劉井燕（1971-）

女，北京人，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士， 1993年畢業(yè)于北京化工學(xué)院生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化專業(yè)，在中國紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院從事工程設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)在職攻讀安全工程碩士。

摘要：本文介紹了聚酯裝置的熱媒系統(tǒng)工藝流程，并從安全儀表系統(tǒng)（SIS）角度分析了其中安全控制的邏輯聯(lián)鎖方案。

關(guān)鍵詞：聚酯裝置；熱媒系統(tǒng)；安全控制

Abstract: The paper introduces the process of HTM system for PET plantand describes the
 security control therein based upon SIS.

Key words: PET Plant; HTM System; Security Control

1 安全儀表系統(tǒng)（SIS）設(shè)計(jì)原則

    石油化工裝置相關(guān)設(shè)備進(jìn)入故障狀態(tài)運(yùn)行，將會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)可能發(fā)生。安全儀表系統(tǒng)（SIS）邏輯應(yīng)按故障－安全方式設(shè)計(jì)。顧名思義，“故障－安全”中的“故障”是指裝置安全儀表系統(tǒng)（SIS）相關(guān)設(shè)備發(fā)生故障，它分為兩類：顯性故障（overt fault）和隱性故障（covert fault）[1]。

    顯性故障

    指能夠顯示自身存在的故障。如系統(tǒng)斷電、控制系統(tǒng)卡件故障等，故障會(huì)立即被檢測出并產(chǎn)生狀態(tài)報(bào)警，在經(jīng)預(yù)設(shè)判斷確定不能保證完成安全功能時(shí)，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行停車動(dòng)作，使裝置處于安全狀態(tài)。

    隱性故障

    指不能顯示自身存在的故障，即不對(duì)危險(xiǎn)產(chǎn)生報(bào)警，并允許危險(xiǎn)發(fā)展的故障。隱性故障是一種危險(xiǎn)的故障，隱性故障一旦出現(xiàn)，系統(tǒng)將因故障的存在而無法動(dòng)作，使生產(chǎn)裝置陷入危險(xiǎn)的境地。例如系統(tǒng)因常閉觸點(diǎn)“粘連”不能正確打開、執(zhí)行元件如球閥處于“抱死”狀態(tài)不能關(guān)閉，安全儀表系統(tǒng)（SIS）聯(lián)鎖停車卻動(dòng)作不了等，后果不堪設(shè)想。

    顯性故障不影響SIS的安全性，但影響系統(tǒng)的可用性；隱性故障則反之。

    安全儀表系統(tǒng)（SIS）重要目標(biāo)之一是減少隱性故障。檢測元件、執(zhí)行元件是隱性故障的重災(zāi)區(qū)，這對(duì)檢測元件、執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)提出了明確要求：

    (1) 邏輯設(shè)計(jì)時(shí)輸入輸出信號(hào)常開、常閉的選擇應(yīng)以減少故障，尤其將隱性故障減少到最小為原則。

    (2) 電源故障時(shí)應(yīng)為安全狀態(tài)。

    如果執(zhí)行元件為電磁閥，安全儀表系統(tǒng)（SIS）輸出至電磁閥的開關(guān)量信號(hào)應(yīng)為常閉（NC）信號(hào)，使得電磁閥處于常帶電（勵(lì)磁）狀態(tài)，保證故障時(shí)電磁閥失電，相應(yīng)安全保護(hù)動(dòng)作執(zhí)行，使受控設(shè)備處于安全狀態(tài)。

    (3) 氣源故障時(shí)應(yīng)為安全狀態(tài)。

    當(dāng)執(zhí)行元件為氣動(dòng)控制閥時(shí)，閥門在選型時(shí)即考慮當(dāng)氣源故障時(shí)，閥門將回到令工藝安全的閥位（全開或全關(guān)）。

2 聚酯裝置熱媒系統(tǒng)工藝流程

    熱媒是給整個(gè)聚酯生產(chǎn)裝置提供熱量的導(dǎo)體。

    聚酯裝置的熱媒系統(tǒng)包括一次熱媒、二次熱媒。

    由熱媒站供給整個(gè)裝置的330℃熱媒稱為一次熱媒。裝置中不同設(shè)備、管線有不同的溫度要求，相應(yīng)設(shè)置各自的加熱回路，稱為二次熱媒。

    聚酯裝置中除第一、二酯化反應(yīng)器夾套及汽相管、第一預(yù)縮聚反應(yīng)器夾套及縮聚系統(tǒng)汽相管路使用汽相熱媒供熱外，包括酯化、第一預(yù)縮聚反應(yīng)器內(nèi)盤管在內(nèi)的五臺(tái)反應(yīng)器、乙二醇分離塔、乙二醇蒸發(fā)器等設(shè)備、反應(yīng)器間的物料夾套管等采用液相熱媒加熱、保溫。

    由熱媒站送來的每個(gè)二次熱媒都有各自的溫度調(diào)節(jié)回路，液相回路通過調(diào)節(jié)一次熱媒的補(bǔ)充量來改變二次熱媒加熱的溫度，汽相回路通過調(diào)節(jié)一次熱媒的流量來調(diào)節(jié)汽相熱媒溫度，從而控制反應(yīng)的溫度，實(shí)現(xiàn)不同的溫度控制要求。各溫度調(diào)節(jié)回路的二次熱媒匯集送回?zé)崦秸炯訜嵘郎?，循環(huán)使用。以第一酯化反應(yīng)器的溫度控制為例。如圖1所示。

                         圖1   第一酯化反應(yīng)器溫度控制

    一次熱媒系統(tǒng)由熱媒爐、熱媒泵以及熱媒總管和熱媒膨脹槽組成。如圖2、圖3所示。

    一次熱媒系統(tǒng)是一個(gè)完整的閉合循環(huán)回路，熱媒通過熱媒泵從熱媒爐頂部進(jìn)入爐內(nèi)盤管，加熱并從爐底輸出進(jìn)入熱媒總管。熱媒供聚酯裝置總管溫度設(shè)計(jì)控制在330℃左右，一次熱媒系統(tǒng)回路上設(shè)有熱媒膨脹槽23-T01（設(shè)置在聚酯裝置的最高點(diǎn)），以補(bǔ)償熱媒在循環(huán)回路中由于溫度變化所產(chǎn)生的熱膨脹或收縮，保證一次熱媒系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)熱媒膨脹槽23-T01對(duì)二次液相熱媒系統(tǒng)用戶的循環(huán)管路具有脫氣、脫水的作用。在一次熱媒循環(huán)系統(tǒng)供、回總管之間設(shè)有差壓控制回路PdIC-50004，用來控制總管傳熱熱媒的流動(dòng)壓差，以確保一次熱媒系統(tǒng)的供給流量，從而完成一次熱媒系統(tǒng)與二次熱媒系統(tǒng)之間的熱量傳遞。

    另外設(shè)置液相熱媒低點(diǎn)收集槽23-T02用于收集設(shè)備管線檢修時(shí)排放的液相熱媒，當(dāng)某個(gè)二次回路的熱媒需要排放時(shí)，先收集在23-T02中，再用泵送回?zé)崦秸?；及汽相熱媒收集?3-T03用于收集汽相熱媒排放。

    緊急情況時(shí)，一旦熱媒膨脹槽23-T01壓力不能維持，聯(lián)鎖停熱媒爐，加熱系統(tǒng)將停止運(yùn)行，須停止進(jìn)料，開始停止反應(yīng)并排廢。

                        圖2   一次熱媒系統(tǒng)（熱媒膨脹槽部分）

                        圖3   一次熱媒系統(tǒng)（熱媒爐、熱媒泵部分）

3 熱媒系統(tǒng)中的安全控制設(shè)計(jì)

(1) XV-23007

    熱媒膨脹槽23-T01的作用是維持循環(huán)系統(tǒng)的恒定壓力。

    ①工藝方案

    管道2502伸至23-T01內(nèi)部，若壓力升高，則自管內(nèi)溢流到23-T01內(nèi)部；若壓力下降，則經(jīng)由XV-23007自動(dòng)補(bǔ)充。因此，XV-23007起定壓作用。

    ②XV-23007狀態(tài)

    正常時(shí)，由于其定壓作用，∴XV為閥開(open)；此時(shí)，氣路暢通，但被電磁閥切斷。

    氣源故障時(shí)，XV為閥開(open)，因?yàn)殚y設(shè)計(jì)時(shí)即為F.O.，考慮到安全狀態(tài)；此時(shí)，氣路斷。

    緊急情況時(shí)，XV為閥關(guān)(close)，ZS/C信號(hào)送熱媒站停爐；此時(shí)，氣路通，通過HS-23006，令電磁閥得電開啟，氣源到達(dá)膜頭，閥門關(guān)閉。

(2) 熱媒爐聯(lián)鎖停爐信號(hào)回路分析                     

    原則：安全柵的relay應(yīng)為常帶電（energised）狀態(tài)

    測量控制回路圖如圖4所示。

                                  圖4-a

                                  圖4-b

                                  圖4-c

                                  圖4-d

(3) F.O.（Failure Open）閥的正∕反作用確定

    原則：①滿足控制的要求

          ②符合工藝人員手動(dòng)操作時(shí)的感性認(rèn)識(shí)

    例：PdV－50004

        Pd上升→需PdV閥開度加大        

    ∵ PdV為F.O.，即氣關(guān)，氣信號(hào)增加→PdV閥開度減小

    ∴ Pd上升→需氣信號(hào)下降→PdV閥開度加大，即反作用；

    方法：將控制點(diǎn)的作用方向設(shè)為反作用，以滿足自動(dòng)控制時(shí)的信號(hào)要求。

    問題：手動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭菤怅P(guān)閥，零信號(hào)時(shí)，閥為全開，∴給20％的輸出信號(hào)時(shí)，閥桿會(huì)停在80% 的位置，即信號(hào)上升→閥門開度減小，不符合人的感性認(rèn)識(shí)。

    方法：將控制點(diǎn)的作用方向仍然設(shè)為正作用，而在AO點(diǎn)的組態(tài)中，將Set Details項(xiàng)設(shè)為Reverse Output。

    如此，即可同時(shí)滿足①&②原則。

4 結(jié)束語

    熱媒系統(tǒng)的正常運(yùn)行是整個(gè)聚酯生產(chǎn)裝置至關(guān)重要的部分，應(yīng)當(dāng)從工藝、控制、操作等各個(gè)細(xì)節(jié)完善其安全控制設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李勝利，盧金芳.石油化工裝置安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].石油化工自動(dòng)化，2007(2):18-22.