于 波 徐勤梅

(1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

安全聯(lián)鎖緊急停車系統(tǒng)在醋酐生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

于 波1徐勤梅2

(1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

針對醋酐生產(chǎn)工藝和醋酐生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，設(shè)計了一套醋酐生產(chǎn)工藝的安全聯(lián)鎖緊急停車系統(tǒng)。給出系統(tǒng)組成，并以醋酐生產(chǎn)工藝中的裂解工序為例，介紹了安全聯(lián)鎖控制邏輯和編程的實現(xiàn)。

緊急停車系統(tǒng) 安全聯(lián)鎖 醋酐生產(chǎn)工藝 裂解工序 控制邏輯

化工裝置在原料、產(chǎn)品加工及生產(chǎn)過程等多方面存在易燃、易爆、高溫、高壓的潛在危險[1,2]，因此，近年來化工企業(yè)對生產(chǎn)過程的安全性要求越來越高[3～7]。目前，化工生產(chǎn)過程一般用DCS進(jìn)行過程連續(xù)測量、常規(guī)控制和操作控制管理，以保證生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運行[8]；用緊急停車系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device,ESD)監(jiān)控生產(chǎn)裝置的運行狀況，對出現(xiàn)的異常工況迅速進(jìn)行處理，使故障發(fā)生的可能性降到最低，保障操作人員和現(xiàn)場裝置處于安全狀態(tài)[9]。由于人在面臨危險時的判斷和操作是滯后的、不可靠的，人的反應(yīng)速度遠(yuǎn)不能實現(xiàn)事故發(fā)生的同時切斷危險源、遠(yuǎn)離事故現(xiàn)場爆炸源，因此設(shè)置獨立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖是十分必要的，是保障企業(yè)安全生產(chǎn)的重要準(zhǔn)則[10]。

吉林化纖股份有限公司的醋酐生產(chǎn)工藝在設(shè)計建設(shè)階段沒有設(shè)置安全聯(lián)鎖ESD，為此，筆者針對該工藝及其存在的安全隱患，結(jié)合企業(yè)對裝置安全性的要求，設(shè)計了一套安全聯(lián)鎖ESD，以期在事故發(fā)生時減少企業(yè)損失和人員傷亡。

1 醋酐生產(chǎn)工藝

在高溫、負(fù)壓、催化劑(磷酸三乙酯)的作用下，乙酸蒸氣在裂化管內(nèi)裂解生成乙烯酮和水，經(jīng)冷凝、冷卻分離后，乙烯酮用乙酸吸收，生成粗醋酐，再經(jīng)精餾提純制得成品醋酐。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀乙酸用乙酸乙酯萃取法回收，回收的乙酸供裂解使用。醋酐生產(chǎn)工藝分為裂解工序、乙烯酮吸收工序、精餾工序和稀乙酸回收工序4部分。生產(chǎn)過程中，如果有任意一道工序操作不正確，生產(chǎn)工藝條件發(fā)生變化，就會導(dǎo)致事故，造成設(shè)備損壞，危害人身安全。

2 醋酐生產(chǎn)工藝存在的安全隱患

2.1裂解工序

裂解工序的流程如圖1所示。加熱過程先對預(yù)熱器預(yù)熱，溫度達(dá)到120℃以上后，乙酸蒸氣和水蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，混合后去裂解爐(裂解一段管預(yù)熱至400～600℃，二段管的反應(yīng)溫度690～755℃，裂解爐壓力-25kPa)。裂解后的反應(yīng)物在二段管的出口進(jìn)入冷凝冷卻器，冷卻后的物料進(jìn)入氣液分離器，未冷凝的混合氣(乙烯酮和廢氣，廢氣主要有二氧化碳、氫氣、甲烷及一氧化碳等)進(jìn)入吸收工序。未冷凝的混合氣如果發(fā)生泄漏，則會有易燃易爆的危險。冷凝后的稀乙酸從氣液分離器進(jìn)入稀乙酸中間罐，然后去乙酸回收工序回收。裂解工序中利用煤氣或天然氣燃燒進(jìn)行加熱，如果煤氣或天然氣發(fā)生泄漏，也是很大的安全隱患。

針對裂解工序的特點，該工序需增加緊急停車聯(lián)鎖邏輯，即IL101。當(dāng)裂解爐溫度高于控制溫度時，則聯(lián)鎖自動運行，關(guān)閉煤氣發(fā)生爐的送氣閥門HV101，同時打開煤氣發(fā)生爐火炬燃燒釋放閥HV102，并自動點燃火炬，將煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的氣體通過火炬燃燒排掉，這樣可避免煤氣返回而造成煤氣發(fā)生爐爆炸，同時避免了煤氣直接排入大氣造成環(huán)境污染。

2.2乙烯酮吸收工序

乙烯酮吸收工序僅在廢氣回收時可能存在較大的安全隱患，因此廢氣回收的真空系統(tǒng)應(yīng)考慮對廢氣進(jìn)行安全檢測和控制。

另外，由于整個工藝過程是真空操作，一旦真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則整個工序?qū)l(fā)生重大安全隱患。

圖1 裂解工序流程

3 安全聯(lián)鎖ESD

安全聯(lián)鎖ESD需充分考慮各工序存在的安全隱患，從整個工藝控制出發(fā)，全面杜絕由于意外和工藝異常而產(chǎn)生安全隱患[11,12]。

ESD由現(xiàn)場緊急停車設(shè)備、緊急停車報警和緊急停車事故檢測部分組成[13]。現(xiàn)場緊急停車設(shè)備包括閥門、電機及繼電氣回路等。緊急停車報警包括消防控制中心的火災(zāi)報警、現(xiàn)場控制參數(shù)異常報警和設(shè)備運行異常報警。緊急停車事故檢測即現(xiàn)場設(shè)備檢測、壓力/溫度/流量檢測、電動設(shè)備故障運行檢測及過熱檢測等，這些數(shù)據(jù)為ESD提供檢測信號和檢測依據(jù)。

安全聯(lián)鎖ESD可以通過有TUV認(rèn)證的繼電器構(gòu)成的控制回路實現(xiàn)緊急停車聯(lián)鎖，也可以通過具有認(rèn)證的控制卡件結(jié)合軟件編程邏輯控制實現(xiàn)[14]。由于醋酐生產(chǎn)工藝安全隱患點數(shù)較少，采用具有TUV認(rèn)證的繼電器聯(lián)鎖控制既能實現(xiàn)安全緊急控制又能降低成本，完成及時報警和快速切斷功能。

裂解工序緊急停車控制過程為：當(dāng)消防控制中心出現(xiàn)報警信號或現(xiàn)場監(jiān)控的裂解工序出現(xiàn)溫度火焰監(jiān)控報警后DCS顯示報警，當(dāng)出現(xiàn)消防動作或整個醋酐生產(chǎn)工藝真空度急劇下降而醋酸入料量達(dá)到一定量時，ESD將停止現(xiàn)場有關(guān)設(shè)備，切斷危險源；裂解工序的火焰監(jiān)控器監(jiān)測火焰的燃燒情況，一旦發(fā)生燃燒則全部熄火，執(zhí)行緊急停車動作，打開煤氣排放閥門，點燃火炬，關(guān)閉燃燒裂解閥門，打開裂解爐對空排放閥。裂解工序的ESD控制邏輯如圖2所示。

圖2 裂解工序ESD控制邏輯

裂解工序控制邏輯的主程序如下：

--MAIN

PHASE ALARMA

STEP ST01

L001:IF (WASHA_SW.PV=STOP) THEN GOTO PHASE ALARMA

READ NN2 FROM 02FI06A01.PV

L002:IF (02TI2012.ALM=ON OR 02TI2011.ALM=ON

& OR 02TI2011B.ALM=ON OR 02HT101.ALM=ON

& AND“投入自動”.AO=ON) THEN GOTO L003

ELSE GOTO L001

L003:IF (NN2<=NN1) THEN GOTO L004

ELSE GOTO L001

L004:SET ALARMAFL.PVFL=ON

GOTO L001

END ALARMA

4 結(jié)束語

針對吉林化纖股份有限公司的醋酐生產(chǎn)工藝及其存在的安全隱患，筆者設(shè)計了一套安全聯(lián)鎖ESD。實際應(yīng)用情況表明：該系統(tǒng)能夠在危險未發(fā)生時進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測預(yù)防，在危險發(fā)生時能夠及時報警、切斷危險設(shè)備、控制災(zāi)害、減少損失，避免了重大事故的發(fā)生，為裝置的安穩(wěn)長優(yōu)運行提供了安全保障。

[1] 孫騰良.我國石油和化工裝備制造業(yè)面臨的問題及發(fā)展方向[J].化工機械,2011,38(1):1～6,10.

[2] 張偉東,孫苗毅.延遲焦化裝置高壓水泵聯(lián)鎖停車故障分析[J].化工機械,2012,39(2):248～250.

[3] 孟然.安全儀表系統(tǒng)在丁二烯抽提裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2015，51(2):34～37.

[4] 蘭天,柳永剛.安全儀表系統(tǒng)在氯乙酸項目中的設(shè)計與應(yīng)用[J].石油化工自動化，2015，51(3):13～16.

[5] 林洪俊.石油化工安全儀表系統(tǒng)人機接口設(shè)計與研究[J].石油化工自動化，2015，51(5):13～18.

[6] 吳剛,宋江濤,董興明.安全儀表系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)間的共用性及聯(lián)系[J].石油化工自動化，2015，51(6): 76～78.

[7] 金斌.影響安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖投用的原因探討[J].石油化工自動化，2015，51(6): 79～80.

[8] 劉俊.化工裝置應(yīng)用ESD系統(tǒng)的淺見[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,36(8):77.

[9] 韓小磊.緊急聯(lián)鎖關(guān)斷系統(tǒng)在海洋采油平臺中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2015，51(3):68～70.

[10] 王曉蕾.苯胺裝置緊急停車系統(tǒng)(ESD)的設(shè)計探討[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2013,34(1):40～43

[11] 秦仲雄.石油化工裝置應(yīng)用ESD淺見[J].石油化工自動化,2002,(6):14～19.

[12] 孫文州.對石化裝置ESD工程設(shè)計的幾點建議[J].石油化工自動化,2001,(2):3～5.

[13] 姜春梅,朱曉華,茹愛忠.催化裂化主風(fēng)機組ESD控制系統(tǒng)設(shè)計[J].化工自動化及儀表,2013,40(10):1216～1220.

[14] 李偉.加氫裝置中緊急放空環(huán)節(jié)氣動切斷閥的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2015，51(3):17～21.

TH862+.7

B

1000-3932(2016)03-0327-03

2015-12-24(修改稿)