楊 萌，王 博

加氫裝置安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 萌1，王 博2

（1.中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2.中國石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113006）

通過介紹自控安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置原則，討論加氫裝置工藝聯(lián)鎖的自控實(shí)施方案。

加氫裝置；安全儀表系統(tǒng)；聯(lián)鎖

前加氫裝置的反應(yīng)是在高溫、高氫分壓下操作的，而且加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在熱量排出的過程中易產(chǎn)生溫升，嚴(yán)重時(shí)造成“飛溫”，使催化劑和設(shè)備遭到損壞，甚至造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失。考慮到加氫裝置是煉油廠易燃易爆危險(xiǎn)裝置，加氫裝置的安全生產(chǎn)顯得特別重要。

為此，設(shè)計(jì)一套完整可靠的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)非常重要。

在正常生產(chǎn)時(shí) ，工藝過程由DCS實(shí)現(xiàn)操作和監(jiān)視。異常情況下，加氫裝置的重要工藝操作變量超限、聯(lián)鎖條件具備，將通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)SIS（S afety Interlock System）自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備的緊急情況聯(lián)鎖，使設(shè)備和閥門進(jìn)入安全位置，保證裝置進(jìn)入安全處理過程[1]。

1 裝置主要工藝聯(lián)鎖

1.1 裝置緊急泄壓聯(lián)鎖

當(dāng)加氫裝置反映出現(xiàn)嚴(yán)重超溫、設(shè)備故障（循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī)、DCS控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備）、突發(fā)事件等情況時(shí)，操作工可通過操作緊急泄壓按鈕，打開緊急泄壓閥進(jìn)行緊急泄壓及聯(lián)鎖停相關(guān)設(shè)備包括切斷加熱爐進(jìn)料，視情況手動(dòng)停反應(yīng)進(jìn)料泵。

1.2 反應(yīng)進(jìn)料加熱爐停爐聯(lián)鎖

反應(yīng)進(jìn)料加熱爐入口流量低低、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐出口溫度高高、燃料氣壓力低低、反應(yīng)進(jìn)料泵停泵聯(lián)鎖、緊急泄壓聯(lián)鎖、循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖、爐子內(nèi)部聯(lián)鎖等造成反應(yīng)進(jìn)料加熱爐停爐聯(lián)鎖。同時(shí)在反應(yīng)進(jìn)料加熱爐附近設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)停爐開關(guān)，以便在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生意外情況時(shí)可以在現(xiàn)場(chǎng)停反應(yīng)進(jìn)料加熱爐。

1.3 反應(yīng)進(jìn)料泵停泵聯(lián)鎖

反應(yīng)進(jìn)料泵油壓低低、反應(yīng)進(jìn)料泵定子溫度高高、反應(yīng)進(jìn)料泵入口切斷閥關(guān)閉、原料油緩沖罐液位低低、緊急泄壓聯(lián)鎖將啟動(dòng)反應(yīng)進(jìn)料泵停泵聯(lián)鎖。

1.4 循環(huán)氫壓縮機(jī)安全聯(lián)鎖

循環(huán)氫壓縮機(jī)內(nèi)部信號(hào)聯(lián)鎖、循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐液位高高、循環(huán)氫壓縮機(jī)入口、出口切斷閥關(guān)閉等會(huì)造成循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖。

1.5 新氫壓縮機(jī)安全聯(lián)鎖

新氫壓縮機(jī)一級(jí)、二級(jí)及三級(jí)分液罐液位高高、機(jī)組潤(rùn)滑油壓低低、壓縮機(jī)內(nèi)部聯(lián)鎖均會(huì)造成新氫壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)聯(lián)鎖。

1.6 熱高壓分離器、冷高壓分離器液位低低聯(lián)鎖

熱高壓分離器、冷高壓分離器液位低低聯(lián)鎖自動(dòng)關(guān)閉熱高分離器、冷高壓分離器油相出口控制閥。

2 裝置主要工藝聯(lián)鎖安全度等級(jí)

由于加氫裝置的裝置特點(diǎn)，國內(nèi)目前對(duì)新建的加氫裝置進(jìn)行危險(xiǎn)性進(jìn)行HAZOP分析，確定回路的安全度等級(jí)（SIL）。某加氫裝置經(jīng)過分析后確定的主要聯(lián)鎖安全度等級(jí)如下表1。

表1 國內(nèi)某加氫裝置主要聯(lián)鎖安全度等級(jí)Table 1 Main interlock safety level in certain domestic hydrogenation unit

3 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置

3.1 安全儀表系統(tǒng)的相關(guān)概念

安全儀表系統(tǒng)：用儀表實(shí)現(xiàn)安全功能的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括傳感器、邏輯運(yùn)算器、最終執(zhí)行元件及相應(yīng)軟件。

安全度等級(jí)（SIL）定義：用于描述安全儀表系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)的等級(jí)。

3.2 安全儀表系統(tǒng)的設(shè)置原則

按照《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3018-2003的要求，傳感器、邏輯運(yùn)算器、最終執(zhí)行元件原則如下。

3.2.1 傳感器設(shè)置原則

1級(jí)安全儀表系統(tǒng)傳感器與過程控制系統(tǒng)共用，可采用單一的傳感器，應(yīng)由安全儀表系統(tǒng)供電；2級(jí)安全儀表系統(tǒng)傳感器宜與控制系統(tǒng)分開，宜設(shè)置冗余的傳感器，在考慮系統(tǒng)的安全性時(shí)應(yīng)采用“或”邏輯結(jié)構(gòu)，在考慮系統(tǒng)的可用性時(shí)應(yīng)采用“與”邏輯結(jié)構(gòu)。

不宜采用信號(hào)分配器，將模擬信號(hào)分別接到安全儀表系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)。

安全儀表系統(tǒng)的傳感器宜采用隔爆型。

3.2.2 最終執(zhí)行元件設(shè)置原則

最終執(zhí)行元件是安全儀表系統(tǒng)的切斷閥，與過程控制系統(tǒng)共用的切斷閥或電動(dòng)閥。氣動(dòng)控制閥或切斷閥均應(yīng)帶安全儀表系統(tǒng)控制信號(hào)的電磁閥。

1級(jí)安全儀表系統(tǒng)最終執(zhí)行元件可與過程控制系統(tǒng)共用，可采用單一的閥門；2級(jí)安全儀表系統(tǒng)最終執(zhí)行元件宜與控制系統(tǒng)分開，宜設(shè)置冗余的閥門，如采用單一的閥門配套的電磁閥宜冗余設(shè)置。電磁閥在重點(diǎn)考慮系統(tǒng)的安全性時(shí)宜采用與邏輯結(jié)構(gòu)，在重點(diǎn)考慮系統(tǒng)的可用性時(shí)應(yīng)采用或邏輯結(jié)構(gòu)。電磁閥應(yīng)采用長(zhǎng)期帶電型，電磁閥電源應(yīng)由安全儀表系統(tǒng)提供。

安全儀表系統(tǒng)的電磁閥宜采用隔爆型。

3.2.3 邏輯運(yùn)算器設(shè)置原則

1級(jí)安全儀表系統(tǒng)邏輯運(yùn)算器宜與過程控制系統(tǒng)分開，采用單一的邏輯運(yùn)算器；2級(jí)安全儀表系統(tǒng)邏輯運(yùn)算器應(yīng)與過程控制系統(tǒng)分開，宜采用冗余或容錯(cuò)的邏輯運(yùn)算器，其中中央處理單元、電源單元、通訊系統(tǒng)應(yīng)冗余配置，輸入/輸出模塊宜冗余配置。

4 加氫裝置實(shí)際應(yīng)用

在設(shè)計(jì)加氫裝置安全儀表系統(tǒng)時(shí)，遵循以上設(shè)置原則。

加氫裝置是煉油廠中易燃易爆的危險(xiǎn)裝置，安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，避免控制功能和安全功能同時(shí)失效，同時(shí)過程控制系統(tǒng)的操作不會(huì)影響安全儀表系統(tǒng)。目前加氫裝置均采用獨(dú)立的 S IS系統(tǒng)作為安全儀表系統(tǒng)，采用微處理機(jī)技術(shù)的冗余容錯(cuò)系統(tǒng)。SIS系統(tǒng)通過TUVAK5/6認(rèn)證，符合I EC61508（SIL3）的風(fēng)險(xiǎn)分析。SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是故障安全型的，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，能夠按照故障安全的方式停機(jī)。系統(tǒng)的可用率不低于99.999%。

在SIS上的聯(lián)鎖邏輯上，為方便現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表的檢修更換、試驗(yàn)以及裝置不正常后某些特殊情況下取消某些變量聯(lián)鎖，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量及模擬量的輸入設(shè)置輸入旁路開關(guān)。但不應(yīng)影響報(bào)警信號(hào)的產(chǎn)生。發(fā)生自動(dòng)聯(lián)鎖以外的緊急情況時(shí)，對(duì)于每套聯(lián)鎖設(shè)置手動(dòng)聯(lián)鎖，為防止誤操作，手動(dòng)聯(lián)鎖設(shè)置帶罩的按鈕。

聯(lián)鎖設(shè)計(jì)中有自鎖措施。當(dāng)聯(lián)鎖變量達(dá)到聯(lián)鎖報(bào)警值時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)，當(dāng)聯(lián)鎖變量恢復(fù)到正常值時(shí)，不能自動(dòng)解除。聯(lián)鎖設(shè)計(jì)中設(shè)置復(fù)位（RESET）按鈕，用于解除自動(dòng)聯(lián)鎖。

安全儀表系統(tǒng)的檢測(cè)元件及執(zhí)行元件按具體情況設(shè)置。安全儀表系統(tǒng)及安全儀表系統(tǒng)的檢測(cè)元件和最終執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)采用故障安全型設(shè)計(jì)。例如：用于安全聯(lián)鎖的開關(guān)在工藝正常時(shí)為閉合的，在工藝聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)是斷開的；用于安全聯(lián)鎖的電磁閥正常時(shí)為勵(lì)磁的、斷電聯(lián)鎖電磁閥處于非勵(lì)磁狀態(tài)。輸入旁路開關(guān)、手動(dòng)聯(lián)鎖開關(guān)采用常開觸點(diǎn)（開關(guān)連線斷開時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致連鎖輸入信號(hào)被旁路）。

加氫裝置關(guān)鍵部位的檢測(cè)元件均采用三取二方式。例如，在反應(yīng)進(jìn)料泵聯(lián)鎖中原料油緩沖罐液位低低聯(lián)鎖、反應(yīng)進(jìn)料流量低低聯(lián)鎖、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐燃料氣壓力低低聯(lián)鎖、高壓分離器液位低低聯(lián)鎖、循環(huán)氫入口分液罐液位高高聯(lián)鎖的現(xiàn)場(chǎng)一次檢測(cè)元件均采用三取二方式，既保證檢測(cè)信號(hào)的高可靠性，又不會(huì)因儀表本身故障造成聯(lián)鎖誤發(fā)生。在反應(yīng)進(jìn)料泵出口、高壓分離器至低壓分離器出口管線閥門采用切斷閥帶冗余電磁閥或控制閥、切斷閥同時(shí)配置的方式。

5 結(jié)束語

加氫裝置聯(lián)鎖較多，設(shè)計(jì)完善的聯(lián)鎖配置來構(gòu)成裝置安全儀表系統(tǒng)，為保證裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠保證。對(duì)已設(shè)置的安全儀表系統(tǒng)要定期檢查、定期更換，保證安全儀表系統(tǒng)的長(zhǎng)期、有效運(yùn)行。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004．

Design of Safety Instrumented System for Hydrogenation Unit

YANG Meng1,WANG Bo2
(1.China Huanqiu Contracting & Engineering Co.，Ltd.，Liaoning Branch Company. Liaoning Fushun 113006, China；2.Fushun petrochemical Company，Liaoning Fushun 113006，China)

On the basis of introducing principle of safety instrumented system in automatic control，automatic control implementing scheme of process interlock in hydrogenation unit was discussed.

Hydrogenation Unit; Safty instrumented system; Interlock

TQ 056

A

1671-0460（2010）06-0709-03

2010-10-11

楊 萌（1972-），女，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院自動(dòng)化系，目前從事自控設(shè)計(jì)工作，已發(fā)表論文4篇。電話：0413-7593852。