鹽穴儲氣庫工程聯鎖邏輯設計

齊長勇

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

近年來，國內民眾環保意識日趨增強，天然氣作為一種綠色環保的清潔能源，越來越受到人們的青睞。鹽穴儲氣庫通過將地下鹽層溶解排出,形成地下腔體用于儲存天然氣。鹽穴儲氣庫作為天然氣長輸管線的重要補充，能起到應急和調峰的作用，保證了城市燃氣供應的穩定性[1]。

1 鹽穴儲氣庫工程工藝概述

根據物理位置劃分，可將鹽穴儲氣庫工藝分為三大工藝區塊，分別為：注采站工藝部分、注采站至井場的管線部分、井場工藝部分[2]。由于上游天然氣至注采站的長輸管線工藝屬于長輸管線分支，本文不展開討論。

注采站工藝是整個儲氣庫工程的核心工藝，可分為注氣工藝和采氣工藝兩部分。在注氣工藝中，來自于上游的天然氣到達注采站后，先后經過過濾器、注氣計量撬、壓縮機撬，從而使得天然氣具備了進入儲氣庫的條件。在采氣工藝中，經井場輸送而來的天然氣先后經過分離器、調壓撬、脫水撬、計量撬等最終輸送給下游用戶。

井場工藝部分和注采站至井場間的工藝管線部分對天然氣的順利注入和采出也起到了關鍵的作用。井場工藝部分主要分為地面部分和地下部分，注采氣樹作為井場工藝的核心設備對保證注采氣的順利實施，保證地下儲氣庫的安全起到了至關重要的作用。

2 安全儀表系統

儲氣庫工程具有易燃、易爆以及高壓的特點，局部管線壓力可達到16.0 MPa。為了保證人員和設備的安全，并根據規范要求，儲氣庫工程需設置安全儀表系統并獨立于過程過程控制系統[3]。安全儀表系統采用三重化冗余結構，安全完整性滿足SIL3等級要求。安全儀表系統的電源、CPU以及卡件等關鍵元件應采用冗余配置[4]，所有聯鎖邏輯按照事故安全型設計[5-6]。

3 聯鎖邏輯設計

3.1 設置原則

通過分析儲氣庫工藝流程，完成聯鎖邏輯的最優化設計，是安全儀表系統正常搭建的關鍵所在。根據儲氣庫工藝流程劃分，可將聯鎖邏輯劃分為三級[7]，第一級為全廠級聯鎖，第二級為注采氣工藝級聯鎖，第三級為設備級聯鎖。

3.2 全廠級聯鎖

當廠區出現火災、地震以及不可抗自然災害時，應啟動全廠級聯鎖，從而可以最大限度的保障人員、設備安全。該級別聯鎖可通過輔操臺或現場的硬按鈕觸發，該聯鎖動作至少應聯鎖切斷以下儀表設備：上游天然氣至注采站管線開關閥、注采站至井場間管線開關閥、注采站匯管下游注氣總管開關閥、注采站匯管上游采氣總管開關閥、注氣壓縮機。上游天然氣至注采站管線主要指的是天然氣長輸管線注采站內的部分，如川氣東送、西氣東輸等長輸管線的干線或支線。全廠級聯鎖邏輯示意圖見圖1所示。

圖1 全廠級聯鎖邏輯示意圖

3.3 注采氣工藝級聯鎖

注采氣工藝級聯鎖屬于第二級別聯鎖，可分為注氣工藝緊急停車、采氣工藝緊急停車、注氣工藝注氣主管壓力高高聯鎖、采氣工藝采氣主管壓力高高聯鎖和上游天然氣進站壓力高高聯鎖，井場注采氣主管線壓降速率高高聯鎖。

3.3.1 注采氣工藝緊急停車聯鎖

當儲氣庫正在運行注氣工藝時，如果整個工藝在運行過程中發現異常工況(如設備或管道法蘭泄漏無法及時處理)，此時可通過人工觸發緊急停車按鈕的方式將整個工藝流程轉到安全狀態。在注氣工藝處于此種工況時，需要聯鎖切斷的儀表設備有：上游天然氣至注采站管線開關閥、注采站匯管下游注氣總管開關閥、注氣壓縮機。注氣工藝聯鎖邏輯示意圖見圖2所示。

圖2 注氣工藝聯鎖邏輯示意圖

如儲氣庫運行采氣工藝時出現類似異常工況，需要聯鎖切斷的儀表設備有：上游天然氣至注采站管線開關閥、注采站匯管上游采氣總管開關閥。

3.3.2 注氣工藝注氣主管壓力高高聯鎖

根據HAZOP分析，在注氣主管線設置三臺壓力變送器，三臺壓力變送器組成三取二聯鎖邏輯。當注氣主管線壓力高高時，三臺壓力變送器三取二聯鎖切斷上游天然氣至注采站管線開關閥、注采站匯管下游注氣總管開關閥、注氣壓縮機。注氣工藝注氣主管壓力高高聯鎖邏輯示意圖見圖3所示。

圖3 注氣工藝注氣主管壓力高高聯鎖邏輯示意圖

采氣工藝與注氣工藝類似，同樣在采氣主管線設置三臺壓力變送器，組成壓力高高三取二聯鎖邏輯。在采氣工藝需要聯鎖切斷的儀表設備有：上游天然氣至注采站管線開關閥、注采站匯管上游采氣總管開關閥。

3.3.3 上游天然氣進站壓力高高聯鎖

上游天然氣進站管線壓力高高聯鎖與注氣工藝注氣主管壓力高高聯鎖采用相同的聯鎖設計方案。在進站管線設置壓力變送器三取二聯鎖邏輯。壓力高高時需要聯鎖切斷的設備有：變送器對應的上游天然氣至注采站管線開關閥、注氣壓縮機。

3.3.4 井場注采氣主管線壓降速率高高聯鎖

當井場注采氣總管壓降速率高高時，設置于井場的SIS子系統應發出聯鎖信號關閉設置于注采氣總管線上的氣動閥門，保證地下儲氣庫的安全。

3.4 設備級聯鎖

設備級聯鎖屬于第三級聯鎖。當此級別的聯鎖啟動時，系統會通過聯鎖手段切除故障或者異常設備，不會造成整個注氣工藝或者采氣工藝的聯鎖停車。當聯鎖條件消除或者現場故障排除后，異常設備會繼續投入使用。儲氣庫工程主要設備級聯鎖見表1所示。表1中列出了設備級聯鎖原因、結果以及關聯儀表。通過設置第三級聯鎖，保證了現場設備的安全。

表1 設備級聯鎖因果表

4 結束語

通過分析儲氣庫工程的工藝流程，研究了儲氣庫運行過程中可能出現的異常工況，設計了一套行之有效的聯鎖邏輯因果關系。在聯鎖因果關系中，將儲氣庫運行過程中的異常工況作為聯鎖條件，通過設置合理的監控儀表對異常工況進行監控，安全儀表系統進而發出聯鎖動作使得儲氣庫、設備等執行緊急停車指令，避免了安全事故的發生，保證了人員和設備的安全。