液化石油气地下洞库开试车实践研究

李志雄

（卡德莱化工（珠海）有限公司，广东珠海 519050）

1 背景介绍

目前，某大型液化石油气地下洞库是目前世界上总储量最大的液化石油气地下洞库，可储存丙烷、丁烷及LPG（丙烷及丁烷的混合物），它是国内继汕头、宁波、珠海、黄岛之后的第五座LPG地下洞库，第一座完全由中国设计院设计的项目，是国内自主建造LPG地下洞库工程的一个重要里程碑。

该液化石油气地下洞库从施工建设、试车试产至正常运行，创造了工程量最大、建设速度最快、试车周期最短、质量最高、运行最安全的纪录。

2 洞库开试车程序

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24.5万立方米，拆除水幕封塞623个，拆除供水管道5059m，是洞库试车的始点，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级泵站；

（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）继续向丙烷洞水幕巷道注入清净水至完全淹没水幕孔；

（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）利用消防水带连接未拆除的供水管道向丁烷及LPG交通巷道注水；

（8）继续向交通巷道注水至丁烷及LPG洞水幕巷道口；

（9）同时拆除供水管道及封塞，缩短水幕封塞及供水管道拆除时间7天，减少水幕孔进入空气的可能性，保证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处；

（11）继续向交通巷道注入清净水直至MSL±0；（12）交通巷道及水幕巷道注水完成。

2.1.2 过程优化

（1）将水幕封塞拆除前注水至底部1.5m以上，优化为注水至水幕巷道口，若是按原方案注水，所有封塞均需人工拆除，拆除的管道人工搬运，效率低，拆除时间长，方案优化后，水幕封塞采用机械拆除，拆除的管道通过车辆运出巷道，效率较高。

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

（3）采用边拆除管道边注水方式，缩短注水时间。

（4）将施工人员分为两支队伍，原方案中先拆除丁烷水幕封塞再拆LPG水幕封塞改为两个水幕封塞同时拆除，节省7天。

2.2 CAT（气密试验）与优化[2]

2.2.1 CAT程序

（1）CAT准备

①交通巷道注水至MSL±0；

②主洞室水位抽至底板以下；

③洞库液位计及液位开关系统投用；

④压力及温度测量系统投用；

⑤裂隙水泵及产品泵调试完成并正常运行；

⑥SIS及DCS系统调试完成并正常运行；

⑦PA系统投用并正常供应。

（2）CAT管道及设备

①15台空压机，出口压力≥15MPa，流量:30m3/min；冷干机 5台，流量:140 m3/min，出口压力≥1.5Mpa；

②通过临时管线、阀门连接园区PA线、空压机及冷干机；

③空压机、冷干机入口、出口安装压力表，打压设备总管进、出口安装温度表；

④入口总管空气流量计。

（3）洞库加压

①打开PA线的界区阀门，向洞内注入压缩空气；

②加压速率≤4.2KPa/h；

③利用冷干机控制压缩空气入口温度2℃≤t≤ 25℃；

④根据洞库顶部的水位高度=10.2×Pc+25 m控制洞库压力；

⑤当洞库压力升至4.5bar或洞库每天的升压速率≤2kPa时，停止利用PA加压，改由压缩机加压；

⑥当洞库压力升至试验压力时，停止加压；

⑦每小时记录洞库压力、温度、压缩空气入口压力、温度、流量；

⑧通过ESG系统记录洞库周围测压点每小时压力变化及趋势。

（4）洞库稳定阶段

①每小时记录洞库温度、压力、水位；

②通过温度测量系统监测各个探头的温度变化情况；

③当温度测量系统每24h温度变化超过0.1℃的温度探头数少于3个时，洞库稳定阶段结束。

（5）洞库气密测试阶段

每小时记录洞库的温度及压力。

2.2.2 CAT节点优化

（1）洞库加压方式优化

充分利用园区PA的优势，在洞库压力≤4.5bar前，用PA替代压缩机加压，降低试车成本，三个洞库可节省15台压缩机及5台冷干机使用9天，节省压缩机及冷干机的设备租用费及燃油费

（2）洞库干扰试验优化

原方案中，丙烷洞、丁烷洞、LPG洞三个洞库的CAT（气密试验）单独进行，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的总时间为48天，单洞气密的目的是保证二个洞库之间在CAT时的压力差最大以达到测试各个洞库之间是否存在窜气的可能。经过与GK的沟通协调，在完成丙烷洞气密试验后，同时向LPG洞及丁烷洞加压，在完成丁烷洞的气密试验（CAT）后，将丁烷洞的压力释放为0，再开始LPG洞的气密试验（CAT），节省试车工期14天。

（3）三个洞库压缩空气的重复利用

在CAT实际加压过程中，利用某装置的压缩机气相管汇，将丙烷洞及LPG洞、丁烷洞的气相连通，在丙烷洞完成CAT后，将丙烷洞的压缩空气压入丁烷洞及LPG洞中，实现循环利用。

2.3 氮气置换与优化

在洞库完成CAT后，通过消防管线向洞库注水至97%的库容，3%的气相空间需要用氮气置换至氧含量小于8%，原方案中将氮气注入洞库中，压力升高至700kPaG后，将氮气与空气之混合气排放至大气中，注氮时间7天，排氮气与空气混合气时间7天，整个置换过程需14天。

为了缩短氮气置换及抽水时间，在置换过程中，我们通过控制氮气注入速率及抽排水速率，优化了置换方案，采用边注氮气边抽水的方式，将每个洞库置换时间由14天减少为7天，同时将洞库抽水时间提前13天。

2.4 洞库GAS IN（首次进气）、抽水技控措施及风险控制[1]

2.4.1 GAS IN第一阶段

GAS IN（首次进气）是洞库试车过程中最关键的环节之一，丙烷洞作为第一个GAS IN的洞库，由于丙烷汽化速度快、温度及压力变化大，丙烷洞GAS IN控制难度最大，风险程度最高。

GAS IN要求进入洞库的气相温度介于2～25℃，升压速率≤4kPa/h。为了确保洞库试车节点按时完成，在GAS IN过程中，既要保证洞库升压速率，又要保证抽水速度。

在丙烷洞GAS IN初始1h内，直接利用船上的气相向丙烷洞注入气相丙烷，由于环境温度下降较快，码头至洞库的管线长5000m，由船上输送温度为4～5℃的丙烷气相到达洞库后已降至0℃以下，立即调整了GAS IN的方式，由船上直接供气相改为供液相，再通过汽化器将液相汽化后注入丙烷洞中。

2.4.2 GAS IN第二阶段

在丙烷洞压力达到饱和蒸汽压后，停止气相注入，改由液相注入，洞库进入GAS IN的第二阶段。在液相注入时，要注意控制好丙烷液相的注入速度与洞库的排水速度，特别要控制洞库压力变化速率不能超过4kPa/h。

项目试车当地环境温度较低，晚上温度低于-2℃，船上液货温度为2～4℃，在经过5000m的管线到达竖井区后，温度下降较多。由于液相注入时没有经过换热器，为了确保洞库安全，在晚上环境温度低于0℃时，暂停液相丙烷注入。

2.4.3 洞库抽水最后风险控制措施

当洞库水位达到离底板以上1.5m时，洞库进入最后抽水阶段，此时由于水中液化气含量明显升高，且洞库排水是通过周边的雨水渠，雨水管网走向较复杂，相关装置众多。在洞库排水期间，部分装置正在进行管线吹扫、气密、置换等操作，有的装置还有动火作业，一旦洞库抽出的水中夹带有大量的液化气将会导致严重后果。

洞库操作人员每天24小时对排水口的可燃气体持续监测，当可燃气体浓度达到25%时，将抽水流量降低至100～150t/h，当可燃气体浓度达到50%时暂停抽水。

在洞库抽水期间，特别是抽水的最后阶段，由于液位开关及超声波液位计、伺服液位计存在不确定的误差，很难判断水位的准确位置，这对洞库抽水造成较大的风险，DCS操作人员通过洞库水位变化趋势、产品泵的电流变化、裂隙水泵套管压力变化的方式进行监测。当洞库水位下降速度由1～2cm/h增加为10～20cm/h时，停止产品泵抽水，改为裂隙水泵抽水，当裂隙水泵套管压力由0增加为30～40kPa时，停止裂隙水泵。

另外，根据U形管原理及丙烷、丁烷、LPG与水密度的差异，对液位开关、超声波液位计、伺服液位计显示的液位与洞库的真实液位进行修正，ρ水gH水=ρLPGgHLPG。

通过以上多种方式的组合，准确判断了洞库水位的实际位置，控制了抽水速度、抽水时间及停泵时间，洞库终于达到正常操作水位。

3 结语

该液化石油气地下洞库从2014年10月13日开始交通巷道注水，历经洞库气密（CAT）、氮气置换、注水、GAS IN、抽水等六个关键环节，并于5月31日丙烷洞抽水至正常操作水位，具备接收VLGC条件。在洞库试车的过程中，我们根据实际情况及遇到的问题，在确保安全试车的前提下，通过巷道注水、气密试验、GAS IN三个关键节点的优化，缩短了试车时间，节省了试车成本，并积累了宝贵的地下洞库试车经验。

不足:

（1）因受船期的影响，洞库在GAS IN的过程中停止抽水等待物料，延缓洞库的投用时间；

（2）LPG洞库在抽水的最后阶段，因受其他装置试车的影响，抽排水间断时间较长；

（3）洞库伺服液位计在试车过程出现故障，无法依靠液位测量系统判断物料及水位的位置，增加了最后抽水阶段的风险。

下一步工作展望:

（1）联系伺服液位厂家一个月内修复洞库伺服液位计，保证洞库液位系统正常运行，对洞库水位及LPG液位进行准确的监控；

（2）根据本次试车遇到的问题及教训，与法国GEOSTOCK专家交流，优化洞库的日常运行与管理；

（3）在行业内推广本次洞库试车的经验，为中国液化石油气地下洞库试车及运行提供实践指导。