液化石油氣地下洞庫(kù)開(kāi)試車(chē)實(shí)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(kù)是目前世界上總儲(chǔ)量最大的液化石油氣地下洞庫(kù)，可儲(chǔ)存丙烷、丁烷及LPG（丙烷及丁烷的混合物），它是國(guó)內(nèi)繼汕頭、寧波、珠海、黃島之后的第五座LPG地下洞庫(kù)，第一座完全由中國(guó)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)自主建造LPG地下洞庫(kù)工程的一個(gè)重要里程碑。

該液化石油氣地下洞庫(kù)從施工建設(shè)、試車(chē)試產(chǎn)至正常運(yùn)行，創(chuàng)造了工程量最大、建設(shè)速度最快、試車(chē)周期最短、質(zhì)量最高、運(yùn)行最安全的紀(jì)錄。

2 洞庫(kù)開(kāi)試車(chē)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(wàn)立方米，拆除水幕封塞623個(gè)，拆除供水管道5059m，是洞庫(kù)試車(chē)的始點(diǎn)，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(jí)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(xù)向丙烷洞水幕巷道注入清凈水至完全淹沒(méi)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(xù)向交通巷道注水至丁烷及LPG洞水幕巷道口；

（9）同時(shí)拆除供水管道及封塞，縮短水幕封塞及供水管道拆除時(shí)間7天，減少水幕孔進(jìn)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(xù)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(guò)程優(yōu)化

（1）將水幕封塞拆除前注水至底部1.5m以上，優(yōu)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(yùn)，效率低，拆除時(shí)間長(zhǎng)，方案優(yōu)化后，水幕封塞采用機(jī)械拆除，拆除的管道通過(guò)車(chē)輛運(yùn)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(jié)省注水時(shí)間25h。

（3）采用邊拆除管道邊注水方式，縮短注水時(shí)間。

（4）將施工人員分為兩支隊(duì)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(gè)水幕封塞同時(shí)拆除，節(jié)省7天。

2.2 CAT（氣密試驗(yàn)）與優(yōu)化[2]

2.2.1 CAT程序

（1）CAT準(zhǔn)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(kù)液位計(jì)及液位開(kāi)關(guān)系統(tǒng)投用；

④壓力及溫度測(cè)量系統(tǒng)投用；

⑤裂隙水泵及產(chǎn)品泵調(diào)試完成并正常運(yùn)行；

⑥SIS及DCS系統(tǒng)調(diào)試完成并正常運(yùn)行；

⑦PA系統(tǒng)投用并正常供應(yīng)。

（2）CAT管道及設(shè)備

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

②通過(guò)臨時(shí)管線(xiàn)、閥門(mén)連接園區(qū)PA線(xiàn)、空壓機(jī)及冷干機(jī)；

③空壓機(jī)、冷干機(jī)入口、出口安裝壓力表，打壓設(shè)備總管進(jìn)、出口安裝溫度表；

④入口總管空氣流量計(jì)。

（3）洞庫(kù)加壓

①打開(kāi)PA線(xiàn)的界區(qū)閥門(mén)，向洞內(nèi)注入壓縮空氣；

②加壓速率≤4.2KPa/h；

③利用冷干機(jī)控制壓縮空氣入口溫度2℃≤t≤ 25℃；

④根據(jù)洞庫(kù)頂部的水位高度=10.2×Pc+25 m控制洞庫(kù)壓力；

⑤當(dāng)洞庫(kù)壓力升至4.5bar或洞庫(kù)每天的升壓速率≤2kPa時(shí)，停止利用PA加壓，改由壓縮機(jī)加壓；

⑥當(dāng)洞庫(kù)壓力升至試驗(yàn)壓力時(shí)，停止加壓；

⑦每小時(shí)記錄洞庫(kù)壓力、溫度、壓縮空氣入口壓力、溫度、流量；

⑧通過(guò)ESG系統(tǒng)記錄洞庫(kù)周?chē)鷾y(cè)壓點(diǎn)每小時(shí)壓力變化及趨勢(shì)。

（4）洞庫(kù)穩(wěn)定階段

①每小時(shí)記錄洞庫(kù)溫度、壓力、水位；

②通過(guò)溫度測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各個(gè)探頭的溫度變化情況；

③當(dāng)溫度測(cè)量系統(tǒng)每24h溫度變化超過(guò)0.1℃的溫度探頭數(shù)少于3個(gè)時(shí)，洞庫(kù)穩(wěn)定階段結(jié)束。

（5）洞庫(kù)氣密測(cè)試階段

每小時(shí)記錄洞庫(kù)的溫度及壓力。

2.2.2 CAT節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

（1）洞庫(kù)加壓方式優(yōu)化

充分利用園區(qū)PA的優(yōu)勢(shì)，在洞庫(kù)壓力≤4.5bar前，用PA替代壓縮機(jī)加壓，降低試車(chē)成本，三個(gè)洞庫(kù)可節(jié)省15臺(tái)壓縮機(jī)及5臺(tái)冷干機(jī)使用9天，節(jié)省壓縮機(jī)及冷干機(jī)的設(shè)備租用費(fèi)及燃油費(fèi)

（2）洞庫(kù)干擾試驗(yàn)優(yōu)化

原方案中，丙烷洞、丁烷洞、LPG洞三個(gè)洞庫(kù)的CAT（氣密試驗(yàn)）單獨(dú)進(jìn)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(shí)間為48天，單洞氣密的目的是保證二個(gè)洞庫(kù)之間在CAT時(shí)的壓力差最大以達(dá)到測(cè)試各個(gè)洞庫(kù)之間是否存在竄氣的可能。經(jīng)過(guò)與GK的溝通協(xié)調(diào)，在完成丙烷洞氣密試驗(yàn)后，同時(shí)向LPG洞及丁烷洞加壓，在完成丁烷洞的氣密試驗(yàn)（CAT）后，將丁烷洞的壓力釋放為0，再開(kāi)始LPG洞的氣密試驗(yàn)（CAT），節(jié)省試車(chē)工期14天。

（3）三個(gè)洞庫(kù)壓縮空氣的重復(fù)利用

在CAT實(shí)際加壓過(guò)程中，利用某裝置的壓縮機(jī)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(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

2.3 氮?dú)庵脫Q與優(yōu)化

在洞庫(kù)完成CAT后，通過(guò)消防管線(xiàn)向洞庫(kù)注水至97%的庫(kù)容，3%的氣相空間需要用氮?dú)庵脫Q至氧含量小于8%，原方案中將氮?dú)庾⑷攵磶?kù)中，壓力升高至700kPaG后，將氮?dú)馀c空氣之混合氣排放至大氣中，注氮時(shí)間7天，排氮?dú)馀c空氣混合氣時(shí)間7天，整個(gè)置換過(guò)程需14天。

為了縮短氮?dú)庵脫Q及抽水時(shí)間，在置換過(guò)程中，我們通過(guò)控制氮?dú)庾⑷胨俾始俺榕潘俾?，?yōu)化了置換方案，采用邊注氮?dú)膺叧樗姆绞?，將每個(gè)洞庫(kù)置換時(shí)間由14天減少為7天，同時(shí)將洞庫(kù)抽水時(shí)間提前13天。

2.4 洞庫(kù)GAS IN（首次進(jìn)氣）、抽水技控措施及風(fēng)險(xiǎn)控制[1]

2.4.1 GAS IN第一階段

GAS IN（首次進(jìn)氣）是洞庫(kù)試車(chē)過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，丙烷洞作為第一個(gè)GAS IN的洞庫(kù)，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(fēng)險(xiǎn)程度最高。

GAS IN要求進(jìn)入洞庫(kù)的氣相溫度介于2～25℃，升壓速率≤4kPa/h。為了確保洞庫(kù)試車(chē)節(jié)點(diǎn)按時(shí)完成，在GAS IN過(guò)程中，既要保證洞庫(kù)升壓速率，又要保證抽水速度。

在丙烷洞GAS IN初始1h內(nèi)，直接利用船上的氣相向丙烷洞注入氣相丙烷，由于環(huán)境溫度下降較快，碼頭至洞庫(kù)的管線(xiàn)長(zhǎng)5000m，由船上輸送溫度為4～5℃的丙烷氣相到達(dá)洞庫(kù)后已降至0℃以下，立即調(diào)整了GAS IN的方式，由船上直接供氣相改為供液相，再通過(guò)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(dá)到飽和蒸汽壓后，停止氣相注入，改由液相注入，洞庫(kù)進(jìn)入GAS IN的第二階段。在液相注入時(shí)，要注意控制好丙烷液相的注入速度與洞庫(kù)的排水速度，特別要控制洞庫(kù)壓力變化速率不能超過(guò)4kPa/h。

項(xiàng)目試車(chē)當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度較低，晚上溫度低于-2℃，船上液貨溫度為2～4℃，在經(jīng)過(guò)5000m的管線(xiàn)到達(dá)豎井區(qū)后，溫度下降較多。由于液相注入時(shí)沒(méi)有經(jīng)過(guò)換熱器，為了確保洞庫(kù)安全，在晚上環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，暫停液相丙烷注入。

2.4.3 洞庫(kù)抽水最后風(fēng)險(xiǎn)控制措施

當(dāng)洞庫(kù)水位達(dá)到離底板以上1.5m時(shí)，洞庫(kù)進(jìn)入最后抽水階段，此時(shí)由于水中液化氣含量明顯升高，且洞庫(kù)排水是通過(guò)周邊的雨水渠，雨水管網(wǎng)走向較復(fù)雜，相關(guān)裝置眾多。在洞庫(kù)排水期間，部分裝置正在進(jìn)行管線(xiàn)吹掃、氣密、置換等操作，有的裝置還有動(dòng)火作業(yè)，一旦洞庫(kù)抽出的水中夾帶有大量的液化氣將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

洞庫(kù)操作人員每天24小時(shí)對(duì)排水口的可燃?xì)怏w持續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到25%時(shí)，將抽水流量降低至100～150t/h，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到50%時(shí)暫停抽水。

在洞庫(kù)抽水期間，特別是抽水的最后階段，由于液位開(kāi)關(guān)及超聲波液位計(jì)、伺服液位計(jì)存在不確定的誤差，很難判斷水位的準(zhǔn)確位置，這對(duì)洞庫(kù)抽水造成較大的風(fēng)險(xiǎn)，DCS操作人員通過(guò)洞庫(kù)水位變化趨勢(shì)、產(chǎn)品泵的電流變化、裂隙水泵套管壓力變化的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)洞庫(kù)水位下降速度由1～2cm/h增加為10～20cm/h時(shí)，停止產(chǎn)品泵抽水，改為裂隙水泵抽水，當(dāng)裂隙水泵套管壓力由0增加為30～40kPa時(shí)，停止裂隙水泵。

另外，根據(jù)U形管原理及丙烷、丁烷、LPG與水密度的差異，對(duì)液位開(kāi)關(guān)、超聲波液位計(jì)、伺服液位計(jì)顯示的液位與洞庫(kù)的真實(shí)液位進(jìn)行修正，ρ水gH水=ρLPGgHLPG。

通過(guò)以上多種方式的組合，準(zhǔn)確判斷了洞庫(kù)水位的實(shí)際位置，控制了抽水速度、抽水時(shí)間及停泵時(shí)間，洞庫(kù)終于達(dá)到正常操作水位。

3 結(jié)語(yǔ)

該液化石油氣地下洞庫(kù)從2014年10月13日開(kāi)始交通巷道注水，歷經(jīng)洞庫(kù)氣密（CAT）、氮?dú)庵脫Q、注水、GAS IN、抽水等六個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(kù)試車(chē)的過(guò)程中，我們根據(jù)實(shí)際情況及遇到的問(wèn)題，在確保安全試車(chē)的前提下，通過(guò)巷道注水、氣密試驗(yàn)、GAS IN三個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化，縮短了試車(chē)時(shí)間，節(jié)省了試車(chē)成本，并積累了寶貴的地下洞庫(kù)試車(chē)經(jīng)驗(yàn)。

不足:

（1）因受船期的影響，洞庫(kù)在GAS IN的過(guò)程中停止抽水等待物料，延緩洞庫(kù)的投用時(shí)間；

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

（3）洞庫(kù)伺服液位計(jì)在試車(chē)過(guò)程出現(xiàn)故障，無(wú)法依靠液位測(cè)量系統(tǒng)判斷物料及水位的位置，增加了最后抽水階段的風(fēng)險(xiǎn)。

下一步工作展望:

（1）聯(lián)系伺服液位廠(chǎng)家一個(gè)月內(nèi)修復(fù)洞庫(kù)伺服液位計(jì)，保證洞庫(kù)液位系統(tǒng)正常運(yùn)行，對(duì)洞庫(kù)水位及LPG液位進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)控；

（2）根據(jù)本次試車(chē)遇到的問(wèn)題及教訓(xùn)，與法國(guó)GEOSTOCK專(zhuān)家交流，優(yōu)化洞庫(kù)的日常運(yùn)行與管理；

（3）在行業(yè)內(nèi)推廣本次洞庫(kù)試車(chē)的經(jīng)驗(yàn)，為中國(guó)液化石油氣地下洞庫(kù)試車(chē)及運(yùn)行提供實(shí)踐指導(dǎo)。