硫磺回收裝置投運與緊急停車系統

摘要：本文介紹了美國GE Fanuc公司的90-30 HBR雙重熱備型PLC在硫磺回收裝置控制系統中的應用。說明了硫磺回收裝置的工藝特點，闡述了裝置投運的開工操作與緊急停車系統的組成、控制方案與操作程序。

1、前言

近年來，隨著環保意識的不斷提高，硫磺回收裝置已成為石油化工行業不可缺少的重要設備。針對加工的進口含硫原油，國內已成功引進了多套硫磺回收裝置的工藝及相關技術。著名的克勞斯工藝由于采用了新型的雙反應器系統專利技術，使硫磺回收裝置在低投資和低的運行成本下可實現99.5％以上的硫回收率。針對此裝置的特殊工藝要求，設計并實現高可靠性的、易于操作的裝置投運及緊急停車系統是十分關鍵的。

2、工藝原理及流程簡介

含硫的原油在硫磺回收裝置中要經過熱反應，催化反應和加氫還原反應進行硫回收。硫磺回收的工藝流程如圖2～1所示。

自裝置外來的酸性氣經酸性氣分液罐分液后，用蒸汽加熱，和蒸汽加熱的空氣進入主燃燒器進行熱反應。燃燒后高溫過程氣經廢熱鍋爐和一級冷凝冷卻器冷卻，捕集分離液硫后，過程氣與主燃燒爐的高溫氣流摻合進入一級反應器，在催化劑的作用下，發生克勞斯反應，過程氣經二級冷凝冷卻器冷卻，捕集分離液硫后，再與爐內高溫氣流摻合進入二級反應器，經三級冷凝冷卻器冷卻，再經捕集器分出液流后至尾氣處理部分，液硫經兩段脫氣后由液硫泵送出裝置。

自硫磺回收部分來的尾氣，進入SCOT燃燒器。該爐前段為還原氣發生段，后段為混合段。還原氣與硫磺尾氣混合，進入SCOT反應器，在催化劑作用下，發生加氫還原反應，此反應為放熱反應。加氫后的氣體進入急冷塔下部，用急冷水降溫，降溫后的尾氣進入SCOT吸收塔下部。經吸收后的凈化尾氣進入焚燒爐燃燒器，進行完全燃燒，焚燒后的尾氣經焚燒爐廢熱鍋爐冷卻后從煙囪排放。

當硫磺回收部分事故狀態時，酸性氣設專線送火炬頂焚燒；當尾氣處理部分事故狀態時，硫磺尾氣管線可通過跨線直接進入焚燒爐焚燒后進入煙囪。

3、安全操作與保護系統硬件構成

該系統由PLC核心控制單元，損傷與監視系統和輔助硬件系統構成。

3.1核心控制單元

該系統的核心控制單元采用美國GEFanuc公司的HBR雙重熱備型PLC，整個系統開工及緊急關斷的邏輯軟件程序化后固化在PLC中。

HBR熱備雙網系統由GE公司標準PLC硬件加上冗余軟件包組成，其基本的硬件包括兩個PLC：主PLC和后備PLC。兩個PLC分別裝于兩個5槽機架中，它們運行相同的應用軟件。每個機架中還有兩個通訊控制模塊GBC構成熱備A、B雙網系統，主PLC和后備PLC相互通訊，并通過Genius網控制遠程I/O的狀態。當主PLC發生故障時，后備PLC自動接管，對遠程I/O狀態進行控制；當A網斷線時，B網自動接管控制權。采用熱備雙網系統的目的是為了提高控制過程的可靠性，熱備雙網系統可在不中斷過程控制的前提下實現從主機到備機的切換和從A網(主網)到B網(備網)的切換。

在正常操作下，主、后備PLC同步操作，通過Genius網相互通訊。每一個PLC在每一個Genius，總線掃描周期中向另一個PLC發送特定的內部狀態數據，這就保證了由一個PLC到另一個PLc控制權的平滑切換。主PLC和后備PLC通過總線接口模件同時從遠程I/O接點接受輸入數據，運行應用軟件，計算輸出結果。后備PLC的各種變量和輸出結果總是自動地與主PLC的變量及輸出結果進行同步，每一個遠程I/O接點獨立地選擇主后備PLC兩者之一的結果進行輸出。如果主PLC發生故障，遠程I/O接點將在100ms之內切換到后備PLC，并保持切換前后輸出的狀態。

在正常情況下，PLC處理器把信息同時傳遞到主網和備網，當主網斷開時，備網自動接替與總線接口模件的通訊，并能平滑切換，即保持切換前后輸出的狀態不變。

3.2操作及監視系統

操作和監視系統包括硫磺回收裝置的監控站及手動操作系統。

3.2.1工藝參數的監視與設定

在上位監控站，通過工藝流程、報警及參數設定幾個畫面來對工藝參數進行監視與設定。工藝流程畫面包括CLAUS爐，SCOT爐和焚燒爐的工藝流程圖，在這些畫面中顯示出各種參數的數值和棒圖，各自保閥、機、泵的ON／OFF狀態，并用不同的顏色加以區分，各畫面可方便地進行相互切換。報警畫面顯示出各參數正常／報警狀態，參數設定畫面是為模擬量輸入而設定的畫面，它可以設定模擬量聯鎖報警值。

3.2.2程序操作

在監控站上由程序控制的操作畫面包括開工操作和自保操作畫面。開工聯鎖功能是為正確安全開工提供重要的輔助手段，使操作人員按裝置操作規程的有關規定和步驟，借助開工聯鎖功能操作畫面提供的手段，強化開工過程的程序性和安全性。自保操作畫面的有關操作一方面使各爐的自保聯鎖投入正常運行，另一方面為整個裝置提供安全保護的手段。

3.2.3手動操作

硫磺回收裝置的手操系統可實現手動操作、脫機操作、開工和投入自動聯鎖保護轉換操作。手操系統包括CLAUS爐，SCOT爐和焚燒爐的開工轉換開關、手動停爐開關、手動總切除開關和輸入信號切除開關等。

3.3輔助硬件系統

作為PLC核心控制單元與現場I/O的中間橋梁，輔助硬件系統主要起隔離和驅動的作用。由現場來的輸入信號通過接線端子進入輸入繼電器后，分別送到DCS系統及PLC中，PLC及手操器控制開工和發出緊急停車信號，通過輸出繼電器帶動現場的電磁閥和機電設備，實現開工和自動聯鎖保護功能。

4、操作程序

4.1開工操作程序

對于CLAUS爐、SCOT和焚燒爐，它們各自均有嚴格的開工邏輯及操作程序。CLAUS爐的開工過程包括CLAUS爐吹掃程序，點火程序和引入酸性氣程序；SCOT爐開工過程包括啟動循環噴射器程序、CLAUS爐氮氣吹掃程序、點火程序和引入尾氣程序；焚燒爐開工操作包括吹掃程序和點火程序。

4.2自保操作程序

自保操作程序由CLAUS爐，SCOT爐和焚燒爐的自保程序組成。

5、結束語

采用新型克勞斯技術的硫磺回收裝置緊急停車系統以其高可靠性和友好的人機界面受到用戶好評。該套緊急停車系統在國內某石油化工總廠硫磺回收裝置上投運一年多以來，運行平穩，安全可靠，取得了良好的經濟效益。