天然气管道储存设施的制作方法

专利名称：天然气管道储存设施的制作方法
背景技术：
本发明涉及最终用户、公用事业或气体供应或分配公司廉价、紧凑、就地储存天然气。更具体地说，本发明涉及借助一种设施来储存天然气，所述设施包括一被配置和构造成本文所述的钢管储存系统，该系统可储存处于压缩状态的气体。本发明的设施还包括压缩机和减压器系统，以便在从公用设施、分配或其它供应输送管线中喷入钢管储存系统时压缩天然气以及在从钢管储存系统排出用于喷入用户的设施或喷入一对外分配和出售用分配管线时使气体减压。本发明的设施还包括用于将气体容纳在管道储存系统并且控制气体流入和流出设施的装置。
尽管不是本发明所要求的元件，但可将任选的过滤和/或干燥系统结合入该设施，以便在将天然气储存在钢管储存系统中之前去除其水分和污染物质。此外，本发明的设施可以任选地包括大量控制、监控和校正系统，包括在喷入管道储存系统之前测量气体的湿度或水分程度的监控系统、减少管道储存系统的钢管腐蚀的阴极保护系统以及测量钢管腐蚀程度的测试站，所有装置如本文所述。
本发明可适合住宅、商业、个人和公用事业的应用，并且可使最终用户以较低的价格购买天然气，允许最终用户具有与其主要供应相同的后备燃料供应，并且可使公用事业公司和其它天然气供应商/分配者将气体储存在紧凑和廉价的设施中。
目前，借助当地公用事业的气体分配管线将天然气从公用事业公司或其它供应商处输送给最终用户，通过一计量表并进入最终用户的消费管线，以供最终用户即时使用。该输送发生在相对较低的压力下，通常是5磅/平方英寸(“psi”)。代替较低的速度，某些消费者(通常是工业或大型商业用户)在“可中断”的基础上选择接收其天然气供给，这意味着它们的天然气供应会被公用事业公司或其它供应商以多种理由(例如，由于天气过冷和管线通过能力足而导致缩减)切断或中断。不断增加的对天然气的需求以及受到限制的公用事业管线的通过能力会使许多这些消费者的中断频率增加。
遭受天然气供应中断的大型消费者通常有储存在其资产中的另一种或后备燃料供给，例如丙烷燃料或燃料油，用于在中断期间使用。使用与主要供应不同的后备燃料供应会使一附加设施更佳地发热。例如，将燃料油用作后备燃料，最终用户可以具有一包括燃烧燃料油的锅炉或熔炉的后备设施。或者，如果将燃料油作为后备燃料的最终用户没有附加的锅炉/熔炉来燃烧燃料油，则当最终用户转换到其后备燃料供应时，无需将锅炉/熔炉的燃烧器改变成一个与燃料油的使用相容的燃烧器。虽然将丙烷作为其后备燃料供应的最终用户通常使用与用于天然气相同的锅炉，但它们会发现必须将孔改变，燃料可以在供应到锅炉/熔炉的燃料类型改变之前通过该孔喷入锅炉/熔炉的燃烧器。在多种情况下，由于燃烧丙烷产生较高的加热单位，因此与天然气相比，在使用丙烷时必须使该孔较小。为了避免改变所述孔，一些使用丙烷燃料作为后备燃料供应的大型工业最终用户具有另一锅炉/熔炉以专门用丙烷运行。由于丙烷或燃料油产生较高的加热单位，因此将那些燃料作为后备燃料供应的用户也可能不得不改变某些制造设备上的设置。
将丙烷或燃料油作为后备燃料供应的最终用户必须具有一与锅炉/熔炉相连的单独设施，以便在喷入锅炉/熔炉之前使丙烷或燃料油与空气混合。该附加设施致使最终用户产生一些用于维护添加的设施以及培训所述设施的操作人员的费用。
每个加热单位(btu)，丙烷和燃料油与天然气相比是较为昂贵的。另外，虽然将丙烷作为后备燃料供应的储存通常是无污染的，但在美国环境保护署和州环境署的规则和法规下，清除燃料油泄漏形成的危险状态的费用十分昂贵。由于其密度较低，因此天然气的泄漏或释放不会产生固有的污染，并且不会对环境造成持续性的影响。与丙烷一样，如果使天然气与点火源附近的空气一起混合，它可能会燃烧；然而，假如正确地制造、安装、操作和维护设施，使用本发明时天然气的燃烧可能性不大。本发明人喜欢根据美国运输部(“DOT”)管理输送管线系统的法规来制造本发明的设施。根据那些法规制造的输送管线系统具有非常高的安全记录以及相应较低的实际燃烧发生率。
由于气体分配公司为中断供气服务所支付的费用少于为“稳定”或不中断服务所支付的费用，因此在中断期间将天然气作为后备燃料供应的有效性使最终用户有机会实现显著节约能源成本并且降低与可替代燃料供应相关的成本；此外，考虑到丙烷和燃料油与天然气相比成本昂贵，使用天然气作为最终用户的后备燃料供应将是有利的。此外，由于天然气价格的波动，因此在价格较低时有利于最终用户购买大量天然气，并且储存天然气直至在中断期间或者在天然气价格较高的时期中使用。最后，作为后备燃料供应的天然气的储存允许遭受中断的最终用户在其后备操作中使用相同的燃料和设施。
在住宅应用中，本发明的用户可以储存全年用的天然气以用于其私人消费，以使他们在价格最低时购买气体。
公用事业和其它气体供应公司目前借助废弃的盐洞、废弃的气井或其它地下天然贮存池来储存处于压缩状态的天然气。美国专利No.4,858,640中叙述了这种储存及其相关的过程和装置。当天然气的需求超过目前的供应时，公用事业公司将丙烷和空气的混合物注入传送给最终用户的天然气，以使供应的气体数量增加到可使用的程度。然而，丙烷-空气所产生的加热单位的数量大于天然气的，这可以导致某些应用和系统发生故障(例如，关于煤气炉，在某种特别用于天然气的加热单位的程度下设置指示灯；过度的加热单位会使指示灯的火焰燃烧得更高，增加火灾的危险)。公用事业公司使用的丙烷-空气站使丙烷与空气混合(通过为该目的设计的压缩机实现)，并且将与天然气的混合物喷入由州和联邦环境及其它管理署规定的运送管线，致使这些设施的维护成本相对较昂贵，并且需要专业人员来操作所述设施。
公用事业公司可从本发明的储存设施获得益处，该设施可以紧凑地储存另外的天然气，所述天然气可补充或消除丙烷储存和丙烷-空气喷射设施的需要。此外，公用事业公司可从战略上将本发明的设施定位在大型用户或人口众多的地区附近，消除增加管线通过能力的需要。与地下天然贮存池的预先设置的位置不同，可从战略上将本发明的设施定位在具有适当资产以安装该设施的任何地方。
本发明人知道除了储存在天然贮存池中、用于运输天然气目的的轮船上以及为车辆提供动力的天然气的燃料供应商使用的小型管状设施中以外，没有其它储存天然气的方法。用于运输天然气的设施包括那些揭示在下列美国专利中的设施。美国专利No.5,839,383讲述了出于运输天然气的目的借助卷绕成诸环和诸层并且分布在一容器中的连续管道来储存压缩天然气。美国专利No.5,803,005讲述了出于用船来运输天然气的目的，使用多个汽缸来储存压缩天然气。这些专利中的复杂系统不仅成本高于本发明，而且并不适合有效地储存大量就地可供最终用户使用的天然气。
在下列美国专利中叙述了使用在车辆燃料中心处的设施。美国专利No.5,333,465讲述了垂直放置在细长壳体中的地下管线中储存压缩天然气。美国No.5,207,530讲述了借助多个地下储存容器在地下储存压缩天然气。此外，这些专利中揭示的系统需要许多附加、昂贵的构件，并且不适合就地储存大量气体。
为了有效地储存在本发明的储存设施中，必须且最好将天然气压缩到比最终用户的锅炉中使用的标准压力(通常是小于10psi)高的压力(最好是500psi)。此外，与压力无关，本发明的管道储存系统的构造在应用时必须满足或超过DOT管线安全法规，并且本文揭示的较佳设施通常被设计成这样。可适用于州的法规(许多州已经采纳了联邦标准以解决私人最终用户管线系统的安全问题)可能规定了另外的限制。
本发明的储存设施包括一压缩机单元，该压缩机单元可以将天然气压缩到足以满足设施设计的程度；一降压单元，所述降压单元适于将气体减压到最终用户消费所必需的程度；至少一紧凑和连续构造的钢管储存系统，该系统用于储存天然气；以及用于将气体容纳在管道储存系统中并且控制气体流入和流出设施的装置。压缩机单元连接在来自公用事业公司或其它天然气供应商的公用事业管线上，并且连接在钢管储存系统上，以将气体压缩并输送入管道储存系统。降压单元连接在最终用户的消费管线上(或者在公用事业或供应商储存以进一步分配给最终用户的情况下连接在公用事业输送或分配管线上)，并且连接在管道储存系统上，以将减压气体储存在管道储存系统中，并将其输送到最终用户的消费管线或输送到公用事业输送或分配管线。
在必要或想要时，可将任选的过滤和干燥系统加入该设施，加在压缩机前的公用事业管线上，以便在压缩和储存天然气之前去除水分和污染物质。可将一任选的监控器附连在公用事业管线上，以测量输送到系统的天然气的湿度。该监控器可使设施的操作者确定是否必须在压缩和喷入管道储存系统之前干燥天然气。可以将任选的测试站安装在地下连续管道储存系统的多个部分周围，以监控管道的腐蚀，允许系统的操作者去除或中和任何腐蚀源。将任选的阴极保护系统安装于地下连续管道储存系统，以减少钢管的腐蚀。下面在本发明的具体实施方式
中将叙述其它控制、监控和校正系统、有关本设施的制造以及用于其装置的构造的本发明的较佳实施例和研制。
虽然该申请的术语大致涉及天然气的储存，但本技术领域中的熟练人士在阅读该说明时易于清楚的是，本设施的总体结构可用于储存任何可压缩气体。
如

图1、2和4所示，可以安装任选的便携式或固定直列式过滤系统或过滤器7和干燥系统8，最好将它们安装在公用事业管线1上，以便在压缩和储存天然气之前去除水分和污染物质。另外或可替代地，将任选的监控器9安装在公用事业管线1上来测量输送到设施的天然气的湿度，以便确定在储存在设施中之前是否最好使空气干燥，或者安装在管道储存系统5上来测量被储存的压缩气体的湿度。为了监控管道储存系统5的管道的腐蚀，可将测试站安装在系统上(如图8和9所示以及如下所述)；另外，为了保护管线储存系统5的钢管5A免受腐蚀，可将阴极保护系统合并在管道储存系统5的附近或附连于该管道储存系统(如图6、7和9所示以及如下所述)。下面是本发明的较佳构件、设计、制造方法和过程。
如图1A所描述的那样，公用事业公司和其它天然气供应商可使用本发明的设施将气体从公用事业管线1输送到系统，并且从系统输送回用于输送给最终用户的公用事业管线1。
压缩机单元2最好附连在公用事业管线1与管道储存系统5之间的地面上方，并且结合在公用事业管线和管道储存系统的连接中，吸入侧附连于公用事业管线1，压缩机单元2的压力侧连接于管道储存系统5，以便压缩从公用事业管线1接收到的天然气，并且将其输送到管道储存系统5。在最终用户的应用中，在将计量表1A设置在公用事业管线1上以后，附连压缩机单元2的吸入侧，如图1、2和4所示。尽管如同本技术领域中的熟练人士已知的那样，可以使用其它类型的适合压缩天然气的压缩机，但本发明人宁愿使用标准的往复型压缩机。由于天然气压缩机的最大输出压力程度各不相同，因此设施中使用的压缩机单元2应当足以将天然气压缩到储存设施的最大设计压力。当设施被设计成不经常喷射天然气时，或者只在一年的特定时期中喷射时，对于最终用户来说，只在将天然气喷入系统时附连一便携式压缩机单元2是更为经济的。在卸下一便携式压缩机2时，必须通过将一端盖焊接于其上以密封管道储存系统5的暴露端5A。当最终用户选择重新填充设施时，可以通过切下端盖以将其去除，并且可将便携式压缩机再次连接在公用事业管线1和管道储存系统5上。或者，可借助一凸缘将便携式压缩机2连接在公用事业管线1和管道储存系统5上；在卸下压缩机时，可用螺栓将一板系统紧固在凸缘上，以密封公用事业管线1和管道储存系统5。本发明使用的可购得和适当的压缩机示例包括Bauer高和中压天然气压缩机。最终用户根据系统设计将压缩机设定为某个最大压力程度。
降压单元3包括一减压单元或压力降低调节器，它最好附连在地面上，并且结合在管道储存系统5和用户的消费管线4的连接中，以使来自管道存储系统5的气体减压到最终用户的设施的操作压力并输送，如图1、2和4所示。在公用事业储存应用中，如图1A所示，降压单元3附连并结合在管道储存系统5和用于输送给最终用户的公用事业或输送管线1的连接中。尽管如同本技术领域中的熟练人士众所周知的那样，可以使用其它类型的已知用于使天然气减压的压缩机或调节器，但本发明人宁愿使用用于使天然气减压的压力降低调节器。总体上，选择压缩机调节器必须特定对应系统设计；出口(消费管线4或公用事业/输送管线1)和入口(管道储存系统5)压力具有充分的压力范围。在最终用户的应用中必须将降压单元设定为最终用户的锅炉或熔炉所需的压力数值，或者在公用事业的应用中设定为公用事业输送管线的压力数值。可购得和适当的压力降低调节器示例包括Fisher Rosemount’s天然气管线的压力降低调节器，该调节器包括其399A型压力降低调节器。在较冷的天气中使用一个以上的降压单元3是有利的、甚至是必需的，调节器会在处于低压的寒冷气体通过时冻结或发生故障，并且通过降压单元减压；或者，在该种环境下，制造商将一管线加热器或其它加热装置安装于管线储存系统5的暴露或地上部分，以便在温度较冷的期间内使气体变暖。
如图1、1A、2和4所示，用于将储存气体容纳在管道储存系统5中以及控制气体流入和流出设施的装置最好包括至少三个阀门一喷射阀6A、一保持阀6C和一输送阀6D，它们分别位于公用事业管线1上、压缩机单元的吸入侧上和管道储存系统5上、每个压缩机单元2的压力侧和降压单元3上，尽管本技术领域中的熟练人士理解可以使用其它阀和容纳并控制天然气流动的装置。更具体地说，如图1、1A、2和4所示，喷射阀6A控制气体从公用事业管线1流入本发明的设施；最终用户将在用天然气充填设施时打开该阀，并且在完成输送时关闭该阀(尤其是从设施上卸下一便携式压缩机，以防止天然气不受控制地排入周围环境时)。保持阀6C控制气体从压缩机单元2流到管道储存系统5，并且必须只能在用天然气填充设施时打开，所有其它时间必须被关闭。在使用便携式压缩机单元2时，保持阀6C尤其重要，以便在卸下压缩机2时预防从管储存系统5释放气体。最后，输送阀6D控制气体从管道储存系统5流入消费管线4(或者在公用事业的应用情况下，流入公用事业管线1)，并且必须在最终用户使用储存的天然气时打开，所有其它时间必须被关闭。控制阀6B控制气体从公用事业管线1流到最终用户的消费管线4，并且必须在气体从本设施输送到最终用户的消费管线4时被关闭。可以打开控制阀6B，以使气体流到消费管线4和管道储存系统5，或者如果气体不是最终用户目前所需的，可以闭合控制阀6B，致使天然气只输送到管道储存系统5(假定喷射阀6A开启)。在安装本发明的设施之前，已经将该控制阀6B安装在最终用户的消费管线4上。阀6A、6B、6C和6D可以是阀门或蝶形机械阀，或者其它任何可以安装在公用事业管线1、消费管线4和管道储存系统5上的阀门。如同本技术领域中的熟练人士众所周知的那样，可以手动或电动控制所述阀门。
本发明人宁愿管道储存系统5基本处于地下，以改善系统的安全性和成本以及资产的美感；然而，他意识到管道储存系统5可位于地面甚至地面之上。管道储存系统5包括多种形状和长度可相容的钢管5A，以满足顾客的设施和资产的必要设计，包括预先考虑到的使用需要和可供使用的面积。尽管可以使用任何直径的管道5A，但最好使用直径范围从1″到48″的管子。使用的管道5A必须具有足够的壁厚，以便安全地保持气体的最大压力，系统被设计成保持并承受预先考虑到的外部压力和安装后将会施加在管道5A上的载荷。在预期没有异常压力和载荷的地方，管道5A的壁厚最好产生小于6,000psi的环向应力；本技术领域中的熟练人士将理解的是，在对管道储存系统5的任何部位施加外部压力或载荷的位置处必定有较低的环向应力。虽然管道储存系统5的地上储存是实现本发明的可接受方法，尽管不是最佳的，但由于其暴露于人为失误(例如车辆)和恶劣天气，因此与地下系统所需的管道相比，地上设施中使用的管道必须具有更大的强度和相应较低的环向应力，产生更大的费用。此外，周围的土壤支承地下管道储存系统5的管道，需要较低的管道强度并可使相应的环向应力更高。
必须涂覆管道储存系统5的管道5A以防止腐蚀。可购得和适当类型的设施用涂料包括3M公司制造的ScotchkoteTM206N熔结环氧树脂涂料、Dura-Bon涂料股份有限公司制造的挤压式聚乙烯涂料以及Nap-Gard公司制造的Mar X第7-2501号产品，所有涂料通常可以抗腐蚀性土壤、碳氢化合物、腐蚀性强的化学物质和海水。
根据工业中的焊接技术标准将涂覆的钢管5A单元端对端地连接起来。管道储存系统5中的所有焊接必须使用X射线或射线照相术进行检查，或者经过非破坏性的检测，以确认焊接将管道5A有效地连接在一起，并且防止天然气从管道储存系统5的任何部分泄漏。
如图2所示，管道储存系统5可以是连续的，开始于压缩机单元2并且终止于降压单元3，或者可以是非连续的，如图1所示，终止于其自身管道10的端部，具有用于管道储存系统5的相对端处的压缩机单元2和降压单元3的连接。在管道储存系统5是非连续的地方，通过将一盘状焊接端盖焊接于其上以使管道10的暴露端封闭。
管道储存系统的布置随设施变化，系统的设计者所设计的管道布置适合最终用户的储存需要以及该资产的面积和布置。管道的有效地下储存的较佳示例包括将管道堆叠成在一沟渠线或挖开的沟内(见图4和5)或者使用一辐射器型设计(见图1、1A、2和3)或者这些方法的结合。在堆叠管道时，需要将填充材料放置在管道5A层之间和周围，横向的管线5A之间具有足够的填充材料，以使管道涂层上的应力程度降低到可忽略的数量。
根据最终用户的储存要求和空间限制，可以改变设施中的管道直径和长度以及天然气的所需压缩。对本技术领域中的熟练人士来说，改变管道储存系统5中使用的管道5A的直径和长度，以及改变设施中的压缩天然气的设计压力显然可以改变最大气体通过能力。在计算储存系统所需的管道数量时，本发明人使用理想气体定律(PV＝nRT)，其中P是以大气压为测量单位的压力，V是以升为测量单位的容积，n是以摩尔为测量单位的待储存的天然气的分子总重量，R是气体常数(对于天然气来说是0.0821)以及T是气体的绝对温度(K)。假定将气体输送到5psi的系统，并且将其输送并储存在标准温度为52°F的地下管道储存系统5中，下列示例示出了在不同压力下储存不同数量的气体所需的立方英尺的数量，首先使用理想气体定律来计算待储存的气体的分子总重量(测量于5psi)，然后使用理想气体定律来确定在建议的储存压力下储存气体所需的立方英尺
从这些计算中，设施的设计者可以选择管道直径并且确定制造管道储存系统所需的管道长度。下面是用于这些计算的示例，使用了上面的每个示例示例1
示例2
示例3
示例4
最后，一旦确定管道的必要长度，可以象以下示例那样设计管道储存系统5的布置，使用了每个以上示例
虽然不要求，但多种任选的构件可以暂时或永久性地固定在本发明的设施上，以改善设施的整体性能。更具体地说，可将干燥机系统8、监控器9和直列式过滤器7使用在设施中，分别使气体干燥、监控气体的湿度以及在压缩和储存气体之前去除污染物质。在评价将要输送到储存设施的气体质量之后，制造商应该确定是否需要或期望这些构件。可将这些构件中的任何一种暂时或永久性地安装在公用事业管线1上。
虽然不需要在输送压力下干燥某些质量的天然气，但本技术领域中的熟练人士知道，压缩天然气会使每立方英尺的湿气数量迅速积聚，根据储存设施的设计压力以及因此产生的每立方英尺的压缩气体的湿度，在喷入管储存系统5之前可以要求干燥气体。如图1所示，干燥器系统8从压缩天然气中去除水蒸汽，并且被安装在压缩机单元1的低压吸入侧。在本发明人的最佳方法中，干燥器8是合乎需要的，但不是必需的，并且与天然气输送工业标准一致，除非压缩天然气在每百万立方英尺的压缩气体中含有7磅以上的水。适当的、可购得的干燥器包括“xebec”型STVCNG和STCNG干燥剂的干燥器系统。代替或除干燥器系统8以外，某些压缩机单元2(例如上述Bauer压缩机)具有容纳在压缩机单元2中的干燥器，并且适合使用在本发明中。
在某些应用中，被输送到系统的气体具有较高的湿度，或者最终用户期望附加保护管道5A免受湿度和污染物质导致的天然腐蚀，使用内部涂覆(环氧树脂)的管道5A有益于防止腐蚀。用于钢管内部的适当的、可购得的涂料包括Endcor747胺固化环氧树脂涂料，该涂料提供坚硬、粘附的抗摩擦和抗腐蚀表面。然而，管道的内涂层使系统的费用增加，并且只在极端条件下才是必需的。
由于天然气的湿度随输送的不同而变化，因此可以在干燥器系统之前(如果有的话)暂时或永久性地将一监控器9安装在公用事业管线1上，以监控输送到设施的天然气中的水分数量。公用事业公司使用一湿度计来测量天然气中包含的水分程度，该种装置在本发明的设施中是适合的。可购得的、适当的直列式湿度计和湿度分析器包括由Panametrics公司制造的湿度计和湿度分析器，尤其是Panametrics的系统280基于微处理器的便携式天然气湿度分析器及其湿度监控器系列3。借助一小管道或焊接出口将监控器9的湿度探测器安装入公用事业管线1，当气体被输送到系统时，将探测器旋入管道。如果需要的话，在填充设施以后可以卸下监控器。
直列式过滤器7可去除灰尘、铁锈以及通常由于公用事业管线1腐蚀所产生的碎屑。尽管并不是必需的，但最好将直列式过滤器7安装在干燥器系统8和/或监控器9(如果有的话)之前，以防止腐蚀颗粒导致那些构件磨损和断裂。可购得的、适当的直列式过滤器包括美国仪表公司制造的过滤器，尤其是其KleanLineTM过滤器。
除了前面的任选构件以外，可在管道储存系统5中安装任选的压力传感和变换装置(例如计量器)，以确定任何给定时间的系统中的压力，或者检测一段时间内系统中的压力。此外，牺牲阳极或其它阴极保护系统可防止本地的管道、土壤的电势和偶有的电流源和/或监测所述管道5A的腐蚀的测试站所引起的管道储存系统5的管道5A的腐蚀，如果需要的话，最终用户可将它们安装在管道储存系统5中。适当的阴极保护系统包括使用牺牲阳极或整流器系统。如图6和7所示，通过将一牺牲阳极12放置成距离管道储存系统5的管道5A较短距离，以及借助一阳极导线13将其钩在管道5A上，可以安装提供阴极保护的牺牲阳极系统，其中使用铜与铜的热焊(cadweld)连接将阳极导线13附连在管道上。图6和7示出了阳极12相对于管道5A的放置变化型式，尽管其它放置也是可接受的。本技术领域中的熟练人士众所周知的是，为了更加有效，必须沿多行管道5A安装若干阴极保护系统，最好是在相互距离75英尺内。
适合用于测试管道储存系统5的管道5A的腐蚀的测试站包括控制盒测试站，如图8所示。更具体地说，控制盒测试站包括一塑料控制盒或集中套筒14，该塑料控制盒有一盖子15，并且具有容纳在所述套筒14中的两根AWG#2 TW绝缘的卷绕铜线16，所述铜线通过套筒14的长度，并且在套筒14的下方延伸成不卷绕状。所述导线16的延伸部分半松弛地系在管道5A的周围，然后用铝热剂焊接在管道5A上。为了测量管道5A的腐蚀程度，可以通过卸下盖子15并且将所述导线16连接于管道和土壤带电指示器，以使导线16到达地面以上。由于管道5A的多个部分会不均匀地腐蚀，本技术领域中的熟练人士众所周知的是，必须将一些测试站安装在土壤含量和系统周围存在的污染物质各不相同的地方。
下面将组合所述的测试站和阴极保护系统，如图9所示，该图示出了两个测试站和几个牺牲阳极。组合系统的阴极保护系统部分的阳极导线13从阳极通过集中套筒14延伸到地面，并且通过卸下盖子15可以到达地面。在检测到管道5A的腐蚀时，可通过将阳极导线13连接于集中套筒14的顶部处的一根卷绕导线16的端部以使阳极系统连接于管道，藉此结合阴极保护系统。
本说明书阐述的任选构件并未限制最终用户安装控制、监控或校正系统，本技术领域中的熟练人士众所周知的是，可将附加构件加入系统，以监控和控制天然气的流动和校正腐蚀条件。此外，如同本技术领域中的熟练人士根据本发明所理解的那样，可根据最终用户的需要、位置条件、将要输送到系统的天然气的质量以及诸如联邦和州的管理天然气的储存和输送的法规、顾客偏好和保险需要等其它可变因素来改变本发明的设施的特定类型的管道、控制阀、压缩机和减压器单元、压力传感和变换装置以及其它任选或所需构件。
使用传统的挖掘或开渠设备和管道布置技术、最好是地下并且按照美国DOT法规和其它管理法律、规则和法规来安装本发明的管道储存系统5。虽然可以根据设施是否靠近住宅或人口众多的区域以及根据储存管道储存系统5的土壤类型来改变管沟11的深度，但本发明人宁愿在正常状态下将管道埋在至少土壤的36″之下。在管道被堆叠成图5所描述的那样紧凑储存的地方，沟最好足以使管道5A最靠近至少土壤的36″之下的表面，并且在管道层之间充分填充，以减少破坏管道涂层的危险。在管道储存系统5的设计包括一辐射器设计(如图1、1A、2和3所示)的地方，必须额外注意在沟11之间给予足够的距离，以致不会由于管道涂层的破坏而导致腐蚀。此外，系统的设计者必须知道，靠近另一地下结构安装系统的任何部分都会引起管道5A的破坏。
在将管道储存系统5下降到沟11之前，必须用X射线照射所有焊接点，涂覆与管道储存系统5上使用的管道涂层类型一致且相容的涂层。同样，必须以视觉或使用适当的仪器来检查整个储存设施，以检测管道涂层中的缺点或缺陷。必须在系统安装之前改正任何检测到的缺陷。然后使用传统的管道布置技术将构成的管道储存系统5下降到沟中，以便不会破坏涂层或对管道加压。在该建筑阶段中必须修理将储存设施放置在地壤中后可看到的任何管道涂层缺陷。
在将管道储存系统5下降到沟11中以后，将阴极保护系统和/或测试站(如果需要的话)安装在管道周围和沟中。此时可以采取使用选定的回填材料(没有岩石、石头或者会破坏管道涂层的碎片)进行回填和压实操作，以掩埋管道储存系统5和阴极保护系统和/或测试站(如果有的话)，注意保持控制盒恰好处于标高水平之下。
一旦管道储存系统5就位，可以进行从管道储存系统5到压缩机单元2和降压单元3和所有适用的阀或其它控制和保持天然气的装置的焊接连接。必须用X射线照射这些焊接，并且必须将涂层应用于这些连接。可以在任何时候安装任何将要安装在公用事业管线1上的任选构件。可将栅栏柱和围墙放置在地下管道储存系统5的表面上或地上管道储存系统的周围，以放置破坏和限制接近管道储存系统的地上部分。
一旦完成所有连接，开始系统的压力测试。尽管可使用任何其它适当的测试介质，但用于测试系统压力的测试介质必须是水、空气或氮气。最好将氮气喷入管道储存设施，使压力达到管道储存设施的设计可允许的最大操作压力的至少1.5倍。最好将压力保持至少1小时，在钢管5A的环向应力超过所用管道5A的最小屈服强度30％的情况下，最好保持至少8小时，以检查泄漏。通过一记录仪表或类似的仪器将测试压力和测试时间记录在图表上。万一压力测试不成功，制造商必须确定造成压力测试失败的泄漏位置，以可应用的形式，焊接或涂覆泄漏源，重复测试直至成功。在成功完成压力测试之后，释放测试介质并且开始准备喷入天然气。缓慢地、无压缩地将天然气喷入储存设施。使用一可燃气体指示器(“CGI”)来获取仪器读数，以确保清除管道储存设施中的空气或氮气，并且不存在可燃气体混合物，以使只有天然气处在系统中。一旦借助CGI读数或其它方式确认没有测试介质剩余在系统中，可以开始压缩天然气。
在达到所需压缩时，停止压缩和储存气体直至需要时，并且关闭阀6A和6C。在需要天然气时，打开降压单元3处的阀6D，打开该单元并使气体流过降压单元3，将喷入最终用户的消费管线4的天然气的压力降低为所需压力。继续供应气体直至管道储存系统5中的压力数值下降到最终用户的消费管线4的压力数值。
用于管道储存设施的可能位置是在集雨水池中或周围，在最新工地要求所述集水池并且存在于当前许多场所中；这些区域通常迁移了工地的活动，并且适合建造围墙及其它所需的栅栏。
虽然在以上说明书中已经结合本发明的某些较佳实施例叙述了本发明，并且出于示意性的目的阐述了许多细节，但本技术领域中的熟练人士将清楚的是，本发明易于有附加实施例，在不背离本发明的基本原理的情况下，可以相当大地改变本文叙述的某些细节。
权利要求
1.一种用于压缩储存天然气的设施，所述设施附连一公用事业管线和一消费管线，它包括(A)用于压缩天然气的装置；(B)用于使天然气减压的装置；(C)一个或多个完全封闭的钢管储存系统，所述系统用于压缩储存天然气；以及(D) 用于将气体容纳在所述钢管储存系统中并且控制气体流入和流出所述系统的装置，藉此将所述用于压缩天然气的装置连接到一公用事业管线，将所述用于使天然气减压的装置连接到一输送管线，并且将所述钢管储存系统连接到所述用于压缩天然气的装置和用于使天然气减压的装置。
2.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述用于压缩天然气的装置包括一压缩机，所述用于使天然气减压的装置包括一减压器。
3.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述用于压缩天然气的装置包括一压缩机，所述用于使天然气减压的装置包括一压力降低调节器。
4.如权利要求1所述的设施，其特征在于，用于将气体容纳在所述钢管储存系统中并且控制气体流入和流出所述系统的装置包括一喷射阀、一保持阀和一输送阀，其中，(A)所述喷射阀结合在用于使天然气压缩的装置的吸入侧的所述公用事业管线中，控制气体从所述公用事业管线流到所述用于压缩天然气的装置；(B)所述保持阀结合在所述用于压缩天然气的装置的压力侧的所述管道储存系统中，控制气体从用于压缩天然气的装置流到所述管道储存系统；以及(C)所述输送阀结合在所述用于使天然气减压的装置的压力侧的所述管道储存系统中，控制气体从系统流到消费管线。
5.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述钢管储存系统包括若干段相容的、端对端固定的钢管，形成管道的封闭回路，所述回路的一端连接在用于压缩天然气的装置上，另一端连接在用于使天然气减压的装置上。
6.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述钢管储存系统包括若干段相容的、端对端固定的钢管，所述系统的一端是密封的，所述系统的另一端连接在用于压缩天然气和使天然气减压的装置上。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的设施，其特征在于，所述钢管储存系统以辐射器设计布置在资产上，管道储存系统的多个部分彼此横向平行。
8.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的设施，其特征在于，所述钢管储存系统以堆叠设计布置在资产上，管道储存系统的多个部分堆叠在另一个的顶部。
9.一种用于在高压下将气体储存在钢管储存设施中的过程，所述设施包括若干相容的、端对端固定的钢管，形成管道的封闭回路，并且从将气体从所述系统供入一用于消费或输送的低压管线，所述过程包括(A)一第一阶段，压缩气体并将其喷入储存设施；(B)一第二阶段，使来自储存设施的气体减压并将其喷入消费或输送管线；重复所述第一和第二阶段。
10.如权利要求9所述的过程，其特征在于，还包括一第三阶段，周期性地测试所述设施的腐蚀。
11.一种用于将来自公用事业或输送管线的压缩气体填充气体储存设施的方法，所述方法适于以基本对应所述公用事业管线的一第一压力以及大于所述公用事业管线压力的一第二压力容纳来自公用事业管线到达所述设施的压缩气体以便储存，并且还适于将压缩气体从所述设施输送到消费管线，所述储存设施包括压缩机和减压器装置、一钢管储存系统以及用于将气体容纳在系统中的装置和用于控制气体输入和输出所述设施的装置。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述钢管储存系统包括若干段相容的、端对端固定的钢管，形成管道的封闭回路，所述回路的一端连接在压缩机装置上，另一端连接在减压器装置上。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述钢管储存系统包括若干段相容的、端对端固定的钢管，所述系统的一端是密封的，所述系统的另一端连接在压缩机装置和减压器装置上。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，用于将气体容纳在所述钢管储存系统中并且控制气体流入和流出所述系统的装置设定一喷射阀、一保持阀和一输送阀，其中，(A)所述喷射阀结合在减压器装置的吸入侧的所述公用事业管线中，控制气体从所述公用事业管线流到所述压缩机装置；(B)所述保持阀结合在所述压缩机装置的压力侧的所述管道储存系统中，控制气体从压缩机装置流到所述管道储存系统；以及(C)所述输送阀结合在所述减压器装置的压力侧的所述管道储存系统中，控制气体从系统流到消费管线。
15.如权利要求11、12或13所述的方法，其特征在于，所述钢管储存系统以辐射器设计布置在资产上，管道储存系统的多个部分彼此横向平行。
16.如权利要求11、12或13所述的方法，其特征在于，所述钢管储存系统以堆叠设计布置在资产上，管道储存系统的多个部分堆叠在另一个的顶部。
全文摘要
一用于储存天然气的紧凑的就地储存设施包括一压缩机(2)、一减压器或压力降低调节器(3)、一钢管储存系统(5)和用于将气体保持在系统中的装置。设施的任选构件包括监控器、过滤器、干燥器、测试站和阴极保护系统。
文档编号F17D1/00GK1404563SQ01805229
公开日2003年3月19日 申请日期2001年1月11日 优先权日2000年1月12日
发明者小菲利浦·L·斯旺 申请人:小菲利浦·L·斯旺