劉亞南

摘 要：本文介紹了ESD系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路。介紹了聚合釜緊急停車系統(tǒng)的必要性、聯(lián)鎖條件和動(dòng)作過(guò)程。ProSafe-RS構(gòu)成ESD系統(tǒng)具有很高的可靠性，降低了設(shè)備誤動(dòng)作的概率，有效保證了裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：聚合釜 ProSafe-RS ESD 安全等級(jí)

中圖分類號(hào)：TQ056 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（a）-0091-02

我廠PVC裝置年產(chǎn)量23萬(wàn)噸，以氯乙烯單體為原料，采用懸浮聚合間歇生產(chǎn)工藝。聚合單元有127 m3大型聚合釜8臺(tái)，聚合釜設(shè)計(jì)溫度為10 ℃～100 ℃，設(shè)計(jì)壓力為1.2 MPa，帶有攪拌器和冷卻水夾套。1998年對(duì)PVC裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行了DCS（Distributed Control System）改造，2013年對(duì)原DCS進(jìn)行了升級(jí)，并對(duì)原來(lái)的ESD（Emergency Shutdown Device）進(jìn)行改造。原ESD系統(tǒng)于1988年隨裝置投入運(yùn)行，使用年限已25年，繼電器、開(kāi)關(guān)、傳感器、執(zhí)行部件嚴(yán)重老化，可靠性大大降低，并且沒(méi)有事件記錄功能，給后面的事故分析增加難度。為了確保生產(chǎn)過(guò)程的安全運(yùn)行，保證生產(chǎn)設(shè)備和人員的安全，ESD系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化生產(chǎn)，在石化行業(yè)體現(xiàn)尤為突出。ESD系統(tǒng)獨(dú)立于DCS，其安全級(jí)別高于DCS[1]。當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過(guò)DCS，而由ESD直接發(fā)出聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散。

1 系統(tǒng)特點(diǎn)

1.1 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

橫河公司的ProSafe-RS安全系統(tǒng)符合IEC 60508和IEC 61511這些最新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，取得了TV SIL3的安全認(rèn)證。并且是符合IEC61511國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并且達(dá)到SIL3安全等級(jí)的安全儀表系統(tǒng)。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)的高安全性和高可靠性。橫河公司安全儀表系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：緊急停車系統(tǒng)（ESD）、過(guò)程停車系統(tǒng)（PSD）、消防系統(tǒng)（F&G）、燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）。

1.2 系統(tǒng)控制站構(gòu)成

整個(gè)ESD系統(tǒng)由1套ProSafe-RS組成。共2套冗余的控制器，55塊SDV144—DI卡和29塊SDV541（DO卡），所有的I/O卡件安裝在共2個(gè)CPU單元中和11個(gè)I/O節(jié)點(diǎn)單元中。信號(hào)經(jīng)過(guò)中間端子板接入ProSafe-RS系統(tǒng)的I/O卡件上。所有I/O點(diǎn)都按15%的余量備用。整個(gè)ProSafe-RS控制系統(tǒng)由1002D全冗余結(jié)構(gòu)組成?？刂普镜腃PU及控制總線為Pair--Spare冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)。I/O卡為1：1冗余配置，所有I/O卡件均能在線插拔和更換。

1.3 供電

系統(tǒng)采用了雙冗余的UPS電源供電，確保了ESD供電的穩(wěn)定性。UPS分別為SCS控制站、繼電器，I/O卡件、現(xiàn)場(chǎng)電磁閥、輔操臺(tái)供電。當(dāng)停電時(shí)供電時(shí)長(zhǎng)大于2 h，保證出現(xiàn)停電事故時(shí)，ESD系統(tǒng)的可靠工作。

1.4 安全獨(dú)立原則

獨(dú)立的控制回路，獨(dú)立于PLC、DCS系統(tǒng)。所以當(dāng)PLC、DCS系統(tǒng)因掉電、系統(tǒng)故障無(wú)法發(fā)出加入指令時(shí)，新加的操作臺(tái)系統(tǒng)可以繼續(xù)發(fā)出加入指令，保證終止劑能夠順利地加入聚合釜。

1.5 順序事件記錄（SOER）

SOER事件記錄時(shí)間分辨率為1 ms級(jí)別。系統(tǒng)的SOER記錄功能可對(duì)ESD系統(tǒng)本身的故障或?qū)е侣?lián)鎖停車的各種事件進(jìn)行記錄，提供給用戶對(duì)裝置停車原因進(jìn)行分析的工具。SOER信息分兩種：一種是事件日志文件；一種是TRIP信號(hào)文件。

1.6 自診斷技術(shù)

ProSafe-RS的自診斷技術(shù)可在一個(gè)掃描期內(nèi)對(duì)系統(tǒng)的全部硬件進(jìn)行診斷，在線診斷覆蓋率達(dá)到99%。CPU和I/O卡件的故障檢測(cè)信息均可顯示在操作站和工程師站上，故障模件的位置可被顯示出來(lái)。對(duì)卡件所接的現(xiàn)場(chǎng)回路的開(kāi)路和短路進(jìn)行檢測(cè)，并可將診斷信息發(fā)到安全工程師站上。

1.7 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PVC裝置過(guò)程控制系統(tǒng)采用的是橫河Centum VP，ESD系統(tǒng)以ProSafe-RS為核心。它們共用同一控制網(wǎng)絡(luò)，共用一個(gè)統(tǒng)一集成的操作窗口HMI。并且在同一網(wǎng)絡(luò)上的各控制器之間交換數(shù)據(jù)和通訊都是經(jīng)過(guò)TV安全認(rèn)證的“安全通訊”方式。

2 控制原理

2.1 終止劑系統(tǒng)

該裝置有聚合釜8臺(tái)，每釜配4罐緊急終止劑，分別從釜的頂部、中部、底部加入。終止劑采用ATSC溶液。聚合反應(yīng)在帶有攪拌器和冷卻水夾套的聚合釜中進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程伴隨著放熱壓力上升現(xiàn)象，若控制不當(dāng)則會(huì)發(fā)生重大事故。事故狀態(tài)下加入的緊急終止劑，由ESD控制加入。緊急終止劑加入聚合釜后，與物料充分混合才能使聚合迅速終止，這要靠聚合攪拌來(lái)完成。但當(dāng)聚合裝置發(fā)生停電故障時(shí)，就會(huì)停止攪拌。因此底部管線通高壓氮?dú)?，必要時(shí)用高壓氮攪動(dòng)漿料，但時(shí)間不可太長(zhǎng)以30 s為宜。

2.2 聯(lián)鎖信號(hào)及動(dòng)作

按危險(xiǎn)程度及影響范圍分成一級(jí)緊急情況（EMG1）和二級(jí)緊急情況（EMG2）。

2.2.1 EMG1產(chǎn)生條件

（1）電力故障，控制系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生EMG1信號(hào)。

（2）預(yù)料裝置將遭到火災(zāi)或爆炸延續(xù)，操作員按EMG1開(kāi)關(guān)。

（3）由于地震等原因，預(yù)料裝置將遭到破壞，操作員按EMG1開(kāi)關(guān)。

（4）發(fā)現(xiàn)聚合釜大量泄漏氯乙烯，操作員按EMG1開(kāi)關(guān)。

EMG1產(chǎn)生動(dòng)作：

（1）所有聚合釜的所有過(guò)程全部變?yōu)榘胱詣?dòng)（SA）方式。

（2）處于聚合反應(yīng)的以EMG2終止。

2.2.2 EMG2產(chǎn)生條件

（1）EMG1信號(hào)對(duì)聚合中的聚合釜產(chǎn)生EMG2信號(hào)。

（2）聚合釜攪拌器跳閘或運(yùn)行信號(hào)丟失產(chǎn)生EMG2信號(hào)。endprint

（3）1號(hào)線電力故障，前4個(gè)聚合過(guò)程中的聚合釜產(chǎn)生EMG2信號(hào)。

（4）2號(hào)線電力故障，后4個(gè)聚合過(guò)程中的聚合釜產(chǎn)生EMG2信號(hào)。

（5）聚合釜出現(xiàn)異常時(shí)，操作人員按EMG2按鈕。

EMG2產(chǎn)生的動(dòng)作：

（1）所有過(guò)程切換到SA方式。

（2）終止劑強(qiáng)制加入。

（3）起動(dòng)DCS相關(guān)程序（聚合釜強(qiáng)制冷卻和回流冷凝器強(qiáng)制投用）。

（4）放空系統(tǒng)投用。

2.3 控制基本要求

2.3.1 終止劑加入過(guò)程

當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)事故需要停止聚合反應(yīng)時(shí)，由自動(dòng)控制裝置或操作人員手動(dòng)加入終止劑。終止劑加入共分兩步：第一步EMG2信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，靠近聚合釜的柱塞閥打開(kāi)，并行的兩個(gè)切斷閥只打開(kāi)上面一個(gè)，當(dāng)液位下降到一半時(shí)再關(guān)閉它。第二步按下ADD按鈕打開(kāi)另一切斷閥，剩余的終止劑全部加入釜內(nèi)。這里設(shè)置兩個(gè)切斷閥的目的是為了保證其中一個(gè)失效時(shí)另一個(gè)能安全工作。終止劑加入后，因攪拌器原因終止劑不能很好分散時(shí)，可手動(dòng)打開(kāi)氮?dú)忾y，將高壓氮?dú)鈴牡撞考尤朦c(diǎn)鼓入聚合釜，使終止劑與漿料分散及混合，提高終止效率。

2.3.2 系統(tǒng)初始條件

當(dāng)初始條件滿足時(shí)，向DCS發(fā)送初始化信號(hào)，此信號(hào)作為批量控制程序自動(dòng)進(jìn)行條件之一。初始化條件：（1）所有終止劑罐液位保證滿罐。（2）罐壓力達(dá)到1.5 MPa。（3）與聚合釜連接處的管線壓力低于0.1 MPa。（4）終止劑罐出口管線上手閥為開(kāi)信號(hào)，倒淋閥為關(guān)信號(hào)。（5）程控閥回迅為關(guān)信號(hào)。以上任何條件不滿足，聚合反應(yīng)批量控制程序不能起動(dòng)。

2.3.3 報(bào)警信號(hào)設(shè)置

終止劑罐頂部安裝了壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，操作人員一定要檢查N2壓力，防止事故發(fā)生時(shí)終止劑壓不進(jìn)聚合釜。在加入點(diǎn)安裝壓力開(kāi)關(guān)，其作用檢查根閥沒(méi)關(guān)死造成釜內(nèi)壓力泄漏。每個(gè)終止劑罐裝有3個(gè)液位開(kāi)關(guān)，頂部液位開(kāi)關(guān)保證正常狀態(tài)下終止劑滿罐，低報(bào)時(shí)工作人員應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。底部液位開(kāi)關(guān)低報(bào)時(shí)說(shuō)明終止劑加完，關(guān)閉所有閥門(mén)，防止高壓N2通過(guò)管線進(jìn)入聚合釜造成壓力持續(xù)升高。

3 結(jié)語(yǔ)

全文對(duì)ESD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，聯(lián)鎖設(shè)置以及工藝原理等內(nèi)容加以闡述，與DCS之間的通信也作了介紹。2013年5月完成改造后的聚氯乙烯裝置ESD系統(tǒng)完全順應(yīng)了當(dāng)今安全生產(chǎn)的發(fā)展要求，為生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿國(guó)強(qiáng)，黃鵬.ESD在PVC聚合裝置中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].聚氯乙烯，2009，37（4）：22-26.

[2] 龔義文.安全儀表系統(tǒng)在化工裝置中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2010，31（12）：50-54.endprint