一种超大尺寸柔性储气库及方法与流程

本发明涉及一种储气库及方法，尤其涉及一种超大尺寸柔性储气库及方法。

背景技术：

以天然气、页岩气、煤气、氢气为代表的工业与民用燃气以及工业气体的贮存，通常采用钢制储罐、湿式气柜或干式导轨式气柜，这些装置存在着造价高、安装时间长、维修费用高的问题，受限于钢结构跨度而使得贮存容积最多几十万立方米。

随着天然气消费快速增长，需要大力建设百万立方米以上乃至千万立方米以上超大容量的应急储气库和战略储备库。然而目前城市应急储备库采用液化天然气储罐，具有造价高、低温运营成本高的缺陷，天然气国家战略储备库采用地下穴库，对地质条件有特殊要求，均存在着诸多的局限性。

此外，双膜气柜主要用于沼气等气体贮存，由外膜、内膜、底膜和气柜基础组成，底膜和上下浮动的内膜构成贮气室，外膜起保护作用，这种双膜气柜相对于钢制容器，造价大为降低，然而仍存在着不足之处，主要表现为：外膜、内膜和底膜的边沿重叠固定在一起，内膜定期检修或内膜出现故障时，需要掀开外膜，使得内膜和贮气室的检修极不方便，而且气柜尺寸越大，外膜掀开的难度也随之加大，因此限制了气柜尺寸的加大，使得现有双膜气柜的跨度、高度等尺寸小，储气量小，仅用于几万立方米以下容量的气体贮存。

中国专利cn105546324a公开了一种高压双膜储气柜，包括内膜、外膜、地膜、密封压紧机构、储气柜基础和进出气管道，外膜套有一个起保护作用的金属外壳，存在的缺陷是受限于钢结构跨度，限制了气柜尺寸的加大，储气量小，金属外壳造价高；内膜定期检修或内膜出现故障，需要掀开外膜，使得内膜的安装检修不方便。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种超大尺寸柔性储气库及方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超大尺寸柔性储气库，包括底膜、内膜、外膜，底膜与可以上下浮动的内膜围成贮气室，外膜覆盖设置在内膜的外部，它还包括储气库基础、进出气管道系统、补气泄压系统；

储气库基础位于超大尺寸柔性储气库的底部，储气库基础上设置有内圈梁基础、外圈梁基础和环形通道，内圈梁基础上设置有内密封固定组件，内膜的下沿四周与底膜的边沿四周上下重叠并通过内密封固定组件密封固定在内圈梁基础上；外圈梁基础上设置有外密封固定组件，外膜的下沿四周通过外密封固定组件密封固定在外圈梁基础上；内圈梁基础和外圈梁基础之间设置有环形通道，环形通道为人和安装检修设备的活动提供工作场地和通道，环形通道、内膜和外膜之间围设成中空的环形通道保护室；

进出气管道系统设置在贮气室内，进出气管道系统包括进气主管、出气主管、分配头、布气管网、遮护平台和物位计，进气主管和出气主管均埋设在地下并分别依次穿过外圈梁基础、环形通道和内圈梁基础后伸入贮气室内，进气主管和出气主管均在贮气室内通过分配头与布气管网相连通；分配头和布气管网均安装在底膜上，布气管网的上方设置有遮护平台；进气主管连接有进气电动阀门，出气主管连接有出气电动阀门；物位计设置在环形通道保护室的顶部，用于对贮气室进出气时内膜浮动的高度和上下限位置进行监测，同时控制进气电动阀门和出气电动阀门的启闭；

补气泄压系统包括环形布气管、补气主管、补气风机组、压力传感器、风速传感器、泄压主管、安全泄压装置、气体泄漏传感器、排气管和排气装置；

环形布气管设置在环形通道内且环形布气管的顶部设置有多圈气孔，补气泄压系统通过环形布气管与环形通道保护室相连通；环形布气管在一侧与补气主管相连通、在另一侧与泄压主管相连通，补气主管、泄压主管均设置有多根，多根补气主管分别穿过外圈梁基础与补气风机组相连通，补气主管与补气风机组之间设置有单向止回阀，多根泄压主管分别穿过外圈梁基础与安全泄压装置相连通；

补气风机组连接有风机控制器，风机控制器分别连接有压力传感器、风速传感器、气体泄漏传感器；压力传感器设置在外膜的外表面，风速传感器设置在储气库的外部，气体泄漏传感器设置在环形通道保护室内，气体泄漏传感器还与排气装置、出气电动阀门电连接；

排气管的一端开口并设置在环形通道保护室的底部，排气管另一端穿过外圈梁基础与设置在储气库外部的排气装置连通，排气管还通过导气管与设置在环形通道保护室顶部的排气口相连通；补气风机组、安全泄压装置、排气装置分别设置在储气库的外部。

进一步地，超大尺寸柔性储气库还包括主控系统、地灯反射光纤照明系统、防爆监视系统、备用电源系统和防雷系统；地灯反射光纤照明系统、防爆监视系统、备用电源系统、补气泄压系统和进出气管道系统分别与主控系统相连接。

进一步地，环形通道保护室设有出入门系统，出入门系统与外膜密封连接，出入门系统包括人员出入门、车辆出入门、备用门和多个安全出口应急门。

进一步地，外膜由若干片膜材拼接或焊接构成，外膜的外表面覆盖有钢缆网，外膜的内表面设置有隔热保温层。

进一步地，钢缆网的末端固定在外密封固定组件上，钢缆网的网格内铺设有柔性薄膜太阳能电池。

进一步地，内圈梁基础、外圈梁基础均为钢筋混凝土地圈梁，内圈梁基础、外圈梁基础分别设置连接有多个桩基础。

进一步地，进出气管道系统中的布气管网呈回字状、圆形或非字状分布，布气管网的管侧面设置有气孔。

进一步地，进出气管道系统中的进气主管、出气主管均设置有多根，多根进气主管、多根出气主管分别与布气管网相连通。

进一步地，底膜的下方为底膜基础，底膜基础的地面为平面或凹面，在底膜与底膜基础的地面之间铺设有地铺膜，或底膜基础的地面上喷涂有抗静电地板胶。

一种超大尺寸柔性储气库的使用方法，具体过程为：

贮气室进气：打开进气电动阀门，由进气主管将气体输入到贮气室内，内膜向上浮动，物位计检测内膜的浮动情况，当内膜浮动到上限位置时，则关闭进气电动阀门，同时，安全泄压装置将环形通道保护室内多余的气体经过泄压主管自动排出；

贮气室向外输出气：打开出气电动阀门，内膜降落，物位计检测内膜的浮动情况，当内膜浮动到下限位置时，则关闭出气电动阀门，同时压力传感器检测到环形通道保护室内的气压降低，压力传感器通过风机控制器启动补气风机组经过补气主管向环形通道保护室补气，以维持环形通道保护室的气压恒定；

当大风严重影响储气库的安全运行时：储气库外风速超过风速传感器的设定值，风速传感器通过风机控制器启动补气风机组提高环形通道保护室内的气压和安全泄压装置的泄气压力，同时，在补气主管与补气风机组之间设置的单向止回阀防止环形通道保护室内的空气倒流出去；

在上述过程中，环形通道保护室内设置的气体泄漏传感器时刻监测贮气室内气体是否泄漏及气体泄漏浓度，若贮气室内气体泄漏到环形通道保护室，气体泄漏传感器实时通过与之电连接的风机控制器启动补气风机组向环形通道保护室内输送空气，并同时开启排气装置经排气管对外排出泄漏气体，以及开启出气电动阀门以使贮气室向外输出气体。

本发明公开了一种超大尺寸柔性储气库，不再受限于钢结构跨度，储气量巨大，并且本发明的主要部件能够工厂化加工，现场安装快捷，工期短，造价低，检修方便。同时，本发明的选址宽松，可直接靠近天然气等燃气消费地区，大大降低了造价和运输成本，具有非常显著的经济效益。此外，本超大尺寸柔性储气库不但使用安全，还能够保证储气库内检修人员的安全，避免了安全隐患。同时，本发明还公开了一种超大尺寸柔性储气库的使用方法，在各种外界条件下均能够使储气库正常工作，确保储气库的安全运行。

附图说明

图1为本发明的纵面结构示意图。

图2为本发明的平面结构示意图。

图3为本发明风机控制器的连接关系示意图。

图中：1、底膜；2、内膜；3、外膜；4、储气库基础；5、内圈梁基础；6、外圈梁基础；7、环形通道；8、内密封固定组件；9、外密封固定组件；10、桩基础；11、钢缆网；12、隔热保温层；13、进出气管道系统；1301、进气主管；1302、出气主管；1303、分配头；1304、布气管网；1305、物位计；1306、进气电动阀门；1307、出气电动阀门；1308、遮护平台；14、补气泄压系统；1401、环形布气管；1402、补气主管；1403、补气风机组；1404、压力传感器；1405、风速传感器；1406、泄压主管；1407、安全泄压装置；1408、气体泄漏传感器；1409、排气管；1410、排气装置；1411、单向止回阀；1412、风机控制器；1413、顶部排气口；15、出入门系统；1501、人员出入门；1502、车辆出入门；1503、备用门；1504、安全出口应急门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和2所示的一种超大尺寸柔性储气库，包括底膜1、内膜2、外膜3，底膜1与可以上下浮动的内膜2围成贮气室，外膜3覆盖设置在内膜2的外部，它还包括储气库基础4、进出气管道系统13、补气泄压系统14；

储气库基础4位于超大尺寸柔性储气库的底部，储气库基础4上设置有内圈梁基础5、外圈梁基础6和环形通道7，内圈梁基础5上设置有内密封固定组件8，内膜2的下沿四周与底膜1的边沿四周上下重叠并通过内密封固定组件8密封固定在内圈梁基础5上；外圈梁基础6上设置有外密封固定组件9，外膜3的下沿四周通过外密封固定组件9密封固定在外圈梁基础6上；内圈梁基础5和外圈梁基础6之间设置有环形通道7，环形通道7为人和安装检修设备的活动提供工作场地和通道，环形通道7、内膜2和外膜3之间围设成中空的环形通道保护室；

气承式膜结构建筑是采用建筑膜材做外壳屋面、在建筑内部提供正压(通常内外空气压差250～500pa)使外壳膜体受到上浮力而形成具有一定刚度的一种新型建筑结构系统，如图1和图2所示，在本发明中，通过内膜2、外膜3的下边沿分开设置，分别固定在内圈梁基础5、外圈梁基础6上，使得外膜3可以采用气承式膜结构建筑技术而成为独立的气承式膜结构建筑外壳，能够为贮气室提供有效的保护作用；而且相对于钢结构，气承式膜结构建筑具有更大跨度的技术优势，使得储气库跨度可达180米，高度可达90米，长度不限，尺寸超大，储气量巨大，可用于百万立方米级乃至一千万立方米以上超大容量的气体储存；采用气承式膜结构建筑作为储气库外膜壳体，储气库的使用寿命可以长达20年以上。

并且内圈梁基础5、外圈梁基础6均为钢筋混凝土地圈梁，内圈梁基础5、外圈梁基础6分别设置连接有多个桩基础10。由于超大尺寸柔性储气库具有超长超宽的基础，受到地基不均匀沉降的影响大，内圈梁基础5和外圈梁基础6均采用钢筋混凝土地圈梁，能够保证超大尺寸柔性储气库基础的整体性、稳定性，减轻地基不均匀沉降和地震对超大尺寸柔性储气库的破坏；通过设置桩基础10，可进一步增强储气库基础的整体性、稳定性。

通过设置环形通道7，提供了人和车辆等安装检修设备在储气库内部的工作场地和活动空间，在储气库内部进行安装、检查或检修时不用掀开外膜3，方便快捷。

环形通道保护室内充装的气体为空气或氮气。环形通道保护室内充装空气，适用于使用频繁的缓冲储气；环形通道保护室内充装氮气，因氮气不容易与燃气反应，适用于燃气的城市应急储备和国家战略储备，进一步提高储气库的安全性。

此外，外膜3由若干片膜材拼接或焊接构成，外膜3的外表面覆盖有钢缆网11，外膜3的内表面设置有隔热保温层12。钢缆网11的末端固定在外密封固定组件9上，通过在外膜3上覆盖设置的钢缆网11，使外膜3的大部分受力传递到钢缆网11并进一步传递到外圈梁基础6和储气库基础4，使得储气库能够抵御各种大风(风速每秒51.0米或16级台风)、大雪(250千克/平方米雪载荷)的恶劣气候环境，提高储气库的运行安全性。钢缆网11的网格内还铺设有柔性薄膜太阳能电池，可为储气库系统提供电力。外膜3内表面设置的隔热保温层12，能够降低昼夜温差对环形通道保护室和贮气室内气容波动的不良影响，并增加系统耐候性。

值得注意的是，底膜1的下方为底膜基础，底膜基础的地面为平面或凹面，在底膜1与底膜基础的地面之间铺设有地铺膜或底膜基础的地面上喷涂有抗静电地板胶。底膜1下面的底膜基础的地面不仅可以为平面，也可以为凹面，凹面可以在不加大内膜2和外膜3尺寸的情况下，增大储气库容量；在底膜1与底膜基础的地面之间铺设有地铺膜或地面上喷涂抗静电地板胶，可以保护底膜。此外，储气库基础的平面形状可以根据使用需求，在合理的前提下，设计为众多形状，如矩形、圆形等。

进一步地，本超大尺寸柔性储气库还包括进出气管道系统13，进出气管道系统13设置在贮气室内，进出气管道系统13包括进气主管1301、出气主管1302、分配头1303、布气管网1304、遮护平台1308和物位计1305，进气主管1301和出气主管1302均埋设在地下并分别依次穿过外圈梁基础6、环形通道7和内圈梁基础5后伸入贮气室内，进气主管1301和出气主管1302均在贮气室内通过分配头1303与布气管网1304相连通，进气主管1301、出气主管1302均设置有多根；分配头1303和布气管网1304均安装在底膜1上，布气管网1304的上方设置有遮护平台1308；进气主管1301连接有进气电动阀门1306，出气主管1302连接有出气电动阀门1307；物位计1305设置在环形通道保护室的顶部，用于对贮气室进出气时内膜2浮动的高度和上下限位置进行监测，同时控制进气电动阀门1306和出气电动阀门1307的启闭；

其中，布气管网1304呈回字状、圆形或非字状分布，布气管网1304的管侧面均布设置有气孔，可使贮气室内气体排出时不会形成大的滞留，贮气室内进出气流均布，有效提高内膜2上下浮动的平稳性，不易损坏内膜2；遮护平台1308可避免布气管网1304对内膜2的损坏，还为内膜2的安装、检修提供作业平台；物位计1305对贮气室进出气时内膜2浮动的高度和上下限位置进行监测，同时控制进气电动阀门1306和出气电动阀门1307的启闭，从而保证储气库的安全运行。

进一步地，环形通道7上设有补气泄压系统14，补气泄压系统14包括环形布气管1401、补气主管1402、补气风机组1403、压力传感器1404、风速传感器1405、泄压主管1406、安全泄压装置1407、气体泄漏传感器1408、排气管1409和排气装置1410；

环形布气管1401设置在环形通道7内且环形布气管1401的顶部设置有多圈气孔，补气泄压系统14通过环形布气管1401与环形通道保护室相连通；环形布气管1401在一侧与补气主管1402相连通、在另一侧与泄压主管1406相连通，补气主管1402、泄压主管1406均设置有多根，多根补气主管1402分别穿过外圈梁基础6与补气风机组1403相连通，补气主管1402与补气风机组1403之间设置有单向止回阀1411，多根泄压主管1406分别穿过外圈梁基础6与安全泄压装置1407相连通；

如图3所示，补气风机组1403连接风机控制器1412，风机控制器1412分别连接压力传感器1404、风速传感器1405、气体泄漏传感器1408；压力传感器1404设置在外膜3的外表面，风速传感器1405设置在储气库的外部，气体泄漏传感器1408设置在环形通道保护室内，气体泄漏传感器1408还与排气装置1410、出气电动阀门1307电连接；

排气管1409的一端开口并设置在环形通道保护室的底部，排气管1409的另一端穿过外圈梁基础6与排气装置1410连通，排气管1409还通过导气管与设置在环形通道保护室顶部的排气口1413相连通；补气风机组1403、安全泄压装置1407、排气装置1410分别设置在储气库的外部。

通过设置补气泄压系统14，能够保持储气库恒压和正常工作，当贮气室进气时，内膜2向上浮动，安全泄压装置1407将环形通道保护室内多余气体经过泄压主管1406自动排出；当贮气室向外输出气时，内膜2降落，环形通道保护室内气压降低，压力传感器1404通过风机控制器1412启动补气风机组1403经过补气主管1402向环形通道保护室补气，以维持环形通道保护室的气压恒定；大风严重影响储气库的安全运行，当储气库外风速超过设定值，风速传感器1405通过风机控制器1412启动补气风机组1403提高环形通道保护室内气压，同时提高安全泄压装置1407泄气压力，以抵抗大风；在补气主管1402与补气风机组1403之间设置单向止回阀1411，能够防止环形通道保护室内的空气倒流出去；环形布气管1401对环形通道保护室提供环向均匀的补气和泄气，能够降低气流对贮气室的扰动幅度，减弱对储气库系统各设备的震荡，更好的保护储气库系统各设备的工作稳定；环形通道保护室内设置的多个气体泄漏传感器1408，能够监测贮气室内气体是否泄漏及泄漏浓度，一旦贮气室内气体泄漏到环形通道保护室，气体泄漏传感器1408实时通过与之电连接的风机控制器1412启动补气风机组1403向环形通道保护室内输送空气，并同时开启排气装置1410经排气管1409对外排出泄漏气体，以及开启出气电动阀门1307以使贮气室向外输出气体；当检修人员进入环形通道保护室，通过风机控制器1412启动补气风机组1403向环形通道保护室输送新鲜空气，同时开启排气装置1410向外排气，可以保证储气库内检修人员的安全。

进一步地，超大尺寸柔性储气库还包括主控系统、地灯反射光纤照明系统、防爆监视系统、备用电源系统和防雷系统；地灯反射光纤照明系统、防爆监视系统、备用电源系统、补气泄压系统14和进出气管道系统13分别与主控系统相连接。电力中断会严重危害储气库系统各机电设备的正常工作，进而危及储气库的安全运行，造成的损失相当大，通过配置备用电源系统，能够随时保证储气库供电；地灯反射光纤照明系统可为储气库内检修和监视系统提供照明和光照度；防雷系统可将雷电直接引入地下泄散以及阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波等。

进一步地，环形通道保护室设有出入门系统15，出入门系统15与外膜3密封连接，出入门系统15包括人员出入门1501、车辆出入门1502、备用门1503和多个安全出口应急门1504。通过设置出入门系统15，可以供人员和车辆进出环形通道保护室，对储气库内部进行安装、检修和维护。

本发明提供了一种超大尺寸柔性储气库，储气量巨大；与现有钢制气柜相比，本发明提供的外膜、内膜和底膜等储气库主要部件能够工厂化加工，现场安装快捷，工期短，造价低，检修方便；与地下天然气储库相比，本发明选址宽松，建设于地面，能够利用现有山区等凹形地建设，选址能够直接靠近天然气等燃气消费地区。贮气室内贮存的气体为以天然气、页岩气、煤气、氢气等为代表的工业与民用燃气以及工业气体，可以满足使用需要，实用性非常强。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。