鹽穴儲氣庫工程聯(lián)鎖邏輯設(shè)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(nèi)民眾環(huán)保意識日趨增強，天然氣作為一種綠色環(huán)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(yīng)急和調(diào)峰的作用，保證了城市燃氣供應(yīng)的穩(wěn)定性[1]。

1 鹽穴儲氣庫工程工藝概述

根據(jù)物理位置劃分，可將鹽穴儲氣庫工藝分為三大工藝區(qū)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(jīng)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(jīng)井場輸送而來的天然氣先后經(jīng)過分離器、調(diào)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(guān)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(shè)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(guān)重要的作用。

2 安全儀表系統(tǒng)

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(shè)備的安全，并根據(jù)規(guī)范要求，儲氣庫工程需設(shè)置安全儀表系統(tǒng)并獨立于過程過程控制系統(tǒng)[3]。安全儀表系統(tǒng)采用三重化冗余結(jié)構(gòu)，安全完整性滿足SIL3等級要求。安全儀表系統(tǒng)的電源、CPU以及卡件等關(guān)鍵元件應(yīng)采用冗余配置[4]，所有聯(lián)鎖邏輯按照事故安全型設(shè)計[5-6]。

3 聯(lián)鎖邏輯設(shè)計

3.1 設(shè)置原則

通過分析儲氣庫工藝流程，完成聯(lián)鎖邏輯的最優(yōu)化設(shè)計，是安全儀表系統(tǒng)正常搭建的關(guān)鍵所在。根據(jù)儲氣庫工藝流程劃分，可將聯(lián)鎖邏輯劃分為三級[7]，第一級為全廠級聯(lián)鎖，第二級為注采氣工藝級聯(lián)鎖，第三級為設(shè)備級聯(lián)鎖。

3.2 全廠級聯(lián)鎖

當(dāng)廠區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)、地震以及不可抗自然災(zāi)害時，應(yīng)啟動全廠級聯(lián)鎖，從而可以最大限度的保障人員、設(shè)備安全。該級別聯(lián)鎖可通過輔操臺或現(xiàn)場的硬按鈕觸發(fā)，該聯(lián)鎖動作至少應(yīng)聯(lián)鎖切斷以下儀表設(shè)備：上游天然氣至注采站管線開關(guān)閥、注采站至井場間管線開關(guān)閥、注采站匯管下游注氣總管開關(guān)閥、注采站匯管上游采氣總管開關(guān)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(nèi)的部分，如川氣東送、西氣東輸?shù)乳L輸管線的干線或支線。全廠級聯(lián)鎖邏輯示意圖見圖1所示。

圖1 全廠級聯(lián)鎖邏輯示意圖

3.3 注采氣工藝級聯(lián)鎖

注采氣工藝級聯(lián)鎖屬于第二級別聯(lián)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(lián)鎖、采氣工藝采氣主管壓力高高聯(lián)鎖和上游天然氣進站壓力高高聯(lián)鎖，井場注采氣主管線壓降速率高高聯(lián)鎖。

3.3.1 注采氣工藝緊急停車聯(lián)鎖

當(dāng)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(fā)現(xiàn)異常工況(如設(shè)備或管道法蘭泄漏無法及時處理)，此時可通過人工觸發(fā)緊急停車按鈕的方式將整個工藝流程轉(zhuǎn)到安全狀態(tài)。在注氣工藝處于此種工況時，需要聯(lián)鎖切斷的儀表設(shè)備有：上游天然氣至注采站管線開關(guān)閥、注采站匯管下游注氣總管開關(guān)閥、注氣壓縮機。注氣工藝聯(lián)鎖邏輯示意圖見圖2所示。

圖2 注氣工藝聯(lián)鎖邏輯示意圖

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

3.3.2 注氣工藝注氣主管壓力高高聯(lián)鎖

根據(jù)HAZOP分析，在注氣主管線設(shè)置三臺壓力變送器，三臺壓力變送器組成三取二聯(lián)鎖邏輯。當(dāng)注氣主管線壓力高高時，三臺壓力變送器三取二聯(lián)鎖切斷上游天然氣至注采站管線開關(guān)閥、注采站匯管下游注氣總管開關(guān)閥、注氣壓縮機。注氣工藝注氣主管壓力高高聯(lián)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(lián)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(shè)置三臺壓力變送器，組成壓力高高三取二聯(lián)鎖邏輯。在采氣工藝需要聯(lián)鎖切斷的儀表設(shè)備有：上游天然氣至注采站管線開關(guān)閥、注采站匯管上游采氣總管開關(guān)閥。

3.3.3 上游天然氣進站壓力高高聯(lián)鎖

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

3.3.4 井場注采氣主管線壓降速率高高聯(lián)鎖

當(dāng)井場注采氣總管壓降速率高高時，設(shè)置于井場的SIS子系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出聯(lián)鎖信號關(guān)閉設(shè)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(shè)備級聯(lián)鎖

設(shè)備級聯(lián)鎖屬于第三級聯(lián)鎖。當(dāng)此級別的聯(lián)鎖啟動時，系統(tǒng)會通過聯(lián)鎖手段切除故障或者異常設(shè)備，不會造成整個注氣工藝或者采氣工藝的聯(lián)鎖停車。當(dāng)聯(lián)鎖條件消除或者現(xiàn)場故障排除后，異常設(shè)備會繼續(xù)投入使用。儲氣庫工程主要設(shè)備級聯(lián)鎖見表1所示。表1中列出了設(shè)備級聯(lián)鎖原因、結(jié)果以及關(guān)聯(lián)儀表。通過設(shè)置第三級聯(lián)鎖，保證了現(xiàn)場設(shè)備的安全。

表1 設(shè)備級聯(lián)鎖因果表

4 結(jié)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(xiàn)的異常工況，設(shè)計了一套行之有效的聯(lián)鎖邏輯因果關(guān)系。在聯(lián)鎖因果關(guān)系中，將儲氣庫運行過程中的異常工況作為聯(lián)鎖條件，通過設(shè)置合理的監(jiān)控儀表對異常工況進行監(jiān)控，安全儀表系統(tǒng)進而發(fā)出聯(lián)鎖動作使得儲氣庫、設(shè)備等執(zhí)行緊急停車指令，避免了安全事故的發(fā)生，保證了人員和設(shè)備的安全。