近年來，一些煉油裝置的多級離心泵出口設置聯鎖閥的現象越來越普遍，主要用于避免停泵時的高壓介質反串。為分析聯鎖設置對泵安全的影響，本文在對多級離心泵出口設置聯鎖閥的充分必要性進行深入分析的基礎上，對設置聯鎖閥可能產生的誤跳車情況及其可能的水錘現象進行深入分析。結果表明，多級離心泵出口設置聯鎖閥的必要性值得商榷，設置時要充分考慮閥門的關閉時間對系統安全的影響。

1、引言

　　多級離心泵由于能提供足夠高壓頭和大流量，一直作為化工流程泵的首選應用于涉及中高壓的石化等過程裝置中。如加氫裂化裝置的加氫進料泵壓頭高達16.8MPa，泵的驅動電機功率高達2750kW。加氫進料泵一旦發生故障，將直接導致全裝置流程的中斷，后果十分嚴重，如何確保此類大型高參數設備的安全是石化等流程裝置操作人員重點關注的問題。

　　近年來，隨著功能安全完整性評估技術的發展，在一些對全裝置甚至全廠具有至關重要的關鍵設備上設置用于安全保障的安全聯鎖系統(SIS)已成為業界的普遍做法。特別是隨著國際電工學會推出IEC61508 及IEC61511 標準后，采用安全聯鎖系統對設備及工藝過程提供安全保護已越來越普遍。然而SIS在實際應用中，由于設備制造企業與設備使用單位在安全保障目標方面存在的不一致，往往可能導致聯鎖設置不合理，嚴重時聯鎖設置存在的副作用可能導致工藝或設備發生危險，因此在一些新設備或新工藝上設置安全聯鎖系統需要進行系統分析。

　　多級高壓離心泵出口是否需要設置聯鎖閥，以及聯鎖閥設置的目的及可能的影響一直是近年來加氫裂化裝置設備管理人員所面臨的問題。一些在多級離心泵上設置的聯鎖不盡合理，如洛陽工程公司宋小寧等對某加氫進料泵出口流量聯鎖的充分必要性進行了分析，指出聯鎖設置存在一定的安全隱患，并給出了相應的解決方案。隨著千萬噸煉油裝置的不斷興建，一些在多級離心泵上設置的聯鎖閥已越來越多地出現在裝置的工藝設計中，這些聯鎖設置的充分必要性及對裝置安全的影響還存在一定爭議。本文以近年來開展的功能安全完整性評估(SIL)技術為基礎，對多級離心泵出口聯鎖設置對裝置安全的影響進行分析。

2、多級離心泵出口聯鎖設置

　　早期的加氫裂化裝置中，一般不設置專門用于停泵時逆流保護的聯鎖，避免停泵時高壓側液體反串主要采用單向閥，通常由兩只串聯的單向閥進行保護。隨著加氫裂化裝置生產能力的提高，一些用于加氫進料泵保護的聯鎖逐漸得到應用，最典型的是加氫進料泵總管出口設置聯鎖閥。某220萬噸/年加氫進料泵出口設置的聯鎖如圖1 所示。

圖1 加氫進料泵P&ID 簡圖

　　從圖可以看出，泵上設置了入口流量聯鎖與出口流量聯鎖。裝置的聯鎖邏輯圖顯示，聯鎖的目的主要包括以下3 個，即入口流量低低停泵聯鎖、出口流量低低停泵聯鎖以及出口流量低低切斷總管出口閥聯鎖。本文重點對出口流量低低時停泵以及流量低低時切斷出口聯鎖閥的充分必要性進行分析。

3、聯鎖設置的充分必要性

　　依據IEC61511 相關標準，開展針對聯鎖系統的安全完整性等級評估中，需要對聯鎖的充分必要性進行分析，即需要對觸發聯鎖動作的原因、聯鎖動作的后果進行深入分析。針對多級離心泵聯鎖設置的實際情況，依據IEC61511 標準進行了聯鎖的充分必要性分析，如表1、2 所示。

表1 離心泵聯鎖設置的充分性分析

表2 離心泵聯鎖設置的必要性分析

　　從表中可以看出，出口流量低低聯鎖設置后，從充分性上分析可以避免泵發生特定情況的失效，但從必要性方面分析表明，避免上述失效后果的產生，都具有不止一個措施。就串壓防護而言，有3 個可供選擇的處理方法; 就泵低流量防護而言，有2 個可供選擇的處理方法。可見，上述聯鎖設置的充分性足夠，但必要性不強。聯鎖設置不恰當可能會帶來嚴重的副作用，如總管出口聯鎖閥誤關可能導致泵出口發生水錘現象，可能威脅到泵及管道的安全，本文將針對總管出口聯鎖閥的誤跳車可能引發的液擊進行分析。

4、誤跳引發的水錘現象及聯鎖設置要求

　　針對某加氫裂化裝置加氫進料泵聯鎖閥的設置特點，對聯鎖閥發生誤跳的后果進行分析，并用于指導聯鎖系統的設置。

　　某裝置設計管道直徑為DN300，管道公稱壓力42MPa，設計壓力21MPa，設計溫度為350℃，材料為碳鋼。泵的最大工作流量為87.4kg /s，額定排出壓力為16.8MPa，輸送溫度為185℃，密度為814.7kg/m3 的高溫蠟油。采用InstruCalc 軟件對聯鎖閥誤關可能導致的水錘現象可能引發的超壓進行了分析。

4.1、管道長度對閥門最小關閉時間的要求

　　由于缺乏管道空視圖等詳細設計資料，為研究方便，本文僅對閥前管道長度對聯鎖閥誤關時產生的水錘現象進行分析。采用InstruCalc 計算得到設計壓力為21MPa 時，為確保水錘現象產生時引發的管內壓力不大于管道設計壓力的閥門最小關閉時間，結果如圖2 所示。

圖2 管道長度對閥門最小關閉時間的影響

　　從圖中可以看出，隨著管道長度的增加，避免聯鎖閥誤關引起的管內因水錘而超壓的閥門關閉時間也逐漸增加。總體而言，閥門最小關閉時間與管道長度呈正比。即就避免管道因閥門誤關而超壓損壞而言，閥前管道越長，所需的聯鎖閥執行時間也越長。聯鎖閥執行關閉越迅速，產生的水錘現象越嚴重，對管道及泵的安全影響越嚴重。可見，若泵總管出口要設置聯鎖閥，從降低閥門誤關時水錘的危害出發，宜將出口閥設置于距離泵相對較近的位置。若無法滿足要求，應適當提高聯鎖閥關閉時間。

4.2、設計壓力對閥門最小關閉時間的要求

　　采用同樣的方法，對管道設計壓力對多級離心泵出口總管上聯鎖閥的最小關閉時間的影響進行了計算，結果如圖3 所示。

圖3 管道設計壓力對閥門最小關閉時間的影響

　　從圖中可以看出，隨著管道設計壓力的增加，確保管道安全的閥門的最小關閉時間也相應減小，但最小關閉時間的變化與管道設計壓力的變化并不呈線性關系。選用壓力等級越高的管道，管上閥門切斷時間要求越寬松。若管道設計壓力與泵壓頭相差較近，則應適當增加聯鎖閥關閉時間以確保安全。有關聯鎖閥關閉時間的要求，可以選配不同規格的電磁閥以進行閥門開關時間的控制。

5、結語

　　本文針對多級離心泵在實際使用中設置的出口流量聯鎖進行分析，對泵設置流量低低停泵和關出口閥兩個聯鎖回路的充分必要性進行了分析，結果表明，總管出口流量低低聯鎖停泵與關泵總管出口聯鎖閥的充分性可以滿足要求，但必要性不足。特別是聯鎖閥的設置，一旦誤跳車可能導致嚴重后果。針對總管出口閥誤關可能引發的水錘現象，分析表明總管出口閥距離泵越遠，為避免水錘現象危及聯鎖閥的安全，聯鎖閥的關閉時間要求越長。而管道設計壓力與接近多級泵的壓頭，避免水錘現象引發超壓，聯鎖閥的最小關閉時間越大。基于上述分析結果對多級離心泵出口聯鎖設置具有一定的指導作用。