并联切换管线、网侧增压采气管线；

44、-导通库侧增压采气管线、二段压缩进气管线、一段压缩排气管线；

45、-开启库侧采气管线，使地下储气库内的天然气进入并联配合关系的压缩机一段和压缩机二段内进行压缩；

46、-当压缩后的天然气压力、温度匹配于供气管网内输气压力、温度时，再导通网侧增压采气管线向供气管网内输送天然气，过程中通过调节压缩机转速来适时控制压缩机出口压力；

47、在用气高峰且地下储气库内气藏压力高于供气管网内输气压力时：

48、-关断平压采气管线、库侧增压采气管线、发电排气管线；

49、-导通库侧采气管线、发电采气管线，使地下储气库内的天然气进入膨胀机做功，过程中通过发电采气管线上的发电侧截止阀二控制发电前换热器对输入膨胀机内的天然气温度，以及通过发电采气管线上的采气调节阀控制输入膨胀机内的天然气流量；

50、-待膨胀机做功后，再导通发电排气管线，使膨胀机排出的天然气输送给供气管网，过程中通过发电排气管线上的发电侧截止阀三控制发电后换热器对输入供气管网内的天然气温度。

51、上述运行控制方法基于上述地下储气系统而设计，可实现地下储气库内气藏压力低位时储气、地下储气库内气藏压力高位时储气、压差发电子系统故障时采气、难以形成压差发电条件时采气、压差发电时采气、地下储气库内气藏压力低位时采气等多种不同工况环境的可靠运行，灵活性优异，实用性强。

52、本发明的有益技术效果是：上述技术措施基于上述天然气地下储气系统的特殊性，从而形成了可适应于地下储气库内气藏压力低位时储气、地下储气库内气藏压力高位时储气、压差发电子系统故障时采气、难以形成压差发电条件时采气、压差发电时采气、地下储气库内气藏压力低位时采气等多种不同工况环境可靠运行的地下储气系统，其在工况环境中运行控制灵活，实用性强。