朱玉奇

摘 要：論文詳細(xì)設(shè)計(jì)了間歇式加氫反應(yīng)釜連鎖保護(hù)的軟件實(shí)現(xiàn)過程，包括工藝設(shè)計(jì)要求和控制方案。

關(guān)鍵詞：間歇式；加氫反應(yīng)；連鎖保護(hù)

1 間歇式加氫反應(yīng)釜的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)

加氫是在有機(jī)化合物分子中加入氫原子的反應(yīng)，涉及加氫反應(yīng)的工藝過程為加氫工藝。其主要危險(xiǎn)有反應(yīng)物料具有燃爆危險(xiǎn)性；催化劑再生和活化過程中易引發(fā)爆炸；加氫反應(yīng)鋼制設(shè)備易發(fā)生氫脆；加氫反應(yīng)尾氣中有未完全反應(yīng)的氫氣和其他雜質(zhì)在排放時(shí)易引發(fā)著火或爆炸。

連鎖保護(hù)系統(tǒng)，也稱緊急停車系統(tǒng)，是對(duì)石油化工等生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)和干預(yù)，從而保障生產(chǎn)安全，避免造成重大人身傷害及重大財(cái)產(chǎn)損失的控制系統(tǒng)。

連鎖保護(hù)系統(tǒng)按照安全獨(dú)立原則要求，獨(dú)立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級(jí)別高于DCS。在正常情況下，連鎖保護(hù)系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置的安全性。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由連鎖保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出保護(hù)連鎖信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，避免危險(xiǎn)擴(kuò)散造成巨大損失。

連鎖保護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的加氫工藝過程中都有廣泛的應(yīng)用。至今，國(guó)外用于加氫的工藝有：美國(guó)的Axens低溫氣液兩相加氫法，其中加氫裝置的DCS采用美國(guó)Honeywell公司的TPS系統(tǒng)，以及德國(guó)的Uhde低溫氣相加氫法和日本的感溫高壓氣相加氫Litol法。在國(guó)內(nèi)，上海復(fù)旦大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)的Axens加氫裝置，是國(guó)內(nèi)第一套采用汽液兩相加氫工藝的苯加氫裝置，大幅度提高了過程控制系統(tǒng)的可靠性、安全性以及報(bào)警和連鎖控制能力。2009年，揚(yáng)子乙烯化工廠為了減少丙烯的損失、保證裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，在碳三加氫保護(hù)床裝置中的連鎖系統(tǒng)采用SIE-MENS-MOORE公司開發(fā)的QUADLOG系統(tǒng)。

在國(guó)內(nèi)已有加氫反應(yīng)釜的保護(hù)控制，如一種間歇式安全加氫裝置采用磁子攪拌和接線關(guān)剛性連接控制安全，還有一中全自動(dòng)加氫反應(yīng)釜采用控制器接受轉(zhuǎn)速信號(hào)，并根據(jù)接受的轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。而本項(xiàng)目研究的是連鎖保護(hù)控制方式。除此，國(guó)內(nèi)已有加氫反應(yīng)釜保護(hù)的硬件實(shí)現(xiàn)，通過合并管道減少焊接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

2 間歇式加氫反應(yīng)釜的加氫工藝設(shè)計(jì)要求

各類大型化工企業(yè)控制加氫反應(yīng)——化工生產(chǎn)過程，都普遍采用連鎖保護(hù)控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目則針對(duì)某企業(yè)間歇式加氫反應(yīng)釜的加氫工藝。在加氫反應(yīng)釜中通氫氣還原精制3，5-二氯硝基苯，該加氫反應(yīng)為間歇式反應(yīng)，影響加氫還原過程的主要因素為加氫釜反應(yīng)的溫度與壓力。該間歇式加氫反應(yīng)釜連鎖保護(hù)系統(tǒng)對(duì)溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、記錄，當(dāng)加氫釜的反應(yīng)溫度超過140℃或低于80℃，或者壓力超過2MPa，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，氫氣緩沖罐出口的氣動(dòng)閥進(jìn)行連鎖控制，停止通氫，切斷反應(yīng)。通過控制加氫釜的通氫量來控制整個(gè)加氫過程。以加氫釜的反應(yīng)溫度和壓力為控制點(diǎn)，確立了這兩個(gè)連鎖觸發(fā)條件，根據(jù)這些條件的邏輯關(guān)系決定最后的連鎖保護(hù)措施。

本文所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，范圍包括氫氣壓縮站，氫化車間，環(huán)己甲酸后處理車間，采用DCS對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)使用統(tǒng)一的控制機(jī)柜及操作站，編程站與各操作站相互采用TCP/IP以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

間歇式加氫反應(yīng)是一個(gè)危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程，因此控制系統(tǒng)要設(shè)立獨(dú)立的可燃?xì)怏w探測(cè)，其包含區(qū)域有：氫化車間，氫壓站，氫氣罐區(qū)；三車間，后處理車間，原料罐區(qū)。該系統(tǒng)在DCS操作站內(nèi)，在上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

間歇式加氫反應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)過程，即為利用DCS技術(shù)完成系統(tǒng)的組態(tài)過程。工程包括：工程師培訓(xùn)2人以上，操作員培訓(xùn)，DCS系統(tǒng)安裝指導(dǎo)、編寫控制及聯(lián)鎖方案、調(diào)試、開車及運(yùn)輸。本工程建設(shè)主要遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和化工建設(shè)行業(yè)HG系列標(biāo)準(zhǔn)。儀表的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)將執(zhí)行以下“規(guī)范”：

GB 50058-1992 爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范；

GB 50493-2009 石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范；

HG/T20505-2000 過程檢測(cè)和控制系統(tǒng)用文字代號(hào)和圖形符號(hào)；

HG/T20508-2000 控制室設(shè)計(jì)規(guī)定；

HG/T20509-2000 儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定；

HG/T20510-2000 儀表供氣設(shè)計(jì)規(guī)定。

3 間歇式加氫反應(yīng)釜連鎖保護(hù)的軟件實(shí)現(xiàn)

間歇式加氫反應(yīng)釜連鎖保護(hù)主要包含氫化釜安全連鎖控制、環(huán)已甲酸后處理控制、氫壓站控制。

氫化釜裝置包括氫化釜壓力、溫度高時(shí)報(bào)警，溫度過高時(shí)聯(lián)鎖：氫氣總管上的切斷閥（共二只）關(guān)閉（重新開啟需手動(dòng)）。氫化釜釜內(nèi)冷卻盤管進(jìn)口安裝調(diào)節(jié)閥，根據(jù)設(shè)定溫度調(diào)節(jié)，超溫連鎖。氫化釜的攪拌電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在DCS上顯示。

環(huán)已甲酸后處理控制氫化液和硫酸流量進(jìn)行中和反應(yīng)，控制混和反應(yīng)器進(jìn)口溫度，在線指示中和后PH值。

氫壓站控制系統(tǒng)，根據(jù)檢測(cè)氫氣高壓緩沖罐的壓力，變頻調(diào)節(jié)氫壓機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，使高壓緩沖罐的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。設(shè)置氫氣高壓緩沖罐超壓報(bào)警、超超壓停車。再根據(jù)測(cè)量氫氣低壓緩沖罐的壓力，設(shè)置低壓報(bào)警、超超低停車。控制過程中的溫度檢測(cè)采用隔爆Pt100鉑熱電阻，溫度信號(hào)通過隔爆Pt100鉑熱電阻送到DCS顯示、報(bào)警、保護(hù)輸出。

加氫釜溫度數(shù)字信號(hào)輸送至DCS系統(tǒng)，上位機(jī)根據(jù)DCS組態(tài)編程程序集散控制，同時(shí)在上位機(jī)設(shè)定溫度上限為140℃，下限為80℃，當(dāng)溫度低于80℃或高于140℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并由系統(tǒng)控制通過連鎖給氣動(dòng)閥動(dòng)作信號(hào)，氣動(dòng)閥切斷氫氣緩沖罐出口。

同時(shí)加氫釜的壓力通過壓力變送器輸出的模擬量信號(hào)（4-20mA）輸入至DCS系統(tǒng)，上位機(jī)根據(jù)DCS組態(tài)編程程序集散控制，同時(shí)上位機(jī)設(shè)定壓力上限為2.0MPa，當(dāng)壓力大于2.0MPa時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并由系統(tǒng)控制通過連鎖給氣動(dòng)閥動(dòng)作信號(hào)，氣動(dòng)閥切斷氫氣緩沖罐出口。

控制加氫過程，關(guān)鍵是控制加氫釜的通氫量。本次加氫屬于間歇式反應(yīng)，影響加氫還原過程的主要因素為加氫釜反應(yīng)溫度與加氫釜的壓力。根據(jù)其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，采用UW500系統(tǒng)，對(duì)加氫釜的反應(yīng)溫度和壓力與氫氣緩沖罐出口的氣動(dòng)閥進(jìn)行連鎖控制。UW500系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下所示：

本論文的研究成果能夠在化工生產(chǎn)過程中，完成間歇式加氫反應(yīng)釜溫度、壓力和氫氣緩沖罐出口的氣動(dòng)閥的連鎖保護(hù)控制。通過控制通氫量，嚴(yán)格控制了加氫工藝過程。研究的連鎖保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)方案以及軟件實(shí)現(xiàn)，同樣適合控制其他的化工生產(chǎn)過程的物料輸送量。其安全防爆生產(chǎn)具有良好的應(yīng)用前景和潛在的應(yīng)用價(jià)值。endprint