液化石油氣地下洞庫開試車實踐研究

李志雄

（卡德萊化工（珠海）有限公司，廣東珠海 519050）

1 背景介紹

目前，某大型液化石油氣地下洞庫是目前世界上總儲量最大的液化石油氣地下洞庫，可儲存丙烷、丁烷及LPG（丙烷及丁烷的混合物），它是國內繼汕頭、寧波、珠海、黃島之后的第五座LPG地下洞庫，第一座完全由中國設計院設計的項目，是國內自主建造LPG地下洞庫工程的一個重要里程碑。

該液化石油氣地下洞庫從施工建設、試車試產至正常運行，創造了工程量最大、建設速度最快、試車周期最短、質量最高、運行最安全的紀錄。

2 洞庫開試車程序

2.1 交通及水幕巷道注水[1]

2.1.1 注水及封塞拆除程序

交通巷道及水幕巷道共需注水24.5萬立方米，拆除水幕封塞623個，拆除供水管道5059m，是洞庫試車的始點，注水及封塞拆除程序如下:

（1）拆除丙烷洞交通巷道封塞至丙烷洞水幕巷道口供水管道及二級泵站；

（2）向交通巷道注水至丙烷洞水幕巷道口；

（3）拆除丙烷洞水幕供水管及水幕封塞；

（4）繼續向丙烷洞水幕巷道注入清凈水至完全淹沒水幕孔；

（5）拆除丙烷洞水幕巷道至丁烷及LPG洞水幕巷道口；

（6）拆除丁烷及LPG交通巷道供水管道；

（7）利用消防水帶連接未拆除的供水管道向丁烷及LPG交通巷道注水；

（8）繼續向交通巷道注水至丁烷及LPG洞水幕巷道口；

（9）同時拆除供水管道及封塞，縮短水幕封塞及供水管道拆除時間7天，減少水幕孔進入空氣的可能性，保證了水幕的密封性及可靠性；

（10）拆除丁烷洞及LPG洞水幕巷道口至交通巷道明槽入口處；

（11）繼續向交通巷道注入清凈水直至MSL±0；（12）交通巷道及水幕巷道注水完成。

2.1.2 過程優化

（1）將水幕封塞拆除前注水至底部1.5m以上，優化為注水至水幕巷道口，若是按原方案注水，所有封塞均需人工拆除，拆除的管道人工搬運，效率低，拆除時間長，方案優化后，水幕封塞采用機械拆除，拆除的管道通過車輛運出巷道，效率較高。

（2）在拆除丁烷洞及LPG洞交通巷道供水管道后立即注水，節省注水時間25h。

（3）采用邊拆除管道邊注水方式，縮短注水時間。

（4）將施工人員分為兩支隊伍，原方案中先拆除丁烷水幕封塞再拆LPG水幕封塞改為兩個水幕封塞同時拆除，節省7天。

2.2 CAT（氣密試驗）與優化[2]

2.2.1 CAT程序

（1）CAT準備

①交通巷道注水至MSL±0；

②主洞室水位抽至底板以下；

③洞庫液位計及液位開關系統投用；

④壓力及溫度測量系統投用；

⑤裂隙水泵及產品泵調試完成并正常運行；

⑥SIS及DCS系統調試完成并正常運行；

⑦PA系統投用并正常供應。

（2）CAT管道及設備

①15臺空壓機，出口壓力≥15MPa，流量:30m3/min；冷干機 5臺，流量:140 m3/min，出口壓力≥1.5Mpa；

②通過臨時管線、閥門連接園區PA線、空壓機及冷干機；

③空壓機、冷干機入口、出口安裝壓力表，打壓設備總管進、出口安裝溫度表；

④入口總管空氣流量計。

（3）洞庫加壓

①打開PA線的界區閥門，向洞內注入壓縮空氣；

②加壓速率≤4.2KPa/h；

③利用冷干機控制壓縮空氣入口溫度2℃≤t≤ 25℃；

④根據洞庫頂部的水位高度=10.2×Pc+25 m控制洞庫壓力；

⑤當洞庫壓力升至4.5bar或洞庫每天的升壓速率≤2kPa時，停止利用PA加壓，改由壓縮機加壓；

⑥當洞庫壓力升至試驗壓力時，停止加壓；

⑦每小時記錄洞庫壓力、溫度、壓縮空氣入口壓力、溫度、流量；

⑧通過ESG系統記錄洞庫周圍測壓點每小時壓力變化及趨勢。

（4）洞庫穩定階段

①每小時記錄洞庫溫度、壓力、水位；

②通過溫度測量系統監測各個探頭的溫度變化情況；

③當溫度測量系統每24h溫度變化超過0.1℃的溫度探頭數少于3個時，洞庫穩定階段結束。

（5）洞庫氣密測試階段

每小時記錄洞庫的溫度及壓力。

2.2.2 CAT節點優化

（1）洞庫加壓方式優化

充分利用園區PA的優勢，在洞庫壓力≤4.5bar前，用PA替代壓縮機加壓，降低試車成本，三個洞庫可節省15臺壓縮機及5臺冷干機使用9天，節省壓縮機及冷干機的設備租用費及燃油費

（2）洞庫干擾試驗優化

原方案中，丙烷洞、丁烷洞、LPG洞三個洞庫的CAT（氣密試驗）單獨進行，先丙烷洞、后丁烷洞、最后LPG洞，丙烷洞CAT20天，丁烷洞14天，LPG洞14天，CAT的總時間為48天，單洞氣密的目的是保證二個洞庫之間在CAT時的壓力差最大以達到測試各個洞庫之間是否存在竄氣的可能。經過與GK的溝通協調，在完成丙烷洞氣密試驗后，同時向LPG洞及丁烷洞加壓，在完成丁烷洞的氣密試驗（CAT）后，將丁烷洞的壓力釋放為0，再開始LPG洞的氣密試驗（CAT），節省試車工期14天。

（3）三個洞庫壓縮空氣的重復利用

在CAT實際加壓過程中，利用某裝置的壓縮機氣相管匯，將丙烷洞及LPG洞、丁烷洞的氣相連通，在丙烷洞完成CAT后，將丙烷洞的壓縮空氣壓入丁烷洞及LPG洞中，實現循環利用。

2.3 氮氣置換與優化

在洞庫完成CAT后，通過消防管線向洞庫注水至97%的庫容，3%的氣相空間需要用氮氣置換至氧含量小于8%，原方案中將氮氣注入洞庫中，壓力升高至700kPaG后，將氮氣與空氣之混合氣排放至大氣中，注氮時間7天，排氮氣與空氣混合氣時間7天，整個置換過程需14天。

為了縮短氮氣置換及抽水時間，在置換過程中，我們通過控制氮氣注入速率及抽排水速率，優化了置換方案，采用邊注氮氣邊抽水的方式，將每個洞庫置換時間由14天減少為7天，同時將洞庫抽水時間提前13天。

2.4 洞庫GAS IN（首次進氣）、抽水技控措施及風險控制[1]

2.4.1 GAS IN第一階段

GAS IN（首次進氣）是洞庫試車過程中最關鍵的環節之一，丙烷洞作為第一個GAS IN的洞庫，由于丙烷汽化速度快、溫度及壓力變化大，丙烷洞GAS IN控制難度最大，風險程度最高。

GAS IN要求進入洞庫的氣相溫度介于2～25℃，升壓速率≤4kPa/h。為了確保洞庫試車節點按時完成，在GAS IN過程中，既要保證洞庫升壓速率，又要保證抽水速度。

在丙烷洞GAS IN初始1h內，直接利用船上的氣相向丙烷洞注入氣相丙烷，由于環境溫度下降較快，碼頭至洞庫的管線長5000m，由船上輸送溫度為4～5℃的丙烷氣相到達洞庫后已降至0℃以下，立即調整了GAS IN的方式，由船上直接供氣相改為供液相，再通過汽化器將液相汽化后注入丙烷洞中。

2.4.2 GAS IN第二階段

在丙烷洞壓力達到飽和蒸汽壓后，停止氣相注入，改由液相注入，洞庫進入GAS IN的第二階段。在液相注入時，要注意控制好丙烷液相的注入速度與洞庫的排水速度，特別要控制洞庫壓力變化速率不能超過4kPa/h。

項目試車當地環境溫度較低，晚上溫度低于-2℃，船上液貨溫度為2～4℃，在經過5000m的管線到達豎井區后，溫度下降較多。由于液相注入時沒有經過換熱器，為了確保洞庫安全，在晚上環境溫度低于0℃時，暫停液相丙烷注入。

2.4.3 洞庫抽水最后風險控制措施

當洞庫水位達到離底板以上1.5m時，洞庫進入最后抽水階段，此時由于水中液化氣含量明顯升高，且洞庫排水是通過周邊的雨水渠，雨水管網走向較復雜，相關裝置眾多。在洞庫排水期間，部分裝置正在進行管線吹掃、氣密、置換等操作，有的裝置還有動火作業，一旦洞庫抽出的水中夾帶有大量的液化氣將會導致嚴重后果。

洞庫操作人員每天24小時對排水口的可燃氣體持續監測，當可燃氣體濃度達到25%時，將抽水流量降低至100～150t/h，當可燃氣體濃度達到50%時暫停抽水。

在洞庫抽水期間，特別是抽水的最后階段，由于液位開關及超聲波液位計、伺服液位計存在不確定的誤差，很難判斷水位的準確位置，這對洞庫抽水造成較大的風險，DCS操作人員通過洞庫水位變化趨勢、產品泵的電流變化、裂隙水泵套管壓力變化的方式進行監測。當洞庫水位下降速度由1～2cm/h增加為10～20cm/h時，停止產品泵抽水，改為裂隙水泵抽水，當裂隙水泵套管壓力由0增加為30～40kPa時，停止裂隙水泵。

另外，根據U形管原理及丙烷、丁烷、LPG與水密度的差異，對液位開關、超聲波液位計、伺服液位計顯示的液位與洞庫的真實液位進行修正，ρ水gH水=ρLPGgHLPG。

通過以上多種方式的組合，準確判斷了洞庫水位的實際位置，控制了抽水速度、抽水時間及停泵時間，洞庫終于達到正常操作水位。

3 結語

該液化石油氣地下洞庫從2014年10月13日開始交通巷道注水，歷經洞庫氣密（CAT）、氮氣置換、注水、GAS IN、抽水等六個關鍵環節，并于5月31日丙烷洞抽水至正常操作水位，具備接收VLGC條件。在洞庫試車的過程中，我們根據實際情況及遇到的問題，在確保安全試車的前提下，通過巷道注水、氣密試驗、GAS IN三個關鍵節點的優化，縮短了試車時間，節省了試車成本，并積累了寶貴的地下洞庫試車經驗。

不足:

（1）因受船期的影響，洞庫在GAS IN的過程中停止抽水等待物料，延緩洞庫的投用時間；

（2）LPG洞庫在抽水的最后階段，因受其他裝置試車的影響，抽排水間斷時間較長；

（3）洞庫伺服液位計在試車過程出現故障，無法依靠液位測量系統判斷物料及水位的位置，增加了最后抽水階段的風險。

下一步工作展望:

（1）聯系伺服液位廠家一個月內修復洞庫伺服液位計，保證洞庫液位系統正常運行，對洞庫水位及LPG液位進行準確的監控；

（2）根據本次試車遇到的問題及教訓，與法國GEOSTOCK專家交流，優化洞庫的日常運行與管理；

（3）在行業內推廣本次洞庫試車的經驗，為中國液化石油氣地下洞庫試車及運行提供實踐指導。