盐穴储气库工程联锁逻辑设计

齐长勇

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266100)

近年来，国内民众环保意识日趋增强，天然气作为一种绿色环保的清洁能源，越来越受到人们的青睐。盐穴储气库通过将地下盐层溶解排出,形成地下腔体用于储存天然气。盐穴储气库作为天然气长输管线的重要补充，能起到应急和调峰的作用，保证了城市燃气供应的稳定性[1]。

1 盐穴储气库工程工艺概述

根据物理位置划分，可将盐穴储气库工艺分为三大工艺区块，分别为：注采站工艺部分、注采站至井场的管线部分、井场工艺部分[2]。由于上游天然气至注采站的长输管线工艺属于长输管线分支，本文不展开讨论。

注采站工艺是整个储气库工程的核心工艺，可分为注气工艺和采气工艺两部分。在注气工艺中，来自于上游的天然气到达注采站后，先后经过过滤器、注气计量撬、压缩机撬，从而使得天然气具备了进入储气库的条件。在采气工艺中，经井场输送而来的天然气先后经过分离器、调压撬、脱水撬、计量撬等最终输送给下游用户。

井场工艺部分和注采站至井场间的工艺管线部分对天然气的顺利注入和采出也起到了关键的作用。井场工艺部分主要分为地面部分和地下部分，注采气树作为井场工艺的核心设备对保证注采气的顺利实施，保证地下储气库的安全起到了至关重要的作用。

2 安全仪表系统

储气库工程具有易燃、易爆以及高压的特点，局部管线压力可达到16.0 MPa。为了保证人员和设备的安全，并根据规范要求，储气库工程需设置安全仪表系统并独立于过程过程控制系统[3]。安全仪表系统采用三重化冗余结构，安全完整性满足SIL3等级要求。安全仪表系统的电源、CPU以及卡件等关键元件应采用冗余配置[4]，所有联锁逻辑按照事故安全型设计[5-6]。

3 联锁逻辑设计

3.1 设置原则

通过分析储气库工艺流程，完成联锁逻辑的最优化设计，是安全仪表系统正常搭建的关键所在。根据储气库工艺流程划分，可将联锁逻辑划分为三级[7]，第一级为全厂级联锁，第二级为注采气工艺级联锁，第三级为设备级联锁。

3.2 全厂级联锁

当厂区出现火灾、地震以及不可抗自然灾害时，应启动全厂级联锁，从而可以最大限度的保障人员、设备安全。该级别联锁可通过辅操台或现场的硬按钮触发，该联锁动作至少应联锁切断以下仪表设备：上游天然气至注采站管线开关阀、注采站至井场间管线开关阀、注采站汇管下游注气总管开关阀、注采站汇管上游采气总管开关阀、注气压缩机。上游天然气至注采站管线主要指的是天然气长输管线注采站内的部分，如川气东送、西气东输等长输管线的干线或支线。全厂级联锁逻辑示意图见图1所示。

图1 全厂级联锁逻辑示意图

3.3 注采气工艺级联锁

注采气工艺级联锁属于第二级别联锁，可分为注气工艺紧急停车、采气工艺紧急停车、注气工艺注气主管压力高高联锁、采气工艺采气主管压力高高联锁和上游天然气进站压力高高联锁，井场注采气主管线压降速率高高联锁。

3.3.1 注采气工艺紧急停车联锁

当储气库正在运行注气工艺时，如果整个工艺在运行过程中发现异常工况(如设备或管道法兰泄漏无法及时处理)，此时可通过人工触发紧急停车按钮的方式将整个工艺流程转到安全状态。在注气工艺处于此种工况时，需要联锁切断的仪表设备有：上游天然气至注采站管线开关阀、注采站汇管下游注气总管开关阀、注气压缩机。注气工艺联锁逻辑示意图见图2所示。

图2 注气工艺联锁逻辑示意图

如储气库运行采气工艺时出现类似异常工况，需要联锁切断的仪表设备有：上游天然气至注采站管线开关阀、注采站汇管上游采气总管开关阀。

3.3.2 注气工艺注气主管压力高高联锁

根据HAZOP分析，在注气主管线设置三台压力变送器，三台压力变送器组成三取二联锁逻辑。当注气主管线压力高高时，三台压力变送器三取二联锁切断上游天然气至注采站管线开关阀、注采站汇管下游注气总管开关阀、注气压缩机。注气工艺注气主管压力高高联锁逻辑示意图见图3所示。

图3 注气工艺注气主管压力高高联锁逻辑示意图

采气工艺与注气工艺类似，同样在采气主管线设置三台压力变送器，组成压力高高三取二联锁逻辑。在采气工艺需要联锁切断的仪表设备有：上游天然气至注采站管线开关阀、注采站汇管上游采气总管开关阀。

3.3.3 上游天然气进站压力高高联锁

上游天然气进站管线压力高高联锁与注气工艺注气主管压力高高联锁采用相同的联锁设计方案。在进站管线设置压力变送器三取二联锁逻辑。压力高高时需要联锁切断的设备有：变送器对应的上游天然气至注采站管线开关阀、注气压缩机。

3.3.4 井场注采气主管线压降速率高高联锁

当井场注采气总管压降速率高高时，设置于井场的SIS子系统应发出联锁信号关闭设置于注采气总管线上的气动阀门，保证地下储气库的安全。

3.4 设备级联锁

设备级联锁属于第三级联锁。当此级别的联锁启动时，系统会通过联锁手段切除故障或者异常设备，不会造成整个注气工艺或者采气工艺的联锁停车。当联锁条件消除或者现场故障排除后，异常设备会继续投入使用。储气库工程主要设备级联锁见表1所示。表1中列出了设备级联锁原因、结果以及关联仪表。通过设置第三级联锁，保证了现场设备的安全。

表1 设备级联锁因果表

4 结束语

通过分析储气库工程的工艺流程，研究了储气库运行过程中可能出现的异常工况，设计了一套行之有效的联锁逻辑因果关系。在联锁因果关系中，将储气库运行过程中的异常工况作为联锁条件，通过设置合理的监控仪表对异常工况进行监控，安全仪表系统进而发出联锁动作使得储气库、设备等执行紧急停车指令，避免了安全事故的发生，保证了人员和设备的安全。