【技术实现步骤摘要】
本公开的实施例属于地下储氢，具体涉及一种地下储氢库及其建造方法。
技术介绍
1、氢的储存是一个至关重要的技术，现已经成为氢能利用走向规模化的瓶颈。氢能储存方式主要有高压储罐、液态储氢、固态储氢、稀土储氢和地质储氢等方式，前四种储氢方式受制于新型材料、储氢密度、储氢安全和控制成本等考虑，只适合短期小规模储存，地质储氢是大规模和长期储氢的最佳选择。储氢问题涉及氢生产、运输、最终应用等所有环节，储氢问题不解决，氢能应用则难以推广。大规模储氢技术研究成为热点，氢能作为终极能源，有望成为可再生能源调节和消纳的重要手段之一，同时也被认为是构建氢能社会最为重要的环节之一。
2、相关技术中，地质储氢建设类型主要有地下盐穴、地下含水层、枯竭气田、地下岩洞等，盐穴储氢库必须选择埋深合适、有一定厚度、纯度较高的盐矿，选址极其受限。含水层型储氢库需要对深部地质构造开展深入的普查，目前我国尚不具备进行含水层储氢库大范围深入选址的条件。枯竭气藏型储氢库必须依托枯竭气田，我国氢气主要用户用量集中在东部和南部，而这些地区恰恰没有油气田。岩洞储氢库只需要选择坚硬完整的岩体，在众多储氢技术路线中，岩洞储氢具有时间尺度以及空间尺度大的优势，利用岩洞储氢是长期规模化储氢的最佳途径之一。
3、岩洞地下储氢库国内鲜有报道，需要考虑并解决下述问题：氢作为高活性小分子气体，氢会与其他元素和钢铁发生反应，影响岩石和地表环境，氢具有很高的流动性，具有沟通宏观特性与微观结构的作用，增加了地下储存泄漏的风险，需基于氢气特性、地质特征和注采工艺，解决大规模地下储
技术实现思路
1、本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种地下储氢库及其建造方法。
2、本公开第一方面的实施例提供一种地下储氢库建造方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤一、基于围岩变形量和施工条件参数，将储氢洞室设置成圆形断面且该圆形断面直径大于10m；以及，基于储氢经济性限制条件，将所述储氢洞室的储存压力设置为5mpa~10mpa；设置不少于两组储氢洞室，各储氢洞室的两侧设置有进气竖井和出气竖井；每组所述储氢洞室采用巷道密封塞和竖井密封塞分隔成为独立洞室；
4、步骤二、确定所述储氢洞室的布置区域；其中，所述布置区域需满足地质构造简单、岩体完整稳定、上覆盖岩层厚度适中、水文地质渗水量低；将所述储氢洞室的拱顶设置在微风化层顶面以下不小于20m处，并且基于所述储氢洞室的上覆岩体自重压力和储氢库内压力计算得到储氢库埋深；
5、步骤三、设置至少一条施工巷道作为储氢洞室开挖的运输通道；其中，所述施工巷道的坡度不大于10%，中间采用连接巷道连接，且所述连接巷道与所述施工巷道的断面尺寸一致；
6、步骤四、设计所述储氢洞室的结构，所述储氢洞室的罐壁结构包括密封层、滑移层、混凝土衬砌层、锚栓与预埋板、焊接钢筋加固、喷砼初支层和外部围岩；
7、步骤五、施工期储氢洞室开挖过程中依据不同的围岩地质条件，通过有限元数值模拟验算后，得到不同初期支护参数；其中，常规地段采用锚喷结构支护，不良地质洞段采用钢拱架加强支护；所述初期支护参数与步骤四中的所述混凝土衬砌层共同组成储氢洞室的最终结构支护方案；
8、步骤六、在所述储氢洞室底部设置排水巷道，所述排水巷道向储氢洞室上下两个方向分别设置斜向排水孔；其中，所述排水孔超出储氢洞室的各方向不小于10m；
9、步骤七、在竖井与储氢洞室交界处、连接巷道与储氢洞室交界处分别设置横向钢筋混凝土密封塞和竖向钢筋混凝土密封塞；其中，所述横向钢筋混凝土密封塞和竖向钢筋混凝土密封塞采用截锥型，混凝土强度等级大于c40。
10、在本公开的一些实施例中，所述基于所述储氢洞室的上覆岩体自重压力和储氢库内压力计算得到储氢库埋深，包括：
11、基于刚性椎体极限平衡模型建立储氢库埋深的计算模型；其中，所述计算模型的下部为岩石层刚性岩体层，所述计算模型的上部为风化层刚性岩体层；
12、基于所述计算模型的下部的横截面积、岩石层的地层容重及岩石层的压力扩散角，计算得到下部的岩石层刚性岩体层的总重力；
13、基于所述计算模型的上部的横截面积、风化层的地层容重及风化层的压力扩散角，计算得到上部的风化层刚性岩体层的总重力；
14、计算所述储氢洞室的储氢库内压力；
15、将所述下部的岩石层刚性岩体层的总重力与上部的风化层刚性岩体层的总重力之和大于所述储氢库内压力对应的储氢库埋深作为目标储氢库埋深。
16、在本公开的一些实施例中，基于下述公式得到所述储氢库埋深：
17、储氢洞室上覆刚性岩体总重力计算公式如下：
18、
19、
20、
21、式中：w为上覆刚性岩体总重力，w1为下部的岩石层刚性岩体层的总重力，w2为上部的风化层刚性岩体层的总重力；
22、ρ1为岩石层的地层容重，ρ2为风化层的地层容重，g为重力加速度，r为储氢洞室半径，h1为储氢洞室上覆的岩石层厚度，h2为储氢洞室上覆的风化层厚度；a1为上覆的岩石层的地层扩散角，a2为上覆的风化层的地层扩散角，
23、储气库的储氢库内压力计算公式如下：
24、
25、式中：为储氢洞室的储氢库内压力，p为储氢洞室的最大工作压力；
26、防地表隆起安全系数s，s大于1.2即可满足安全要求，其计算方程如下：
27、
28、将满足上述防地表隆起安全系数s所对应的储氢库埋深作为所述目标储氢库埋深。
29、在本公开的一些实施例中，所述密封层采用q345r内衬钢板，并且，所述内衬钢板的厚度范围为8mm~20mm，弧度加工，并每10°设置一个波纹板，以增加内衬的补偿措施以控制密封层的位移；
30、和/或，
31、所述滑移层用于减少结构层之间的摩擦，避免应变峰值导致混凝土衬砌层裂缝，同时滑移层为密封层提供防腐保护并密封在衬砌混凝土表面防止气体泄漏；所述滑移层通过在所述密封层与所述混凝土衬砌层之间等间距布置多层铝箔得到；其中，所述铝箔和混凝土通过高强胶粘接，所述铝箔的厚度范围为3mm~7mm。
32、在本公开的一些实施例中，所述混凝土衬砌层用于向岩体传递内部气体压强，使得储压变化引起的应变在储罐结构中均匀分布，同时具有找平功能，为密封层提供滑动面层；所述混凝土衬砌层通过支模浇筑200mm~500mm的钢筋混凝土衬砌层，混凝土型号不低于c40；
33、和/或，
34、所述锚栓与预埋板用于固定密封层和滑移层，将其固定至混凝土衬砌层中；所述密封层为内衬钢板，所述预埋板通过角焊缝焊接与所述内衬钢板连接，并且，所述预埋板在所述内衬钢板的宽度和长度方向上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地下储氢库建造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述储氢洞室的上覆岩体自重压力和储氢库内压力计算得到储氢库埋深，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于下述公式得到所述储氢库埋深：
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述施工期储氢洞室开挖过程中依据不同的围岩地质条件，通过有限元数值模拟验算后，得到不同初期支护参数，包括：
7.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述排水孔之间的间距范围为10m~20m，所述排水孔的孔径范围为90mm~120mm。
8.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述排水巷道和所述排水孔的参数确定方法包括：
9.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述横向钢筋混凝土密封塞和竖向钢筋混凝土密封塞采用弹性体设计并采用有限元进行受
10.一种地下储氢库，其特征在于，所述地下储氢库包括：
...【技术特征摘要】
1.一种地下储氢库建造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述储氢洞室的上覆岩体自重压力和储氢库内压力计算得到储氢库埋深，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于下述公式得到所述储氢库埋深：
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述施工期储氢洞室开挖过程中依据不同的围岩地质条件，通过有...
【专利技术属性】
技术研发人员：李印，崔少东，梁久正，郭书太，毕光辉，孟建，陈雪见，许杰，邢泽朋，丁超，贺洋，西原，田铂，王双琴，
申请(专利权)人：中国石油天然气管道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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