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CNG地下儲氣井安全控制裝置設(shè)計

文檔作者：劉清友孟少輝何霞文檔來源：西南石油學(xué)院油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月02日
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! 設(shè)計計算#
CNG地下儲氣井安全控制裝置設(shè)計
3
劉清友
33
　孟少輝　何　霞
(西南石油學(xué)院油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室)
　　摘要　針對目前國內(nèi)沒有用于CNG汽車的高壓氣地下儲氣井安全控制裝置的現(xiàn)狀, 設(shè)計出了
一套CNG汽車高壓氣地下儲氣井安全控制裝置, 它由地下儲氣井、節(jié)能蓄能器、液壓泵、微機控
制裝置、傳感器等組成。當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)火災(zāi)、地震及其它不可預(yù)見的事故, 使儲氣井地面設(shè)備遭到
破壞的緊急情況時, 能自動及時關(guān)閉儲氣井與地面的通道, 增強高壓氣地下儲氣井的安全性和可
靠性, 大大減少城市環(huán)境污染, 為CNG汽車的推廣應(yīng)用提供進一步的技術(shù)支持。
　　關(guān)鍵詞　壓縮天然氣　CNG汽車　儲氣井　安全裝置
　　2000年以來, 高壓氣地下儲氣井已成為國內(nèi)
CNG加氣站首選的儲存氣體方式[ 1 ] 。但我國高壓
氣地下儲氣井現(xiàn)在處于起步階段, 還不夠完善。主
要由井體、進出氣口等組成的現(xiàn)有儲氣井, 結(jié)構(gòu)簡
單, 缺乏安全裝置, 當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生泄漏時, 不能自動
及時關(guān)閉儲氣井, 留下重大的安全隱患。假如給高
壓氣地下儲氣井安裝安全裝置, 那么安全裝置如何
固定, 才能使高壓氣地下儲氣井既能自動關(guān)閉, 又
能使排液管正常排液, 便成為高壓氣地下儲氣井安
全控制裝置設(shè)計的一個關(guān)鍵問題。筆者設(shè)計的高壓
氣地下儲氣井安全控制裝置, 既能使高壓氣地下儲
氣井自動及時關(guān)閉, 又能使現(xiàn)有的排液管正常排
液, 有效預(yù)防天然氣的泄漏。
儲氣井安全控制裝置工作機理
11裝置組成
高壓氣地下儲氣井安全控制裝置由地下儲氣
井、節(jié)能蓄能器、液壓泵、微機控制裝置、傳感器
等組成。
(1) 節(jié)能蓄能器　采用差動活塞式蓄能器,
有2個活塞, 能防止空氣滲入液壓油中, 可以通過
一般壓縮空氣使液壓工作壓力提高數(shù)倍, 最高工作
壓力可達45 MPa, 還可以作為輔助或應(yīng)急的動力
源, 補充系統(tǒng)的泄漏, 穩(wěn)定系統(tǒng)的工作壓力, 吸收
液壓泵的脈動和回路上的液壓沖擊等。此蓄能器能
保證液控管線中液壓油隨時保持高的壓力, 并且能
把液壓泵中超過工作需要的液壓能量儲存起來, 達
到節(jié)能目的。
(2) 液壓泵　液壓泵通過高壓氣地下儲氣井
中的液控管線給高壓氣地下儲氣井安全閥提供液壓
力, 控制高壓氣地下儲氣井安全閥的開關(guān)。
(3) 傳感器　采用漏磁式傳感器, 用磁鐵將
磁通引入管道, 進入儲氣井, 將管道和井壁磁化
后, 利用磁敏探頭采集管壁表面的漏磁信號。通過
漏磁信號的大小與缺陷大小和深度之間的對應(yīng)關(guān)
系, 確定儲氣井地面管道和井壁的受損情況, 即天
然氣的泄漏情況, 再將檢測到的信息傳送到微機控
制裝置。
(4) 微機控制裝置　接受檢測信息和發(fā)出執(zhí)
行指令, 實現(xiàn)對儲氣井的安全控制。采用直接數(shù)字
控制(DDC - Direct Digital Control) 系統(tǒng), 計算機
作為數(shù)字控制器直接控制執(zhí)行機構(gòu)。先由傳感器測
取以過程參數(shù)形式顯示的天然氣泄漏情況的信息,
— 22 —
　　　　　　
石　油　機　械
CH INA PETROLEUM MACH INERY
　　
2004年　第32卷　增刊
3
3 3
四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)資金資助項目的部分研究成果。
劉清友, 教授, 博士生導(dǎo)師, 生于1965年, 1997年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油天然氣機械專業(yè), 獲博士學(xué)位, 1999年完成在重慶大
學(xué)機械傳動國家重點實驗室做博士后研究工作。現(xiàn)為西南石油學(xué)院機電工程學(xué)院副院長、“巖石破碎學(xué)與鉆頭研究”四川省重點實驗室主
任。主要從事機械工程、石油工程的CAD /CAM /CAE及計算機仿真方面的教學(xué)和科研工作。地址: (610500) 成都市新都區(qū)。電話: (028)
83032037。
(收稿日期: 2004 - 07 - 07)
經(jīng)模/數(shù)(A /D) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計算機
的輸入信號, 計算機根據(jù)確定的控制規(guī)律進行運
算, 并發(fā)出控制信號, 再經(jīng)數(shù)/模(D /A) 轉(zhuǎn)換器
轉(zhuǎn)換成模擬信號直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)———液壓泵, 控
制高壓氣地下儲氣井安全閥的開關(guān)。
(5) 地下儲氣井　地下儲氣井結(jié)構(gòu)[ 2 ]如圖1
所示。高壓氣地下儲氣井安全閥用螺紋聯(lián)接在過排
液管封隔器上, 排液管穿過封隔器, 并將液控管線
連在高壓氣地下儲氣井安全閥上。通過螺紋將安全
閥、排液管和封隔器聯(lián)接在井壁上, 排液管用于定
期排出儲氣井底的廢液。過排液管封隔器是一種特
殊的封隔器, 封隔器上開有與排液管直徑相同的一
個通孔, 便于排液管通過[ 3 ] 。
儲氣井安全閥采用西南石油學(xué)院油氣藏地質(zhì)及
開發(fā)工程國家重點實驗室設(shè)計的針對儲氣井的實用
新型專利產(chǎn)品———高壓氣地下儲氣井安全閥, 其結(jié)
構(gòu)簡單, 易于操作, 可方便安裝在高壓氣地下儲氣
井中, 用液壓控制, 能自動及時關(guān)閉高壓氣地下儲
氣井。
圖1　高壓氣地下儲氣井示意圖
1—液控管線; 2—排液管; 3—過排液管封隔器;
4 —高壓氣地下儲氣井安全閥; 5 —液壓泵
　　21安全裝置工作原理
根據(jù)連續(xù)液體壓力傳遞原理, 筆者設(shè)計的安全
裝置通過微機控制液壓泵提供的液壓, 實現(xiàn)地下儲
氣井安全閥的開、關(guān)控制。安全裝置工作時, 接在
地下儲氣井管道上的傳感器先檢測到天然氣泄漏信
息, 再將信息傳送到微機控制裝置, 微機控制裝置
根據(jù)收到的信息, 發(fā)出命令給液壓泵。當(dāng)液壓泵傳
輸?shù)囊簤毫Φ陀诠ぷ鲏毫r, 節(jié)能蓄能器就立即給
液控管線補充液壓油, 當(dāng)液壓泵傳輸?shù)囊簤毫Ω哂?
工作壓力時, 液壓泵自動將多余的能量輸送到節(jié)能
蓄能器中。液壓泵使液壓油通過液控管線進入安全
閥, 使安全閥關(guān)閉, 然后泄去液壓力, 完成高壓氣
地下儲氣井的安全控制。當(dāng)?shù)叵聝饩孛婀艿罊z
修時, 也可以直接打開液壓泵的開關(guān), 使高壓氣地
下儲氣井打開或關(guān)閉[ 4, 5 ] 。
31技術(shù)特點
筆者設(shè)計的安全裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比, 具有以
下特點:
(1) 該裝置可以在原有的高壓氣地下儲氣井
中直接安裝安全閥、封隔器等, 不影響高壓氣地下
儲氣井原有的結(jié)構(gòu)和進氣、排氣及排液管的排液功
能, 從而改進我國現(xiàn)有高壓氣地下儲氣井;
(2) 實現(xiàn)了高壓氣地下儲氣井的自動及時關(guān)
閉, 增強了高壓氣地下儲氣井的安全性。
41性能特點
(1) 安全裝置工作平穩(wěn), 反應(yīng)速度快、沖擊
小, 能快速啟動和制動;
(2) 安全裝置操作比較方便、省力, 實現(xiàn)了
機電液壓控制的自動化;
(3) 安全裝置安全性好, 易于實現(xiàn)過載保護,
同時因采用油液作為工作介質(zhì), 相對運動的表面能
自行潤滑, 使用壽命較長。
結(jié)　束　語
安全是人類一個永恒的主題, 安全生產(chǎn)是人類
生活最基本的要求。CNG的易燃易爆性和CNG加
氣站的高壓操作性, 使得安全更是保證具有重大安
全隱患的CNG加氣站正常運行的關(guān)鍵。筆者設(shè)計
的高壓氣地下儲氣井安全控制裝置, 能有效預(yù)防
CNG加氣站的天然氣泄漏, 改進了國內(nèi)現(xiàn)有地下
儲氣井的結(jié)構(gòu), 提高了天然氣儲存的安全性, 促進
了我國CNG汽車工業(yè)的健康發(fā)展, 大大減少城市
環(huán)境污染, 為CNG汽車的推廣應(yīng)用提供進一步的
技術(shù)支持。
參　考　文　獻
1　黃明珠, 程宗明1 儲存車用CNG的最佳選擇———地下
儲氣井1中國能源, 2002, (4) : 34～35
2　劉清友, 祝效華, 劉繪清1KY65—21新型海洋采油氣井
口裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化1天然氣工業(yè), 2003, 23 (7) : 54～55
3　劉清友, 湛精華, 王國榮等1井下封隔器應(yīng)用與研究現(xiàn)
狀1四川大學(xué)學(xué)報, 2003, 35 (增刊) : 75～78
4　吳樹林, 馮久鴻, 陳文森等1井下安全控制系統(tǒng)的設(shè)計
與應(yīng)用1石油礦場機械, 1998, 27 (2) : 9～12
5　方昌林1液壓、氣壓傳動與控制1北京: 機械工業(yè)出版
社, 2000: 90～100
(本文編輯　丁莉萍)
2004年 　第 32卷 　增刊 劉清友等: CNG地下儲氣井安全控制裝置設(shè)計 　　　　　　 — 23 —

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