聚合釜緊急停車系統改造

劉亞南

摘 要：本文介紹了ESD系統基本結構及設計思路。介紹了聚合釜緊急停車系統的必要性、聯鎖條件和動作過程。ProSafe-RS構成ESD系統具有很高的可靠性，降低了設備誤動作的概率，有效保證了裝置長周期安全穩定運行。

關鍵詞：聚合釜 ProSafe-RS ESD 安全等級

中圖分類號：TQ056 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0091-02

我廠PVC裝置年產量23萬噸，以氯乙烯單體為原料，采用懸浮聚合間歇生產工藝。聚合單元有127 m3大型聚合釜8臺，聚合釜設計溫度為10 ℃～100 ℃，設計壓力為1.2 MPa，帶有攪拌器和冷卻水夾套。1998年對PVC裝置控制系統進行了DCS（Distributed Control System）改造，2013年對原DCS進行了升級，并對原來的ESD（Emergency Shutdown Device）進行改造。原ESD系統于1988年隨裝置投入運行，使用年限已25年，繼電器、開關、傳感器、執行部件嚴重老化，可靠性大大降低，并且沒有事件記錄功能，給后面的事故分析增加難度。為了確保生產過程的安全運行，保證生產設備和人員的安全，ESD系統被廣泛應用于現代化生產，在石化行業體現尤為突出。ESD系統獨立于DCS，其安全級別高于DCS[1]。當生產裝置出現緊急情況時，不需要經過DCS，而由ESD直接發出聯鎖保護信號，避免危險擴散。

1 系統特點

1.1 控制系統簡介

橫河公司的ProSafe-RS安全系統符合IEC 60508和IEC 61511這些最新的國際標準的要求，取得了TV SIL3的安全認證。并且是符合IEC61511國際標準并且達到SIL3安全等級的安全儀表系統。其簡單的結構就可實現安全系統的高安全性和高可靠性。橫河公司安全儀表系統的應用領域包括：緊急停車系統（ESD）、過程停車系統（PSD）、消防系統（F&G）、燃燒器管理系統（BMS）。

1.2 系統控制站構成

整個ESD系統由1套ProSafe-RS組成。共2套冗余的控制器，55塊SDV144—DI卡和29塊SDV541（DO卡），所有的I/O卡件安裝在共2個CPU單元中和11個I/O節點單元中。信號經過中間端子板接入ProSafe-RS系統的I/O卡件上。所有I/O點都按15%的余量備用。整個ProSafe-RS控制系統由1002D全冗余結構組成。控制站的CPU及控制總線為Pair--Spare冗余容錯結構。I/O卡為1：1冗余配置，所有I/O卡件均能在線插拔和更換。

1.3 供電

系統采用了雙冗余的UPS電源供電，確保了ESD供電的穩定性。UPS分別為SCS控制站、繼電器，I/O卡件、現場電磁閥、輔操臺供電。當停電時供電時長大于2 h，保證出現停電事故時，ESD系統的可靠工作。

1.4 安全獨立原則

獨立的控制回路，獨立于PLC、DCS系統。所以當PLC、DCS系統因掉電、系統故障無法發出加入指令時，新加的操作臺系統可以繼續發出加入指令，保證終止劑能夠順利地加入聚合釜。

1.5 順序事件記錄（SOER）

SOER事件記錄時間分辨率為1 ms級別。系統的SOER記錄功能可對ESD系統本身的故障或導致聯鎖停車的各種事件進行記錄，提供給用戶對裝置停車原因進行分析的工具。SOER信息分兩種：一種是事件日志文件；一種是TRIP信號文件。

1.6 自診斷技術

ProSafe-RS的自診斷技術可在一個掃描期內對系統的全部硬件進行診斷，在線診斷覆蓋率達到99%。CPU和I/O卡件的故障檢測信息均可顯示在操作站和工程師站上，故障模件的位置可被顯示出來。對卡件所接的現場回路的開路和短路進行檢測，并可將診斷信息發到安全工程師站上。

1.7 網絡結構

PVC裝置過程控制系統采用的是橫河Centum VP，ESD系統以ProSafe-RS為核心。它們共用同一控制網絡，共用一個統一集成的操作窗口HMI。并且在同一網絡上的各控制器之間交換數據和通訊都是經過TV安全認證的“安全通訊”方式。

2 控制原理

2.1 終止劑系統

該裝置有聚合釜8臺，每釜配4罐緊急終止劑，分別從釜的頂部、中部、底部加入。終止劑采用ATSC溶液。聚合反應在帶有攪拌器和冷卻水夾套的聚合釜中進行，反應過程伴隨著放熱壓力上升現象，若控制不當則會發生重大事故。事故狀態下加入的緊急終止劑，由ESD控制加入。緊急終止劑加入聚合釜后，與物料充分混合才能使聚合迅速終止，這要靠聚合攪拌來完成。但當聚合裝置發生停電故障時，就會停止攪拌。因此底部管線通高壓氮氣，必要時用高壓氮攪動漿料，但時間不可太長以30 s為宜。

2.2 聯鎖信號及動作

按危險程度及影響范圍分成一級緊急情況（EMG1）和二級緊急情況（EMG2）。

2.2.1 EMG1產生條件

（1）電力故障，控制系統自動產生EMG1信號。

（2）預料裝置將遭到火災或爆炸延續，操作員按EMG1開關。

（3）由于地震等原因，預料裝置將遭到破壞，操作員按EMG1開關。

（4）發現聚合釜大量泄漏氯乙烯，操作員按EMG1開關。

EMG1產生動作：

（1）所有聚合釜的所有過程全部變為半自動（SA）方式。

（2）處于聚合反應的以EMG2終止。

2.2.2 EMG2產生條件

（1）EMG1信號對聚合中的聚合釜產生EMG2信號。

（2）聚合釜攪拌器跳閘或運行信號丟失產生EMG2信號。endprint

（3）1號線電力故障，前4個聚合過程中的聚合釜產生EMG2信號。

（4）2號線電力故障，后4個聚合過程中的聚合釜產生EMG2信號。

（5）聚合釜出現異常時，操作人員按EMG2按鈕。

EMG2產生的動作：

（1）所有過程切換到SA方式。

（2）終止劑強制加入。

（3）起動DCS相關程序（聚合釜強制冷卻和回流冷凝器強制投用）。

（4）放空系統投用。

2.3 控制基本要求

2.3.1 終止劑加入過程

當生產中出現事故需要停止聚合反應時，由自動控制裝置或操作人員手動加入終止劑。終止劑加入共分兩步：第一步EMG2信號產生時，靠近聚合釜的柱塞閥打開，并行的兩個切斷閥只打開上面一個，當液位下降到一半時再關閉它。第二步按下ADD按鈕打開另一切斷閥，剩余的終止劑全部加入釜內。這里設置兩個切斷閥的目的是為了保證其中一個失效時另一個能安全工作。終止劑加入后，因攪拌器原因終止劑不能很好分散時，可手動打開氮氣閥，將高壓氮氣從底部加入點鼓入聚合釜，使終止劑與漿料分散及混合，提高終止效率。

2.3.2 系統初始條件

當初始條件滿足時，向DCS發送初始化信號，此信號作為批量控制程序自動進行條件之一。初始化條件：（1）所有終止劑罐液位保證滿罐。（2）罐壓力達到1.5 MPa。（3）與聚合釜連接處的管線壓力低于0.1 MPa。（4）終止劑罐出口管線上手閥為開信號，倒淋閥為關信號。（5）程控閥回迅為關信號。以上任何條件不滿足，聚合反應批量控制程序不能起動。

2.3.3 報警信號設置

終止劑罐頂部安裝了壓力開關，當壓力低于設定值時，發出報警信號，操作人員一定要檢查N2壓力，防止事故發生時終止劑壓不進聚合釜。在加入點安裝壓力開關，其作用檢查根閥沒關死造成釜內壓力泄漏。每個終止劑罐裝有3個液位開關，頂部液位開關保證正常狀態下終止劑滿罐，低報時工作人員應及時補充。底部液位開關低報時說明終止劑加完，關閉所有閥門，防止高壓N2通過管線進入聚合釜造成壓力持續升高。

3 結語

全文對ESD系統結構組成，聯鎖設置以及工藝原理等內容加以闡述，與DCS之間的通信也作了介紹。2013年5月完成改造后的聚氯乙烯裝置ESD系統完全順應了當今安全生產的發展要求，為生產裝置的穩定運行提供了保障。

參考文獻

[1] 耿國強，黃鵬.ESD在PVC聚合裝置中的設計及應用[J].聚氯乙烯，2009，37（4）：22-26.

[2] 龔義文.安全儀表系統在化工裝置中的應用[J].自動化儀表，2010，31（12）：50-54.endprint