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安全儀表系統在汽油加氫裝置的應用與安全性分析

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化工廠		點擊數：	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
安全儀表系統在汽油加氫裝置的應用與
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雜，為高溫、高壓且臨’氫攆作，工藝介質易燃、
易^爆。為確保摹王的安全、可靠爭連續長周期運行，設置了一套獨立的安全儀表系統，并對該系統的安
全性能進行了分析。
關麓詞安全儀表系統聯鑷安全性能分析
中圈分類號T1189 文獻標識碼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化工廠
是一家以燃料和潤滑油(蠟)為產品的化工企業，
其中lo萬t／a汽油加氫芳構裝置薏該企業的重
要裝置之一。其中主要設備約有50奢；其中反應
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。．
該裝置工藝過程復雜，為高溫、高壓且臨氫操
作，工藝介質易燃、易爆，因此，實現生產裝置的安
全、穩定、高效運行不僅是提高效益的關鍵，而且
對于生產人員、關鍵和重要設備(特別是反應部
分的高溫、中壓和臨氫設備、壓縮機組)的安全運
行十分重要。為此，企業選用一套獨立的安全儀
表系統(SIS)來實現對裝置的安全控制。
1 系統配置及聯鎖控鋪方案
1．1系統規模及配置
經比對，該裝置采用ICS Triplex公司的
Trusted TMR安全儀表系統。整個系統主要由一
個控制站、一個遠程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。控制
站和工程師站放在現場機柜室，工程師站用于
調試組態和系統維護：同時還具有順序事件的
記錄(SOE)功能。遠程I／O機柜、顯示操作站和
輔助操作臺均集中在聯合控制室內，進行集中
操作、控制和管理。考慮到規場機柜室與聯合
控制室的距離比較遠(相距約700m)，二者之問
采用冗余鎧裝單模光纖進行連接。輔助操作臺
內安裝操作按鈕和燈屏信號，使用信號電纜與
遠程I／O機柜相連。
1．2主要聯鎖保護控制方案
本裝置共設置了9套安全儀表聯鎖系統，主
要有緊急泄壓安全儀表系統、反應迸料加熱爐安
全儀表系統j、循環氫壓縮機安全儀表系統、加氫進
料泵安全儀表系統以及新氫壓縮機安全儀表系統
等。筆者就其中幾種系統傲了簡單介紹。
1．2．1 緊急泄壓安全儀表系統
緊急泄壓安全儀表系統的啟動條件為：芳構
化反應器的熱點溫度接近設計溫度，并有明顯上
升趨勢；設備發生嚴重事故或現場發生重大火災。
發生上述情況時，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。
該系統的聯鎖動作為：新氫壓縮機零負荷。人
工判斷是否停機；人工判斷是否停循環氫壓縮機；
加氧進j18I泵停車；停反應進料加熱爐，關燃料氣主
火嘴切斷闐XCV20402。
1．2。2循環氫壓縮機安全儀表系統
循環氫壓縮機安全儀表系統的啟動條件為：
壓縮機入口分液罐液位高高；循環氫壓縮機機身
故障；手動停循環氫壓縮機。
該系統的聯鎖動作為：人工判斷是否打開緊
急放空閥XOV20701，新氫壓縮機零負荷(人工判
斷是否停機)；加氫進料泵停車；停反應進料加熱
爐，關燃料氣主火嘴切斷閥XCV20402(常明燈不
熄火)；停循環氫壓縮機。
收稿日期：2012-05-29
萬方數據
第1期馬科斌．安全儀表系統在汽油加氫裝置的應用與安全性分析95
1．2．3加氫進料泵安全儀表系統
加氫進料泵安全儀表系統的啟動條件為：
0．3MPa／min緊急泄壓；循環氫壓縮機停機}加氫
進料泵機身故障；手動停加氫進料泵。
該系統的聯鎖動作為：停反應進料加熱爐，關
燃料氣主火嘴切斷閥XCV20402；關閉泵出口切
斷閥FV20201。
2安全性能分析
依據該裝置SIL3級的要求，所選用的SIS系
統必須具有TUV的AK6級認證(TnV認證是德國
萊茵技術認證機構，該機構專門對電子產品的安
全性進行認證，對安全型控制系統的認證具有最
高權威性，TttV的AK6級標準對應于IEC和ISA
安全標準的3級)。經過技術交流和商務投標，最
后ICS Triplex公司的Trusted TMB安全儀表系統
中標，該系統中所有軟硬件都通過了TtIV的AK6
級認證。
2．1處理器模塊1"8110B
SIS系統采用的是Trusted TMR處理器
T8110B，該處理器采用基于步鎖定同步的TMR
結構的容錯設計。模塊包括3個處理器故障限制
區(愆Kn每個處理器包括一個Motorola Power
Pc系列處理器和相關的存儲器；每個處理器故障
限制區(FCR)通過3取2表決讀訪問其他兩個處
理器敝障限制區的內存系統以消除系統的偏差操
作。模塊的3個處理器同時保存與執行應用程
序，掃描和更新I／O模塊，并且檢測系統故障。每
個處理器單獨地執行應用程序，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模件內有3個獨立的分電路，輸入
模塊的每個分電路讀入過程數據并將此信息送至
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
理器進行通信，達到同步；同時三重化總線可對數
字輸入數據進行表決、對輸出數據進行比較，并將
模擬輸入數據進行復制、送到每個處理器，主處理
器執行各種控鏹算法，并將運算輸出值送到各輸
出模件。除了表決輸入數據外，還表決輸出數據。
輸出數據的表決在輸出模件中完成，這樣可使其
盡可能與現場靠近，并對三總線表決與驅動現場
的最終輸出間可能發生的任何錯誤進行檢測和補
償。整個系統連續、高速地進行上述操作，實現快
速的閉環數據處理。如果系統中發生一個內部故
障，這個故障將通過表決器被限制。系統中廣泛
分布的表決芯片確保系統中任何內部故障都不會
傳播到程序處理過程中，并且能夠準確地指出系
統內部的故障位置。所有的內部通信都由接收電
路進行通信校驗，整個系統的單點故障不會造成
系統誤停車或拒停車。
2．3現場儀表
該系統的檢測單元和執行單元的現場儀表設
備與DCS控制系統分開，獨立設置，供電由SIS安
全系統提供。
2。3．1檢測單元
SIS系統現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，當檢測到故障
時變送器內部選擇開關使變送器的故障輸出方式
設定為與聯鎖相反的方向，對于高聯鎖采用低輸
出信號，即4mA(DC)；對于低聯鎖采用高輸出信
號，即20mA(DC)。與此同時，啟用變送器的寫保
護功能，有效防止近程誤操作。檢測儀表一律采
用3選2表決的方式進行檢測，如循環氫壓縮機
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入SIS系統
3個不同的三重化輸入模塊。由主處理器執行3
選2表決運算。一些常規聯鎖則采用單臺檢瀏儀
表，信號被送入SIS系統輸入模塊，如加熱爐F201
燃料氣入口總管壓力低低限聯鎖。采用變送器代
替壓力開關，有效改善了壓力開關動作不靈敏的
弊病。同時利用通信，較好地實現了信號在DCS
控制系統上顯示。采用P十F公司的KFD2-UT2．
EXl溫度變送器型安全柵，將溫度信號轉換為4
～20ma信號，既滿足了安全控制的要求，又實現
了信號的標準化轉換。降低了系統的故障率。．
2．3．2執行單元
輸出模塊設置為故障安全型，當系統出現故
障時輸出保持原值不動。重要的切斷閥均獨立設
置，采用密封等級高的球閥，控制信號由SIS系統
發出。一般聯鎖的切斷閥采用調節閥與切斷閥合
二為一的方式，SIS系統的控制信號控制電磁閥
(下轉第101頁)
萬方數據
第1期房樹萍．上海LNG接收站的監測和控制系統101
閥以確保安全停車，電磁閥常勵磁常通，即失電排
氣。當停車條件滿足時，由SIs控制系統同時發
出兩個DO聯鎖信號，與此同時DCS亦廊該調節
閥發出4—20mA模擬信號，以確保安全聯鎖閥門
動作。通過閥門智能定位器和HART協議轉換
器，將現場信號轉換成4—20mA模擬信號和觸點
信號，將閥門運行狀態和故障診斷的數字信號及
時上傳到DCS監控系統。將閥門的反饋信號與
DCS輸出控制信號進行比較，發出偏差報警，DCS
獲得調節周異常和故障診斷報警信息。
1．2．3壓力泄放設施
壓力泄放設旌用于事故或非正常工況時依靠
入口靜壓力打開泄壓，防止設備或管道內部流體
壓力超過一定值，也可用于防止內部過大的真空
度，所以壓力泄放設施不僅是一個不可再關閉的
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裝置，在緊急
情況時PSV將氣體排放到安全的位置，使設備免
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，防止設備葸壓，使其
免于承受過壓。一般情況下，EsD系統不會控制
機械壓力釋放設備的要求。
1．3 SCADA系統
輸氣管線的末站、閥室和清管發送站通過
SDH／CDMA數字徽渡方式組成了基于網絡的
SCADA系統，并在控制中心通過OPC—SIOS將
SCADA系統接入DCS系統，與接收站控制系統構
成兩個相對獨立的系統。操作界面完全統一，通過
監控和操作web browser人機界面，實現終端、輸
氣管線和接收站控制系統問更好的銜接。
1．4 LNG電信輔助安全系統
LNG電信輔助安全系統包括：
a．廣播系統PAGA。主要為火災和氣體緊
急報警服務，及時通告接收站突發狀況，以便操作
人員采取措施。
b．電視監控系統CCTV。本接收站建立一
套工業電視監控系統，用于監視本接收站內設備
和設施的安全運行，并對接收站內外的狀況進行
監視和錄像，便于監控和處理突發事件，保證接收
站的安全運行。
c．火災自動報警系統FA。接收站建筑物內
設置—套火災自動報警系統，當建筑物內發生火
災時，探測器將檢測信號傳輸至控制盤進行聲光
報警，火警控制盤上將根據預先設定程序啟動消
防及水噴霧系統。
d．門禁系統AC。所有進出廠區的人員莉卡
進出，讀卡器將門卡信息上傳到門房的Pe機上
進行顯示并保存。
2結束語
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，生產自動化水平
較高，在日常運行時不可能出現爆炸危險氣體混
合揚，即使出現也僅為短時閶存在，又由于LNG
接收站『{四面環海，通風情況良好，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
供應天然氣至今，本控劍系統運行穩定，未出現過
工況及設備異常，完全滿足安全生產要求，此系統
也將會得捌更加廣泛姐應用。
(上接第95頁)
的動作，OCS系統控制閥門的開度，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
電磁閥出現工作電壓過低的情況，現場電磁閥采
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。聯鎖
回路及其他與電氣配電室相關的用于機泵開／停
控制的信號用中間繼電器隔離，其勵磁方式設計
成故障安全型。
3結束語
南陽石蠟精細化工廠汽油加氫裝置自建成投
產一年以來，SIS系統的使用大大提高了裝置的
安全可靠性，使裝置實現了安全、穩定、高效的運
行，避免了不必要的裝置停車故障，保證了企業的
經濟利益，同時確保了工人的人身安全。

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