齊長(zhǎng)勇

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266100)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)民眾環(huán)保意識(shí)日趨增強(qiáng)，天然氣作為一種綠色環(huán)保的清潔能源，越來(lái)越受到人們的青睞。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)通過(guò)將地下鹽層溶解排出,形成地下腔體用于儲(chǔ)存天然氣。鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)作為天然氣長(zhǎng)輸管線的重要補(bǔ)充，能起到應(yīng)急和調(diào)峰的作用，保證了城市燃?xì)夤?yīng)的穩(wěn)定性[1]。

1 鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)工程工藝概述

根據(jù)物理位置劃分，可將鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)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(chǎng)的管線部分、井場(chǎng)工藝部分[2]。由于上游天然氣至注采站的長(zhǎng)輸管線工藝屬于長(zhǎng)輸管線分支，本文不展開討論。

注采站工藝是整個(gè)儲(chǔ)氣庫(kù)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(lái)自于上游的天然氣到達(dá)注采站后，先后經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、注氣計(jì)量撬、壓縮機(jī)撬，從而使得天然氣具備了進(jìn)入儲(chǔ)氣庫(kù)的條件。在采氣工藝中，經(jīng)井場(chǎng)輸送而來(lái)的天然氣先后經(jīng)過(guò)分離器、調(diào)壓撬、脫水撬、計(jì)量撬等最終輸送給下游用戶。

井場(chǎng)工藝部分和注采站至井場(chǎng)間的工藝管線部分對(duì)天然氣的順利注入和采出也起到了關(guān)鍵的作用。井場(chǎng)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(chǎng)工藝的核心設(shè)備對(duì)保證注采氣的順利實(shí)施，保證地下儲(chǔ)氣庫(kù)的安全起到了至關(guān)重要的作用。

2 安全儀表系統(tǒng)

儲(chǔ)氣庫(kù)工程具有易燃、易爆以及高壓的特點(diǎn)，局部管線壓力可達(dá)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(chǔ)氣庫(kù)工程需設(shè)置安全儀表系統(tǒng)并獨(dú)立于過(guò)程過(guò)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(jí)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(jì)[5-6]。

3 聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)置原則

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

3.2 全廠級(jí)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(shí)，應(yīng)啟動(dòng)全廠級(jí)聯(lián)鎖，從而可以最大限度的保障人員、設(shè)備安全。該級(jí)別聯(lián)鎖可通過(guò)輔操臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)的硬按鈕觸發(fā)，該聯(lián)鎖動(dòng)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(chǎng)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(jī)。上游天然氣至注采站管線主要指的是天然氣長(zhǎng)輸管線注采站內(nèi)的部分，如川氣東送、西氣東輸?shù)乳L(zhǎng)輸管線的干線或支線。全廠級(jí)聯(lián)鎖邏輯示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 全廠級(jí)聯(lián)鎖邏輯示意圖

3.3 注采氣工藝級(jí)聯(lián)鎖

注采氣工藝級(jí)聯(lián)鎖屬于第二級(jí)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(jìn)站壓力高高聯(lián)鎖，井場(chǎng)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(chǔ)氣庫(kù)正在運(yùn)行注氣工藝時(shí)，如果整個(gè)工藝在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常工況(如設(shè)備或管道法蘭泄漏無(wú)法及時(shí)處理)，此時(shí)可通過(guò)人工觸發(fā)緊急停車按鈕的方式將整個(gè)工藝流程轉(zhuǎn)到安全狀態(tài)。在注氣工藝處于此種工況時(shí)，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(jī)。注氣工藝聯(lián)鎖邏輯示意圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 注氣工藝聯(lián)鎖邏輯示意圖

如儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行采氣工藝時(shí)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(tái)壓力變送器，三臺(tái)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(shí)，三臺(tái)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(jī)。注氣工藝注氣主管壓力高高聯(lián)鎖邏輯示意圖見(jiàn)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(tái)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(jìn)站壓力高高聯(lián)鎖

上游天然氣進(jìn)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(jì)方案。在進(jìn)站管線設(shè)置壓力變送器三取二聯(lián)鎖邏輯。壓力高高時(shí)需要聯(lián)鎖切斷的設(shè)備有：變送器對(duì)應(yīng)的上游天然氣至注采站管線開關(guān)閥、注氣壓縮機(jī)。

3.3.4 井場(chǎng)注采氣主管線壓降速率高高聯(lián)鎖

當(dāng)井場(chǎng)注采氣總管壓降速率高高時(shí)，設(shè)置于井場(chǎng)的SIS子系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)關(guān)閉設(shè)置于注采氣總管線上的氣動(dòng)閥門，保證地下儲(chǔ)氣庫(kù)的安全。

3.4 設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖

設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖屬于第三級(jí)聯(lián)鎖。當(dāng)此級(jí)別的聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聯(lián)鎖手段切除故障或者異常設(shè)備，不會(huì)造成整個(gè)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(chǎng)故障排除后，異常設(shè)備會(huì)繼續(xù)投入使用。儲(chǔ)氣庫(kù)工程主要設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖見(jiàn)表1所示。表1中列出了設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖原因、結(jié)果以及關(guān)聯(lián)儀表。通過(guò)設(shè)置第三級(jí)聯(lián)鎖，保證了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全。

表1 設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖因果表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析儲(chǔ)氣庫(kù)工程的工藝流程，研究了儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常工況，設(shè)計(jì)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(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中的異常工況作為聯(lián)鎖條件，通過(guò)設(shè)置合理的監(jiān)控儀表對(duì)異常工況進(jìn)行監(jiān)控，安全儀表系統(tǒng)進(jìn)而發(fā)出聯(lián)鎖動(dòng)作使得儲(chǔ)氣庫(kù)、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。