[发明专利]一种地下高压储氢井及其施工方法

说明书

本发明提供了一种地下高压储氢井及其施工方法。所述储氢井由井筒体、井口装置、氢气监测系统及水泥保护层组成，所述井筒体由多个井筒及防护装置构成，相邻井筒通过相互配合的上法兰盘和下法兰盘连接；所述防护装置布置于上下法兰盘外侧，通过锁定件与井筒相连；所述储气井筒体顶部设有上封头，所述上封头上部设有井口装置，所述井口装置由排液管及输氢管组成；所述井筒体底部设有下封头，所述井筒体外壁与井孔之间的环形空间是用水泥加以封固的水泥保护层。本发明结构简单，并通过氢气监测系统实时监控储氢井运行情况，避免安全事故的发生，同时根据储氢量、工作压强和温度计算出可靠的储氢井壁厚和长度，既能保证储氢安全性，又能降低储氢成本。

技术领域

本发明涉及氢气储存领域，具体来说涉及一种地下高压储氢井。

背景技术

在中国实现“碳达峰、碳中和”战略目标的要求下，氢气作为一种可再生清洁高效二次能源，得益于其资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点，将成为助力能源、交通、石化等多个领域实现深度脱碳的现实途径，也将成为我国构建现代清洁能源体系重要的接替能源，加快氢能发展步伐已成为全球共识。同时，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，也是战略性新兴产业的重点方向。

目前氢能分布式储能主要以罐装储藏为主，其运输储存及安全运维存在一定的局限性，氢气储存现状依旧是当前限制氢能产业发展的主要瓶颈之一。鉴于此，为了更好地拓展氢能储存方式，可通过高压储存的方式进行地下储氢，地下储氢不仅可减少对城市的土地占用，还可解决氢气储存过程中的安全、消防等问题。但是高压储氢存在氢脆、泄露、爆炸等安全隐患，现阶段高压储氢容器理论研究较少，其设计和施工方法并不成熟，没有通用的技术标准或规范可供参考，限制了高压氢气储存的快速发展。同时高压储氢容器直径、长度、壁厚等关键参数对安全和成本影响较大，其直径及壁厚较小时造成单位体积储存量低、安全性隐患大，壁厚较大时造成自重大、成本高，经济效益较低。鉴于此，需对地下高压储氢井制作及其施工方法进行研究分析，开发出一种新型地下高压储氢井，推动氢能储存行业的发展。

发明内容

为了解决氢气高压储存难、成本高、密封性不好及地下高压储氢井施工不成熟的问题，本发明提出了一种地下高压储氢井及其施工方法，该储氢井结构简单、施工便捷、密封性较好、节能环保、优化成本，可有效解决上述地下氢气高压储氢的难题。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种地下高压储氢井，其特征在于：所述储氢井包括井筒体、设置在井筒体顶部的上封头、设置在井筒体底部的半球式形状的下封头、设置在上封头上部的井口装置、位于井筒体外的水泥保护层及设置在井口装置上部的氢气监测系统，所述储氢井的井筒体部分或全部埋设于地下，所述水泥保护层是在位于地面以下的井筒体外壁与井孔之间的环形空间内用水泥加以封固形成的保护层；所述井筒体由多个井筒拼接而成，所述井筒为圆形钢管，其两端分别设有相互配合的上法兰盘和下法兰盘，相邻两个井筒的上法兰盘和下法兰盘对接，并通过螺栓连接，且在相邻两个井筒连接部位均设有防护装置，所述防护装置布置于井筒上下法兰盘外侧，每个防护装置包括对称设置在法兰盘外侧的保护套，在保护套与法兰盘之间设有密封橡胶，所述保护套通过锁定件与井筒连接；所述井口装置包括从上封头至排液口逐级缩小的井口、设置在井口排液口处的排液管和设置在井口进气口的输氢管；所述井筒体中下部设有扶正器；所述氢气监测系统由立杆、氢气监测器、横杆、伸缩杆、位移计、压力计及弹簧组成，所述立杆设置在输氢管的一侧，所述横杆与立杆固定连接，所述氢气监测器设置在输氢管上方，并固定在横杆上；所述井口上方设有压力计，所述弹簧与压力计及端板固定连接，所述位移计一端与横杆固定连接，另一端与端板接触连接。

本发明较优的技术方案：所述储氢井还设有检测组件，所述检测组件由检测设备和布设在井筒体外壁的应变计，所述应变计等距分布在井筒体上，并通过数据线与检测设备信号连接。