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安全儀表系統(tǒng)在汽油加氫裝置的應(yīng)用與安全性分析

文檔作者：馬科斌文檔來源：中石飩澍南油田分公司南陽石蠟精細(xì)化工廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月04日
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化工tl動、化及一，儀表第40卷
安全儀表系統(tǒng)在汽油加氫裝置的應(yīng)用與
安全性分析
馬科斌
(中石飩澍南油田分公司南陽石蠟精細(xì)化工廠，河南南陽473132)
擅要南陽石蠟精鉀化工廠的汽油加氫裝置工藝過程復(fù)雜，為高溫、高壓且臨’氫攆作，工藝介質(zhì)易燃、
易^爆。為確保摹王的安全、可靠爭連續(xù)長周期運行，設(shè)置了一套獨立的安全儀表系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的安
全性能進(jìn)行了分析。
關(guān)麓詞安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鑷安全性能分析
中圈分類號T1189 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B 文章編號1000-3932(2013)014)094-03
中石化河南油田分公司南陽石蠟精細(xì)化工廠
是一家以燃料和潤滑油(蠟)為產(chǎn)品的化工企業(yè)，
其中l(wèi)o萬t／a汽油加氫芳構(gòu)裝置薏該企業(yè)的重
要裝置之一。其中主要設(shè)備約有50奢；其中反應(yīng)
器兩臺、塔器3臺、換熱器14臺、加熱妒l臺、壓
縮機4臺、泵類17臺。．
該裝置工藝過程復(fù)雜，為高溫、高壓且臨氫操
作，工藝介質(zhì)易燃、易爆，因此，實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安
全、穩(wěn)定、高效運行不僅是提高效益的關(guān)鍵，而且
對于生產(chǎn)人員、關(guān)鍵和重要設(shè)備(特別是反應(yīng)部
分的高溫、中壓和臨氫設(shè)備、壓縮機組)的安全運
行十分重要。為此，企業(yè)選用一套獨立的安全儀
表系統(tǒng)(SIS)來實現(xiàn)對裝置的安全控制。
1 系統(tǒng)配置及聯(lián)鎖控鋪方案
1．1系統(tǒng)規(guī)模及配置
經(jīng)比對，該裝置采用ICS Triplex公司的
Trusted TMR安全儀表系統(tǒng)。整個系統(tǒng)主要由一
個控制站、一個遠(yuǎn)程I／O機柜、一個工程師站、
一個顯示操作站和一個輔助操作臺組成?？刂?
站和工程師站放在現(xiàn)場機柜室，工程師站用于
調(diào)試組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)：同時還具有順序事件的
記錄(SOE)功能。遠(yuǎn)程I／O機柜、顯示操作站和
輔助操作臺均集中在聯(lián)合控制室內(nèi)，進(jìn)行集中
操作、控制和管理。考慮到規(guī)場機柜室與聯(lián)合
控制室的距離比較遠(yuǎn)(相距約700m)，二者之問
采用冗余鎧裝單模光纖進(jìn)行連接。輔助操作臺
內(nèi)安裝操作按鈕和燈屏信號，使用信號電纜與
遠(yuǎn)程I／O機柜相連。
1．2主要聯(lián)鎖保護(hù)控制方案
本裝置共設(shè)置了9套安全儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)，主
要有緊急泄壓安全儀表系統(tǒng)、反應(yīng)迸料加熱爐安
全儀表系統(tǒng)j、循環(huán)氫壓縮機安全儀表系統(tǒng)、加氫進(jìn)
料泵安全儀表系統(tǒng)以及新氫壓縮機安全儀表系統(tǒng)
等。筆者就其中幾種系統(tǒng)傲了簡單介紹。
1．2．1 緊急泄壓安全儀表系統(tǒng)
緊急泄壓安全儀表系統(tǒng)的啟動條件為：芳構(gòu)
化反應(yīng)器的熱點溫度接近設(shè)計溫度，并有明顯上
升趨勢；設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重事故或現(xiàn)場發(fā)生重大火災(zāi)。
發(fā)生上述情況時，由人工手動啟動輔操臺上的緊
急泄壓按鈕，打開緊急放空閥XOV20701放火炬。
該系統(tǒng)的聯(lián)鎖動作為：新氫壓縮機零負(fù)荷。人
工判斷是否停機；人工判斷是否停循環(huán)氫壓縮機；
加氧進(jìn)j18I泵停車；停反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，關(guān)燃料氣主
火嘴切斷闐XCV20402。
1．2。2循環(huán)氫壓縮機安全儀表系統(tǒng)
循環(huán)氫壓縮機安全儀表系統(tǒng)的啟動條件為：
壓縮機入口分液罐液位高高；循環(huán)氫壓縮機機身
故障；手動停循環(huán)氫壓縮機。
該系統(tǒng)的聯(lián)鎖動作為：人工判斷是否打開緊
急放空閥XOV20701，新氫壓縮機零負(fù)荷(人工判
斷是否停機)；加氫進(jìn)料泵停車；停反應(yīng)進(jìn)料加熱
爐，關(guān)燃料氣主火嘴切斷閥XCV20402(常明燈不
熄火)；停循環(huán)氫壓縮機。
收稿日期：2012-05-29
萬方數(shù)據(jù)
第1期馬科斌．安全儀表系統(tǒng)在汽油加氫裝置的應(yīng)用與安全性分析95
1．2．3加氫進(jìn)料泵安全儀表系統(tǒng)
加氫進(jìn)料泵安全儀表系統(tǒng)的啟動條件為：
0．3MPa／min緊急泄壓；循環(huán)氫壓縮機停機}加氫
進(jìn)料泵機身故障；手動停加氫進(jìn)料泵。
該系統(tǒng)的聯(lián)鎖動作為：停反應(yīng)進(jìn)料加熱爐，關(guān)
燃料氣主火嘴切斷閥XCV20402；關(guān)閉泵出口切
斷閥FV20201。
2安全性能分析
依據(jù)該裝置SIL3級的要求，所選用的SIS系
統(tǒng)必須具有TUV的AK6級認(rèn)證(TnV認(rèn)證是德國
萊茵技術(shù)認(rèn)證機構(gòu)，該機構(gòu)專門對電子產(chǎn)品的安
全性進(jìn)行認(rèn)證，對安全型控制系統(tǒng)的認(rèn)證具有最
高權(quán)威性，TttV的AK6級標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)于IEC和ISA
安全標(biāo)準(zhǔn)的3級)。經(jīng)過技術(shù)交流和商務(wù)投標(biāo)，最
后ICS Triplex公司的Trusted TMB安全儀表系統(tǒng)
中標(biāo)，該系統(tǒng)中所有軟硬件都通過了TtIV的AK6
級認(rèn)證。
2．1處理器模塊1"8110B
SIS系統(tǒng)采用的是Trusted TMR處理器
T8110B，該處理器采用基于步鎖定同步的TMR
結(jié)構(gòu)的容錯設(shè)計。模塊包括3個處理器故障限制
區(qū)(愆Kn每個處理器包括一個Motorola Power
Pc系列處理器和相關(guān)的存儲器；每個處理器故障
限制區(qū)(FCR)通過3取2表決讀訪問其他兩個處
理器敝障限制區(qū)的內(nèi)存系統(tǒng)以消除系統(tǒng)的偏差操
作。模塊的3個處理器同時保存與執(zhí)行應(yīng)用程
序，掃描和更新I／O模塊，并且檢測系統(tǒng)故障。每
個處理器單獨地執(zhí)行應(yīng)用程序，但始終與其他兩
個處理器處于步鎖定同步。如果3個處理器中的
一個出現(xiàn)偏離，額外的機制將允許故障的處理器
與其他兩個處理器重新同步。
2．2 I／O模塊
每個I／O模件內(nèi)有3個獨立的分電路，輸入
模塊的每個分電路讀入過程數(shù)據(jù)并將此信息送至
各主處理器。3個主處理器可利用其專有的高速
三重化總線進(jìn)行相互間的通信。每掃描一次，3
個主處理器便通過三重化總線與其相鄰兩個主處
理器進(jìn)行通信，達(dá)到同步；同時三重化總線可對數(shù)
字輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行表決、對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并將
模擬輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制、送到每個處理器，主處理
器執(zhí)行各種控鏹算法，并將運算輸出值送到各輸
出模件。除了表決輸入數(shù)據(jù)外，還表決輸出數(shù)據(jù)。
輸出數(shù)據(jù)的表決在輸出模件中完成，這樣可使其
盡可能與現(xiàn)場靠近，并對三總線表決與驅(qū)動現(xiàn)場
的最終輸出間可能發(fā)生的任何錯誤進(jìn)行檢測和補
償。整個系統(tǒng)連續(xù)、高速地進(jìn)行上述操作，實現(xiàn)快
速的閉環(huán)數(shù)據(jù)處理。如果系統(tǒng)中發(fā)生一個內(nèi)部故
障，這個故障將通過表決器被限制。系統(tǒng)中廣泛
分布的表決芯片確保系統(tǒng)中任何內(nèi)部故障都不會
傳播到程序處理過程中，并且能夠準(zhǔn)確地指出系
統(tǒng)內(nèi)部的故障位置。所有的內(nèi)部通信都由接收電
路進(jìn)行通信校驗，整個系統(tǒng)的單點故障不會造成
系統(tǒng)誤停車或拒停車。
2．3現(xiàn)場儀表
該系統(tǒng)的檢測單元和執(zhí)行單元的現(xiàn)場儀表設(shè)
備與DCS控制系統(tǒng)分開，獨立設(shè)置，供電由SIS安
全系統(tǒng)提供。
2。3．1檢測單元
SIS系統(tǒng)現(xiàn)場變送器采用具備自診斷功能、
能夠檢測到變送探頭或電子元件故障的3051系
列智能型變送器。通過編程組態(tài)，當(dāng)檢測到故障
時變送器內(nèi)部選擇開關(guān)使變送器的故障輸出方式
設(shè)定為與聯(lián)鎖相反的方向，對于高聯(lián)鎖采用低輸
出信號，即4mA(DC)；對于低聯(lián)鎖采用高輸出信
號，即20mA(DC)。與此同時，啟用變送器的寫保
護(hù)功能，有效防止近程誤操作。檢測儀表一律采
用3選2表決的方式進(jìn)行檢測，如循環(huán)氫壓縮機
入口分液罐液位、壓縮機潤滑油總管壓辦及加熱
爐$201常明燈阻火器前壓力等都采用3臺變送
器同時測量，3個檢測點的信號分別進(jìn)入SIS系統(tǒng)
3個不同的三重化輸入模塊。由主處理器執(zhí)行3
選2表決運算。一些常規(guī)聯(lián)鎖則采用單臺檢瀏儀
表，信號被送入SIS系統(tǒng)輸入模塊，如加熱爐F201
燃料氣入口總管壓力低低限聯(lián)鎖。采用變送器代
替壓力開關(guān)，有效改善了壓力開關(guān)動作不靈敏的
弊病。同時利用通信，較好地實現(xiàn)了信號在DCS
控制系統(tǒng)上顯示。采用P十F公司的KFD2-UT2．
EXl溫度變送器型安全柵，將溫度信號轉(zhuǎn)換為4
～20ma信號，既滿足了安全控制的要求，又實現(xiàn)
了信號的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換。降低了系統(tǒng)的故障率。．
2．3．2執(zhí)行單元
輸出模塊設(shè)置為故障安全型，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故
障時輸出保持原值不動。重要的切斷閥均獨立設(shè)
置，采用密封等級高的球閥，控制信號由SIS系統(tǒng)
發(fā)出。一般聯(lián)鎖的切斷閥采用調(diào)節(jié)閥與切斷閥合
二為一的方式，SIS系統(tǒng)的控制信號控制電磁閥
(下轉(zhuǎn)第101頁)
萬方數(shù)據(jù)
第1期房樹萍．上海LNG接收站的監(jiān)測和控制系統(tǒng)101
閥以確保安全停車，電磁閥常勵磁常通，即失電排
氣。當(dāng)停車條件滿足時，由SIs控制系統(tǒng)同時發(fā)
出兩個DO聯(lián)鎖信號，與此同時DCS亦廊該調(diào)節(jié)
閥發(fā)出4—20mA模擬信號，以確保安全聯(lián)鎖閥門
動作。通過閥門智能定位器和HART協(xié)議轉(zhuǎn)換
器，將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換成4—20mA模擬信號和觸點
信號，將閥門運行狀態(tài)和故障診斷的數(shù)字信號及
時上傳到DCS監(jiān)控系統(tǒng)。將閥門的反饋信號與
DCS輸出控制信號進(jìn)行比較，發(fā)出偏差報警，DCS
獲得調(diào)節(jié)周異常和故障診斷報警信息。
1．2．3壓力泄放設(shè)施
壓力泄放設(shè)旌用于事故或非正常工況時依靠
入口靜壓力打開泄壓，防止設(shè)備或管道內(nèi)部流體
壓力超過一定值，也可用于防止內(nèi)部過大的真空
度，所以壓力泄放設(shè)施不僅是一個不可再關(guān)閉的
壓力泄放閥，也是一個真空泄壓閥。在本項目所
有的壓力容器都安裝了壓力泄放閥PSV及真空
安全閥VSV等機械裝置作為終防護(hù)裝置，在緊急
情況時PSV將氣體排放到安全的位置，使設(shè)備免
于承受過壓。
在本項目中LNG儲罐安裝了74臺PSV，在緊
急情況時保護(hù)儲罐使其免于承受過壓，將過壓氣
體直接排出，釋放到大氣中；還在LNG儲罐安裝
了4臺真空安全閥VSV，VSV將空氣抽入LNG儲
罐圓頂空間中，以防止儲罐內(nèi)部過大的真空度。
在碼頭LNG排放罐、再冷凝器、高壓輸出泵、IFV、
SCV、BOG壓縮機暖人罐及BOG壓縮機等壓力容
器上也安裝壓力釋放閥PSV，防止設(shè)備葸壓，使其
免于承受過壓。一般情況下，EsD系統(tǒng)不會控制
機械壓力釋放設(shè)備的要求。
1．3 SCADA系統(tǒng)
輸氣管線的末站、閥室和清管發(fā)送站通過
SDH／CDMA數(shù)字徽渡方式組成了基于網(wǎng)絡(luò)的
SCADA系統(tǒng)，并在控制中心通過OPC—SIOS將
SCADA系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)，與接收站控制系統(tǒng)構(gòu)
成兩個相對獨立的系統(tǒng)。操作界面完全統(tǒng)一，通過
監(jiān)控和操作web browser人機界面，實現(xiàn)終端、輸
氣管線和接收站控制系統(tǒng)問更好的銜接。
1．4 LNG電信輔助安全系統(tǒng)
LNG電信輔助安全系統(tǒng)包括：
a．廣播系統(tǒng)PAGA。主要為火災(zāi)和氣體緊
急報警服務(wù)，及時通告接收站突發(fā)狀況，以便操作
人員采取措施。
b．電視監(jiān)控系統(tǒng)CCTV。本接收站建立一
套工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)視本接收站內(nèi)設(shè)備
和設(shè)施的安全運行，并對接收站內(nèi)外的狀況進(jìn)行
監(jiān)視和錄像，便于監(jiān)控和處理突發(fā)事件，保證接收
站的安全運行。
c．火災(zāi)自動報警系統(tǒng)FA。接收站建筑物內(nèi)
設(shè)置—套火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生火
災(zāi)時，探測器將檢測信號傳輸至控制盤進(jìn)行聲光
報警，火警控制盤上將根據(jù)預(yù)先設(shè)定程序啟動消
防及水噴霧系統(tǒng)。
d．門禁系統(tǒng)AC。所有進(jìn)出廠區(qū)的人員莉卡
進(jìn)出，讀卡器將門卡信息上傳到門房的Pe機上
進(jìn)行顯示并保存。
2結(jié)束語
由于本項目采取了正常工況下和非正常工況
下危險物料安全控制工藝措施，生產(chǎn)自動化水平
較高，在日常運行時不可能出現(xiàn)爆炸危險氣體混
合揚，即使出現(xiàn)也僅為短時閶存在，又由于LNG
接收站『{四面環(huán)海，通風(fēng)情況良好，爆炸危險氣體混
合物不可能長時間存在。從2009年開始對上海
供應(yīng)天然氣至今，本控劍系統(tǒng)運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)過
工況及設(shè)備異常，完全滿足安全生產(chǎn)要求，此系統(tǒng)
也將會得捌更加廣泛姐應(yīng)用。
(上接第95頁)
的動作，OCS系統(tǒng)控制閥門的開度，閥門定位器采
用ABB公司的TZID．C智能閥門定位器。電磁閥
工作電壓選用24v(DC)，為避免電纜的壓降造成
電磁閥出現(xiàn)工作電壓過低的情況，現(xiàn)場電磁閥采
用ASCO公司低功耗型。此類電磁閥功耗僅為
1．4W，適合遠(yuǎn)距離使用。所有電磁閥均采用單控
型，正常情況下得電勵磁，故障時失電動作。聯(lián)鎖
回路及其他與電氣配電室相關(guān)的用于機泵開／停
控制的信號用中間繼電器隔離，其勵磁方式設(shè)計
成故障安全型。
3結(jié)束語
南陽石蠟精細(xì)化工廠汽油加氫裝置自建成投
產(chǎn)一年以來，SIS系統(tǒng)的使用大大提高了裝置的
安全可靠性，使裝置實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、高效的運
行，避免了不必要的裝置停車故障，保證了企業(yè)的
經(jīng)濟(jì)利益，同時確保了工人的人身安全。

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