苯乙烯装置紧急停车系统的设计

优化控制 齐鲁石油化工，2007，35(2)：155—158 QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 苯乙烯装置紧急停车系统的设计 孙清华 (山东齐鲁石化工程有限公司，山东淄博，255400) 摘要 结合齐鲁石化苯乙烯装置采用的紧急停车系统(ESD)，阐述了生产装置安全联锁保护系统的设置原则，并 介绍了ESD系统的设计 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及在实际工程项目中的应用。 关键词 紧急停车系统 设置原则 ESD系统 工程设计 中图分类号：TQ086．3 文献标识码：B 文章编号：1009—9859(2007)02—0155—04 1 装置概况 苯乙烯作为生产聚苯乙烯、丁苯橡胶、ABS树 脂等的重要合成 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，目前市场前景十分看好。 齐鲁石化苯乙烯装置在齐鲁乙烯二期改造中，经 改造和扩建生产能力由6×10 t／a增为20×10‘ t／a，装置由乙苯单元和苯乙烯单元组成。原乙苯 单元采用 A1C1，法，由于设备腐蚀、环境污染严 重，以及环保要求日益严格，装置已不能满足生产 的要求。改扩建过程中拆除了原乙苯单元，原6 ×10 t／a苯乙烯单元仍保留，新上的20×10‘t／a 乙苯单元采用了苯和乙烯固定床液相循环烷基化 新工艺生产乙苯，分为烷基化(苯和乙烯液相烷 基化、苯和多乙苯液相烷基转移)、乙苯精馏两个 工段；新上14×10‘t／a苯乙烯单元采用乙苯脱氢 法制苯乙烯分为乙苯脱氢、苯乙烯精馏两个工段。 由于苯乙烯装置生产过程连续性强、产品纯 度要求高、 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 长、规模大，大部分物料如乙烯、 苯、乙苯等均为易燃、易爆、有毒物质，部分生产过 程是在高温、高压条件下运行。设置一套安全可 靠、动作及时的ESD，用于装置的安全联锁和停 车保护是十分必要的。原装置安全联锁系统是由 继电器实现的，由于装置的特殊控制功能多，联锁 逻辑复杂使用的继电器数量多，接线繁杂，维护困 难，检查判断故障点十分困难，已不能满足改造后 装置的要求。 2 ESD的设置原则 苯乙烯装置生产过程采用分散型控制系统 (DCS)进行自动控制、监视、操作。由于 DCS系 统侧重于过程连续控制，需要频繁的人工干预，尤 其在紧急情况下有大量信息需人工判断处理时。 逻辑单元误触发的机率较大；DCS处理信息量多， 通讯系统复杂，扫描速度低，出现故障的机率较 高；因此不宜采用DCS作为安全联锁和停车保护 的工具，根据⋯《石油化工紧急停车及安全联锁 系统设计导则》，ESD和 DCS应该分开、独立设 置；故障安全原则。 2．1 独立设置原则 ESD系统作为一种独立于 DCS系统的安全 保护系统，与 DCS系统在物理上是完全分离的。 正常情况下，DCS系统动态地监控着生产过程的 连续运行，而 ESD系统则处于相对静态，一旦出 现异常情况，ESD系统则立即动作使装置部分或 全部停车，达到安全状态。这样就降低了控制功 能与安全功能同时失效的概率，提高了生产过程 的安全保障。ESD系统能与DCS系统实时通讯。 所有联锁报警信号都可在DCS上显示和报警。 2．2 故障安全原则 ESD系统是为生产过程的安全而设置的，当 工艺参数越限、机械设备故障、系统自身故障或能 源中断时，ESD系统必须能准确无误地自动产生 一 系列预先定义的动作，使得工艺装置与操作人 员处于安全状态，即故障安全系统。 收稿 日期：2006—10—10；修回日期：2007—03—10。 作者简介：孙清华(1968一)，女，工程师。1991年毕业于抚 顺石油学院生产过程自动化专业，现在山东齐鲁石化工程有 限公司电控室从事石油化工自动化工程设计工作。电话： 0533—7552441转 90399。 维普资讯 http://www.cqvip.com 齐 鲁 石 油 化 工 第35卷 3 EsD系统的工程设计 3．1 ESD系统的设计 在设计 ESD系统时，应考虑以下 4个方面的 内容。 3．1．1 生产装置的安全性和可用性要求 由于ESD系统内部故障率不可能等于0，所 以系统的可用性不可能达到 100％。其安全性 (故障安全)和可靠性(可用度)是衡量一个ESD 系统好坏的两个重要指标。 ESD系统的安全性是指任何潜在危险发生 时，ESD系统保证使过程处于安全状态，ESD系 统自身的故障无法使过程处于安全状态的概率越 低，则其安全性越高。ESD系统自身的故障有显 性故障(安全故障)和隐性故障(危险故障)两种 类型。当系统出现显性故障时，可立即检测出，不 管过程有无危险，系统均能产生动作使过程进入 安全状态；显性故障不影响系统的安全性，影响系 统的可用性。当系统出现隐性故障时，只能通过 自动测试程序检测出，系统不能产生动作使过程 进入安全状态，隐性故障影响系统的安全性，不影 响系统的可用性。对于按故障安全原则(正常时 带电励磁、闭合)设计的系统而言，回路上的任何 断路故障是显性故障，任何可断开触点的短路故 障是隐性故障。 可用度是系统在整个任务时间中工作全过程 的可能性，是可靠性的参数，其计算公式： A=MTBF／(MTBF+MDT、 式中，A为可用度，MTBF为平均无故障工作 时间，MDT为平均停车时间。 从上式可看出，MTBF越大，则 A越大。 可用度是基于导致系统停车的故障进行计算 的，并不表明系统性能好坏，对 ESD系统自身的 安全故障和危险故障是不区别的，高可用度的重 要性在于系统很少出现进入安全状态或危险状态 的故障。 系统的安全性高必然使设备停车次数增多， 维修时间延长，降低系统的可用度。在石化装置 生产中，设备停车可能造成重大的经济损失，这就 要求ESD系统应既有较高的可靠性、又具有很高 的安全性。 3．1．2 确定应用场合的安全等级要求 对于具体应用场合的安全等级的确定，目前 我国尚无具体的划分标准，均参照国外的有关标 准来进行。美国仪表协会 ISA一$84．01，根据系 统不响应安全联锁要求的概率(即故障率PFD) 将过程安全等级划分为3级(SILl—SIL3)，数值 愈大，安全联锁系统的安全性能要求愈高(见表 1)。系统的安全性能可以通过采用相同或相异 形式的硬件冗余、更频繁地测试及更完善地故障 诊断增强。石油化工工业上的安全要求大多为3 级以下，对于3级安全联锁系统，应采用冗余或容 错的逻辑单元，其中央处理单元、电源单元、输入 输出模块及通讯系统等应冗余配置。 表l 安全联锁系统的性能要求 3．1．3 确定ESD系统的类型 随着计算机技术的发展，安全联锁系统的设 备配置也不断更新换代，从早期继电器或硬接线 逻辑 电路 发展 为双 重化可 编程逻辑 控制器 (PLC)、三重化冗余容错控制器(TMR)、四重化 冗余容错控制器(QMR)，其可靠性逐渐提高，逻 辑功能强大，编程组态方便。在设计 ESD系统 时，根据生产装置对安全性和可靠性要求，合理选 用不同性价比的产品是十分必要的。 经过多家询价、比价，最终选用了德国黑马 (HIMA)公司H51q—HRS系统。该系统为四重 化冗余容错故障安全型控制系统，四选二诊断表 决方式，将安全系统的显性故障率和隐性故障率 大为降低，任何一个模块出现故障都不会影响安 全联锁系统安全性和可靠性。 3．1．4 ESD系统的配置 苯乙烯装置 ESD系统点数：AI输入信号32 点，DI输入信号240点，DO输出信号200点。 根据苯乙烯装置的安全联锁保护要求和输 入／输出信号点数，系统设有接线机柜、控制站、工 程师工作站、SOE站并配有一台专用报警打印机 (具体的I／O卡件配置情况在此不做详细叙述)。 控制站选用的是 HIMA H51q—HRS系统。 采用了当前最先进的四重化冗余容错结构的故障 安全型停车联锁系统，此系统主要结构为：CPU 四重化结构(QMR)，即系统的中央控制单元共有 4个微处理器，每2个微处理器集成在 1块 CU模 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 孙清华．苯乙烯装置紧急停车系统的设计 件上，再由2块同样的CU模件构成中央控制单 元。l块CU模件已经构成 lO02D结构，该结构 产品可以满足 AK6／SIL3的安全标准。采用双 lO02D结构，即2004D结构，可提供最大的可用 性，其容错功能使系统中任何一对冗余系统中的 某一个部件发生故障，均不影响系统的连续运行。 在中央区域故障的情况下，整个系统可通过一个 独立的高优先级别的检测看门狗(watchdog)的硬 电路系统，发出停机命令而使生产装置安全停车。 系统的各种插卡能在线插拔、更换；允许在线修 改、下装程序；允许同时运行多个独立的程序。 控制站的 I／O卡件、通讯卡件 、电源为l：l冗 余配置。I／O卡件通道与通道之间安全隔离，信 号与现场隔离。模拟量信号(AI)、数字量输人／ 输出信号(DI／DO)单点分别安装在两个相互隔离 的卡笼中。其中任何一个输入／输出卡导致的信 号故障不会引起全厂紧急停车。HIMA H51q— HRS系统获得 IEC61508 SIL3、DIN V19250 TUV AK6的安全认证。系统的可用率不低于99。99％。 系统的设计是故障安全型的，系统内发生故障时， 能按照故障安全的方式停机。系统具有完善的硬 件、软件故障诊断及自诊断功能，一旦故障发生， 自动按时间顺序在工程师站上显示故障地址、物 理位置和性质，通讯给 DCS系统进行故障显示， 以声光提醒操作人员，并且只要一次击键就可调 出有关画面，同时存储和打印诊断信息。硬件能 诊断到I／O模块的通道一级。冗余设备能在线自 诊断，排错报警，无差错切换。 设置一个可编程终端(工程师站)，用于控制 器的离线和在线组态、除错、修改、测试、软件装 载、设置参数及系统维护及维护等。 操作员站兼做SOE站，SOE站用于在线记录 系统的各类报警及动作事件，存人硬盘，供查询、 追溯和打印。HIMA系统具有 SOE(顺序事件记 录)功能，并提供此功能的软件包，顺序事故记录 软件：WIZCON--LOCIN。主处理器和通讯模件一 起工作给HIMA控制器提供事件顺序能力，在每 次扫描期间，主处理器检查所指定的被称为事件 的离散变量的状态改变。当一个事件发生时，主 处理器将变量的当前状态和时间协签存储在缓冲 区内，这个缓冲区内是SOE块的一部分。最多记 录65 000个事件，事件顺序记录数据能被传送到 SOE站上。SOE的识别时间间隔为 1ms，以便对 系统本身和过程发生的每一个故障，或导致过程 停车的因素都能及时地和按实际发生的时间记录 下来。 ESD系统通过冗余的RS485接口与DCS系 统进行冗余的双向数据通讯。通讯协议：RS 485 MODBUS RTU，ESD系统为从站。通过冗余 的 RS485通讯接El将所有报警信号引人 DCS系统 进行显示。DCS系统设有安全联锁报警信号流程 画面，用于操作人员对联锁输入／输出信号和联锁 程序等动作状态和ESD系统运行状态的监视。 H51q系统使用 ELOP II软件进行组态和编 程，运行在WINDOWS 2000操作系统下。ELOP II软件包是符合IEC61 131—3标准的工业化软件 包，提供标准功能块语言进行编程，可执行逻辑运 算、PID、顺序控制等各种控制程序。ELOP 1I软 件包的反向编译功能允许在线修改，下装程序而 勿须进行下装后的 100％的逐点测试(此功能经 TaV认证)。完全可以满足化工装置和各种设备 的安全控制要求。可使用个人计算机对 HIMA系 统进行组态、监视、操作和文档管理、用户程序输 人。 3．2 ESD系统中仪表的设计 ESD系统从硬件上可分为传感器单元(检测 仪表)、逻辑单元和最终执行元件单元，传感器和 最终执行元件的可靠性是实现ESD系统可靠性 的基础。同样遵循独立设置原则；故障安全原则。 在齐鲁石化苯乙烯装置设计中，采用了如下 设计原则。 3．2．1 独立设置原则 为使ESD免受其他关联的故障或误操作的 影响，应遵循独立设置原则，检测仪表和最终执行 元件尽量采用专用设备或仪表。 (1)检测元件。既做控制又做联锁的流量检 测点采用一块孔板 +两台变送器的方式，输出两 路4—20mA DC信号，其中一路进人DCS；另一路 进入ESD；既做控制又做联锁的温度检测点采用 双支热点偶(或热点阻)信号，其中一路经报警设 定器进ESD，另一路进DCS；液位开关、压力开关 独立设置，选用性能稳定，动作可靠的进口产品 (美国 SOR公司)。 (2)执行元件。为确保ESD系统执行动作的 准确、可靠，对重要的联锁阀独立设置，不设置手 轮，尽量不用普通调节阀来代替；联锁阀带有阀位 维普资讯 http://www.cqvip.com 齐 鲁 石 油 化 工 第35卷 开关，以确认阀门开关位置；阀门开闭速度应满足 工艺过程的要求。 检测元件及执行元件(电磁阀)选用隔爆型 仪表，减少中间环节，增加系统的可靠性。 3．2．2 “故障安全”原则 ESD系统本身在出现故障时能自动置于安全 状态，相关联的现场仪表、联锁阀等的设置也遵循 “故障安全”原则。 所有开关类现场检测仪表均选用常闭型，即 正常操作情况下接点闭合，故障情况下接点打开 触发联锁动作，可有效防止故障不动作；所用热 电偶／热电阻及报警设定器均具有断线保护功能； 为确保联锁阀在任何故障状态下都处于过程安全 位置，其电磁阀选用性能稳定，动作可靠的进口产 品，单电控型，电路设计成故障安全型电路，即正 常情况下电磁阀通电励磁，故障联锁时电磁阀断 电动作；在停气、停电时联锁阀能自动回到生产过 程处于安全状态的位置，阀位开关在阀位到达时 接点闭合；去电气配电室用以开停泵的接点信号 用中间继电器隔离，中间继电器的励磁电路设计 为故障安全型。 3．2．3 其他 对关键的联锁信号采取3取2的表决逻辑， 以确保设备和装置的安全。如在联锁回路ESD2 (负压脱氢有空气泄漏)中，尾气压缩机出口尾气 中氧含量对装置安全有重大影响，除压缩机本身 带有 PLC联锁系统外，其出口氧含量超限联锁设 有三套相同的氧含量检测分析仪表，其采样、检 测、控制单元均三重化设置。三台氧分析仪中任 意两台检测出尾气压缩机出口尾气含量超高，即 触发联锁动作。 在控制室内设置了2个辅助操作台，设有一 定数量的联锁复位按钮、主要的联锁控制设硬手 动紧急停车按钮，保证了整个装置和大型设备在 出现操作事故、设备事故、局部联锁失灵等异常状 态时也能实现紧急停车。同时，针对不同联锁点 和不同联锁停车程序块，在辅助操作台上设有一 定数量的维护旁路开关(MOS)和操作旁路开关 (POS)，用于在系统不停车的情况下进行现场仪 表的维修或更换和开车时的旁路，对 MOS动作、 重要联锁以及部分或全部停车信号设置了报警 灯。 ESD系统的电源直接由不间断供 电装置 (uPs)单独供给。ESD系统的检测仪表和输出负 载均由ESD系统配电(24V DC)，环行供电。 4 结语 经过近两年的实际运行检验，该系统具有较 高的安全性和可用性，满足了装置对安全联锁和 紧急停车保护的要求，达到了设计的预期目的。 从而有力保证了苯乙烯装置的正常生产。 参考文献 l SHB—Z06--1999石油化工紧急停车及安全联锁系统 设计导则 2 SH／T 3018--2003石油化工安全仪表系统设计规范 DESIGN OF EMERGENCY SHUTDOWN SYSTEM FoR STYRENE PLANT Sun Qinghua (Shandong Qilu Petrochemical Engineering Co．，Ltd．，ZiBo，255400) Abstract Combining with the application of emergency shutdown system in Qilu styrene plant，this paper expounds the setting principle of safety interlock system in industrial process， and presents the design scheme of ESD system and application in practical project． Key words emergency shutdown system，setting principle，emergency shutdown system， engineering design 维普资讯 http://www.cqvip.com