石油化工乙烯esd控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

1、石油化工屬流程工業(yè)具有高溫高壓易燃易爆等特征在生產(chǎn)中具有極高的危險(xiǎn)性因此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行不僅是提高效益的關(guān)鍵而且對(duì)生產(chǎn)人員生產(chǎn)設(shè)備以及整個(gè)社區(qū)安全都十分重要.在新一輪乙烯改造中揚(yáng)子石化選用了國(guó)際先進(jìn)的ESD(EmergencyShutdown緊急停車)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置的安全控制.650kta乙烯擴(kuò)建裝置ESD系統(tǒng)由兩個(gè)層次的方式構(gòu)成:裂解爐區(qū)壓縮區(qū)急冷區(qū)和公用工程區(qū)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)控制冷區(qū)和熱區(qū)的塔系統(tǒng)控制除要求實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制外還要

2、求實(shí)現(xiàn)SI(SafetyInstrumentedSystem)控制以確保裝置在發(fā)生電力循環(huán)水裝置或儀表系統(tǒng)等公共故障時(shí)火炬的排放量得到有效控制.原400kta乙烯裝置采用的是Honeywell公司的LM(邏輯管理器)系統(tǒng)對(duì)裝置進(jìn)行聯(lián)鎖控制因本輪改造經(jīng)費(fèi)所限該部分沒(méi)有改為安全性更好的ESD系統(tǒng).一乙烯ESD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1.系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)原則(1)為確保裝置安全穩(wěn)定可靠地運(yùn)行提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度在擴(kuò)建的新區(qū)設(shè)計(jì)中采用兩套ESD系統(tǒng)分別控制兩

3、個(gè)重要的區(qū)域一套用于控制裂解爐區(qū)急冷區(qū)壓縮區(qū)加氫區(qū)和公用工程區(qū)另一套用于冷區(qū)和熱區(qū).(2)中央控制室(CCR)在原有控制室內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)容DCS在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容US操作站與原系統(tǒng)保持統(tǒng)一.ESD系統(tǒng)主機(jī)安裝在新機(jī)柜(NRR)間裝在DCS輔操臺(tái)上的按鈕開(kāi)關(guān)報(bào)警燈的控制采用遠(yuǎn)程控制站(RXM)控制遠(yuǎn)程控制站設(shè)在CCRCCR和NRR之間的通信由三冗余的光纜構(gòu)成.(3)為提高程序的掃描速率ESD系統(tǒng)內(nèi)部未設(shè)計(jì)第一事故報(bào)警程序區(qū)分第一事故的設(shè)

4、備選用美國(guó)Ronan公司的分體式報(bào)警器報(bào)警器的燈屏部分安裝在輔助操作臺(tái)上作為操作人員的一種人機(jī)界面控制部分安裝在機(jī)柜間.(4)本著安全高于控制的原則所有關(guān)鍵聯(lián)鎖檢測(cè)點(diǎn)采用先進(jìn)ESD系統(tǒng)再通過(guò)SMM(安全管理器模件)與DCS中的UCN(萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò))通信實(shí)現(xiàn)在US(通用操作站)上的數(shù)據(jù)顯示.(5)新區(qū)和老區(qū)分別設(shè)計(jì)SOE(事故順序記錄儀)站兩套ESD系統(tǒng)共設(shè)有4個(gè)SOE站各站間用以太網(wǎng)(Enter)相連.(6)重要的IO點(diǎn)全部選用熱備冗余

5、方式輸入卡全部選用光電隔離型非SIL(SafetyInterityLevel)級(jí)的輸出卡選用繼電器隔離或光電隔離型避免現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)的影響.(7)交流電源采用雙路方式供給電源模件一路電源經(jīng)UPS(不間斷電源)供給ESD電源主模件另一路市電電源供給ESD備用電源模件.24VDC電源因其容量很大分兩部分供給一部分供給現(xiàn)場(chǎng)儀表和繼電器報(bào)警燈屏以及按鈕開(kāi)關(guān)的工作電源采用美國(guó)Acopian公司的冗余電源供給另一部分供給現(xiàn)場(chǎng)電磁閥工作的電源由配電所的

6、直流電源裝置供給.控制電磁閥的電源總線要選用鎧裝電纜額定功率不能超出其總功率的50%以避免電纜故障而造成大面積停車在乙烯老區(qū)曾發(fā)生過(guò)因聯(lián)鎖電源電纜漏電而導(dǎo)致裂解爐全線停車的事故.2.現(xiàn)場(chǎng)儀表的設(shè)計(jì)原則(1)SIS控制部分采用了SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SIL為美國(guó)ISAS84.01標(biāo)準(zhǔn)要求的安全等級(jí))SIL3級(jí)ESD部分的檢測(cè)儀表一律采用2oo3(3選2表決)的方式檢測(cè).如塔壓和循環(huán)水的測(cè)量都采用3臺(tái)變送器同時(shí)測(cè)量電網(wǎng)電壓采用3個(gè)電壓檢測(cè)器同時(shí)測(cè)

7、量壓縮機(jī)軸位移采用3個(gè)探頭和趨近器同時(shí)監(jiān)測(cè)等.3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)分別送入3個(gè)不同的三重化輸入模塊(TMR)由主處理器執(zhí)行3選2表決運(yùn)算.(2)控制裂解爐透平泵的聯(lián)鎖和其他一些常規(guī)聯(lián)鎖則采用單臺(tái)檢測(cè)儀表信號(hào)被送入TMR型輸入模塊.(3)SIL3級(jí)緊急停車部分用于控制切斷閥門的電磁閥一律采用2個(gè)串聯(lián)方式設(shè)置以防止某一個(gè)電磁閥失效而造成聯(lián)鎖動(dòng)作失效切斷閥上應(yīng)設(shè)置閥位變送器將閥位的準(zhǔn)確狀態(tài)及時(shí)反饋給控制室.(4)輸入ESD的測(cè)量?jī)x表均獨(dú)立設(shè)置不與

8、控制回路合用無(wú)需分配器分配.(5)所有重要的切斷閥要求獨(dú)立設(shè)置切斷閥均采用密封等級(jí)高的球閥閥位開(kāi)關(guān)信號(hào)由限位開(kāi)關(guān)發(fā)出并傳送入DCS指示.(6)對(duì)于塔系統(tǒng)控制加熱源的切斷閥根據(jù)TEC(日本東洋工程公司)的計(jì)算采用調(diào)節(jié)閥與切斷閥合一的方法如圖1所示方案1.此方案要求閥的密封等級(jí)在5級(jí)(Class5)以上采用上述設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)TEC計(jì)算符合SIL3亮.FAULT燈亮只說(shuō)明某一個(gè)分電路有故障并不說(shuō)明模件失效模件的容錯(cuò)功能使之能帶著某種故障繼續(xù)正常工作

9、.3503E能夠自測(cè)試STACKON(ON粘住測(cè)試)即在輸入回路中將一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合通過(guò)光電隔離回路讀入一個(gè)OFF值.測(cè)試時(shí)卡件內(nèi)置的微處理器讀入OFF值前的最后數(shù)據(jù)值在通信處理器中保持.3564為單點(diǎn)卡它只有一個(gè)輸入電路輸入到模件中的數(shù)據(jù)分成3路分別送入3個(gè)MP中具有STACKON及STACKOFF的檢測(cè)功能如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤在500ms后將輸入數(shù)據(jù)置為安全狀態(tài)由于TRICON是設(shè)計(jì)成故障安全型安全狀態(tài)為OFF.(2)DO卡(36643604E3

10、636R)所有DO卡均有3路完全隔離的輸出分電路3604E及3636R利用具有TRICON專利的四方表決器進(jìn)行表決.3664雙通道輸出卡在兩個(gè)輸出間進(jìn)行表決如一致輸出結(jié)果至現(xiàn)場(chǎng)不一致則輸出安全狀態(tài)為OFF.所有輸出卡具有OVD(OutputVoterDiagnostic)檢測(cè)功能即DO卡定期發(fā)出一個(gè)反狀態(tài)信號(hào)以檢測(cè)輸出分電路是否故障時(shí)間保證在2ms內(nèi)一般為500ms不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)控制.所有輸出卡均具有STACKON及STACKOFF功能如

11、發(fā)現(xiàn)STACKOFF故障由于是故障安全型設(shè)計(jì)DO卡輸出保持故障狀態(tài)熱備卡不切換.3636R為繼電器型輸出卡.(3)通信卡(43294409)NCM(網(wǎng)絡(luò)通信模件)網(wǎng)卡(4329)支持的通信協(xié)議如表3所示.SMM卡(4409)是專門針對(duì)HoneywellTDC3000而設(shè)計(jì)使TRCION系統(tǒng)作為UCN網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)子站與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信.功能如下:(a)傳送所有IO點(diǎn)至DCS(b)將所有TRICON系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)傳送至DCS(c)與DCS進(jìn)行

12、所有Alias的讀寫(d)在DCS上對(duì)TRICON系統(tǒng)進(jìn)行診斷(e)在TDC3000上對(duì)TRICON系統(tǒng)進(jìn)行寫保護(hù)(f)與DCS時(shí)間同步(g)在DCS上作SOE(h)可作熱備通信.(4)遠(yuǎn)程機(jī)架通信卡(RXM)在同一個(gè)TRICON系統(tǒng)中如果相鄰兩個(gè)機(jī)架距離太遠(yuǎn)時(shí)可利用三重化遠(yuǎn)程機(jī)架通信卡進(jìn)行通信.(5)TRICONV9系統(tǒng)容量TRICONV9系統(tǒng)由一個(gè)主機(jī)架和最多14個(gè)擴(kuò)展機(jī)架或14個(gè)遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架組成.最大系統(tǒng)是15個(gè)機(jī)架可支持總數(shù)為1

13、18個(gè)IO模件(控制點(diǎn)總數(shù)由各模件型號(hào)決定)并可通過(guò)通信卡與上位操作站Modbus主機(jī)Foxbo與Honeywell的DCS等設(shè)備通信.TRICONV9系統(tǒng)還具有在線修改程序的功能在修改過(guò)程中能保證系統(tǒng)控制不間斷并具有IO點(diǎn)的強(qiáng)制功能能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)改變變量值.三系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)配置乙烯裝置的控制區(qū)域有裂解爐區(qū)急冷區(qū)壓縮區(qū)熱區(qū)冷區(qū)汽油加氫區(qū)包含設(shè)備有4臺(tái)100kta裂解爐壓縮機(jī)反應(yīng)器精餾塔等接入ESD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型有DIDOAI.由

14、于IO點(diǎn)眾多數(shù)據(jù)類型復(fù)雜為確保系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)算速度設(shè)計(jì)上應(yīng)用兩套TRICONV9系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)裝置的ESD控制.考慮到控制機(jī)柜間和中央控制室距離比較遠(yuǎn)(相距800m)如將所有的操作開(kāi)關(guān)及燈屏信號(hào)用信號(hào)電纜接入控制室勢(shì)必增大投資費(fèi)用為此充分利用了TRICONV9系統(tǒng)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展功能將在中央控制室的操作信號(hào)接入遠(yuǎn)程機(jī)架再利用光纖將其與在遠(yuǎn)方的主機(jī)架連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信.因?yàn)檫h(yuǎn)程機(jī)架的連接也是三重化的并且每個(gè)機(jī)架都采用了雙路光纖進(jìn)行通信所以保證了信