EO/EG裝置OMS安全聯鎖系統中關鍵閥門的控制方案

張 揚

(中韓(武漢)石油化工有限公司，武漢 430080)

OMS安全聯鎖系統中，對各類關鍵閥門進行了控制方案的設計：一是完成包括氧氣、乙烯、致穩劑及抑制劑等的進氣過程，保證各類原料安全有序地進入反應系統；二是保證其安全有序地從反應系統中切出。整個控制方案的設計中安全是重中之重，同時要盡可能減少開工和停工過程中的原料浪費。環氧乙烷乙二醇(EO/EG)生產工藝中的反應選擇性和氧氣在循環氣中的比例呈對數曲線關系，當氧氣含量達到一定值時會引發爆炸。為了保證安全，并提高生產轉化率，對氧氣和乙烯的進料控制是關鍵。筆者以EO/EG工藝中的進氧系統、乙烯氣系統和循環氣系統中各閥門控制為例，介紹采用OMS安全聯鎖系統設計其控制方案和優化方案。

1 進氧系統15個閥門的控制方案①

OMS安全聯鎖系統中最重要的是進氧系統的15個閥門：大分布器一級切斷閥HV-1624和二級切斷閥HV-1625，雙線圈閥，同時得失電，閥門狀態保持；小分布器一級切斷閥HV-1626和二級切斷閥HV-1627，雙線圈閥，同時得失電，閥門狀態保持；小分布器，雙線圈閥門，同時得失電，閥門狀態保持；氧氣流量調節閥FV-1619，氣開調節閥，帶電磁閥FY-1619；一級氧氣切斷閥XV-1620，氣開式開關閥；一、二級氧氣放空XV-1621和XV-1622，氣關式開關閥；三級氧氣切斷閥XV-1623，氣開式開關閥；氮氣補給閥XV-1628、XV-1630，氣開式開關閥；氮氣吹掃閥XV-1629、XV-1631～3，氣關式開關閥。主繼電器MCR1給9個單線圈閥門的電磁閥(除了XV-1632和XV-1633)和4個雙線圈閥門的開閥線圈供電。閥門的分布情況如圖1所示，它們的邏輯控制方案有3個特點：聯系緊密、層次分明和整體性強。聯系緊密是指在控制邏輯和硬件接線中，三者都互相聯系緊密，且共同參與并完成吹掃過程的順控控制；層次分明是指針對不同的工藝階段，每個閥門都能很好地參與順控邏輯同時很好地單獨完成控制功能；整體性強是指三者皆為進氧需要而設計的，在工藝位置上和邏輯控制中都安排在一起，和其他的原料閥有明顯的區分。

圖1 閥門布置方案

1.1 投氧前吹掃控制方案

首先，保證所有的閥門狀態為OMS啟動前的初始狀態：XV-1621、XV-1622、XV-1629、XV-1631、XV-1632、XV-1633、XV-1525閥門處于開狀態；XV-1620、XV-1619、XV-1840、XV-1623、XV-1628、XV-1630、XV-1626、XV-1627、XV-1624和XV-1625閥門處于關狀態。

其次，保證聯鎖條件都恢復正常(表2)，這些聯鎖條件主要是反應吸收單元中重要的聯鎖點。啟動前必須確認這些工藝聯鎖點正常，包括：循環水罐液位、再吸收塔頂壓力、循環氣壓縮機出口壓力、循環氣壓縮機緊急停車、氧混站前后溫度差、吹掃氮氣壓力、氧氣流量跟蹤差、氧氣流量信號、循環氣流量跟蹤差、循環氣流量信號、氧氣和循環氣壓力差信號、氧氣和氧混站出口壓力差、1號氮氣吹掃罐壓力、2號氮氣吹掃罐壓力、1號反應器大汽包液位、2號反應器大汽包液位、1號反應器小汽包液位、2號反應器小汽包液位、1號反應器出口溫度、2號反應器出口溫度、1號反應器入口溫度、2號反應器入口溫度、1號反應器出口氣和水的溫度差、2號反應器出口氣和水的溫度差、1號反應器出口水的溫度差、2號反應器出口水的溫度差、1號反應器大汽包出口壓力和壓力控制回路的設定值差、2號反應器大汽包出口壓力和壓力控制回路的設定值差、1號反應器入口氧含量、2號反應器入口氧含量、1號反應器出口氧含量、2號反應器出口氧含量、1&2號反應器入口氧表同時故障、1&2號反應器入口氧表故障和旁路同時存在、緊急停車按鈕、吸收塔底循環氣凝液液位。

投氧前吹掃控制方案的實現步驟如下：

a. 觸發主繼電器復位按鈕HS-1601C，準備啟動燈點亮，以確定OMS安全聯鎖系統中各閥門的狀態和聯鎖條件的狀態都正常，確保啟動OMS的安全。

b. 按下OMS啟動按鈕，OMS啟動，程序進入自動吹掃順控。要求OMS允許啟動信號燈點亮，準備啟動信號燈點亮。此時閥門XV-1625、XV-1627和XV-1630打開。打開閥門XV-1625和XV-1627對大小分布器的后段進行吹掃，保證大小分布器管道后段中空氣被吹掃干凈；打開閥門XV-1630向氮氣存儲罐SP-1602充氮氣，使得氮氣存儲罐中的氮氣壓力PI1631高于預定指標值。

c. 確認步驟b中的閥門動作和壓力指標，保證順控繼續進行，對整個大小分布器管道進行吹掃。要求閥門XV-1625和XV-1627正常打開，開狀態回訊信號正常；閥門XV-1620保持關狀態，此順控應用在投料前吹掃階段；壓力表PI1631高于要求指標，滿足后續的工藝要求；大小分布器氮氣吹掃流量表FI1632和FI1633高于指標要求。動作過程——閥門XV-1624和XV-1626打開5s后，閥門XV-1625和XV-1627關閉；閥門XV-1625和XV-1627關閉后，大小分布器壓力表(PI1632、PI1633)、流量表(FI1632、FI1633)和氮氣存儲罐SP1602壓力表PI1631指標都滿足要求；而后閥門XV-1631關閉，5s后閥門XV-1624和XV-1626關閉。此過程的目的是打開閥門XV-1624和XV-1626，對整個大小分布器管道進行吹掃，保證整個大小分布器的前后段沒有雜質；通過大小分布器管道的壓力指標信號控制關閉閥門XV-1624和XV-1626，保證了大小分布器和存儲罐的正壓狀態，從而保證吹掃效果。

d. 對XV-1623到FV-1619之間的管道進行反向對空吹掃。要求XV-1631、XV-1624和XV-1626關閉，閥門關狀態回訊信號正常；調節閥FV-1619的閥位手動控制在0%之下。XV-1628打開，5s后XV-1622關閉。目的是對閥門XV-1623到FV-1619之間的管道進行反向對空吹掃，保證此段管線中充滿純凈氮氣。

e. 激活調節閥FV-1619的電磁閥，使其可控。要求閥門XV-1622關閉，閥門關狀態回訊正常；氮氣存儲罐SP1601和壓力表PI1629滿足指標要求。調節閥FV-1619的電磁閥FY-1619帶電打開，目的是實現對閥門XV-1620到閥門FV-1619之間的管道進行反向對空吹掃的準備條件。

f. 對閥門XV-1620到FV-1619之間的管道進行反向吹掃。要求FV-1619的開度在75%以上且接收到50%點的開回訊信號。上述要求滿足，5s后XV-1621關閉，保證FV-1619到XV-1620之間的管道內充滿純凈氮氣。

g. 吹掃完成后的保護工作，以及為進乙烯和氧氣的準備工作。要求閥門XV-1621關閉，關回訊信號正常；氮氣存儲罐SP1601的壓力表PI1629滿足指標要求。閥門XV-1629關閉，延時1s后發出吹掃完成邏輯信號，目的是保證管道干凈，且帶有正壓；發出吹掃完成信號，激活乙烯進料閥XV-1840，氧氣進料閥XV-1620和XV-1623，氬氣閥FV-1862和FV-1831，抑制劑閥XV-1512和XV-1522。

1.2 投氧過程的控制方案

投氧過程的控制步驟如下：

a. 啟動小分布器。要求吹掃完成信號正常，閥門FV-1619的閥位控制在0%之下且關回訊信號正常，乙烯原料已經開始進料。然后手動觸發啟動小分布器按鈕HS-1602；閥門XV-1626和XV-1627打開并收到XV-1626和XV-1627的開回訊信號，小分布器吹掃氮氣流量FI1633滿足指標要求，閥門XV-1620和XV-1623打開；手動開調節閥FV-1619；差壓表PDI1627和PDI1628滿足指標要求，10s后XV-1633關閉。目的是手動介入觸發，可以進一步增加安全性和主動性，操作人員可以根據經驗和工藝狀況，適時啟動小分布器，保證吹掃完成后工藝調整需要的時間要求；進氧前，打開閥門XV1626和XV-1627，且保持XV1633繼續輸送氮氣，避免小分布器管線壓力下降導致的循環氣溢出；打開FV-1619，氧氣開始進入管道，當進氧管道壓力有了保證后就可以關閉氮氣閥XV-1633，以節省氮氣。

b. 啟動大分布器。要求XV-1633關閉，即小分布器已啟動；吹掃小分布器的氮氣流量FI1633滿足指標要求。然后手動觸發啟動大分布器按鈕HS-1603；XV-1633打開，XV-1625打開；XV-1633和XV-1625打開，開回訊信號正常，進大分布器的氮氣流量FI1632滿足指標要求，此時XV-1624打開；收到XV-1624閥門開回訊，30s后如果差壓表PDI1628滿足指標要求則關閉XV-1632和XV-1633；等到壓差PD1628正常后，關閉XV-1632和XV-1633。目的是手動介入觸發，進一步增加了安全性和主動性，操作人員可以根據經驗和工藝狀況適時啟動大分布器，保證啟動小分布器后工藝調整需要的時間要求；XV-1633重新打開，避免因大量進氧引起氧氣管道壓力急劇變化，而導致氧氣管道和循環氣管道差壓的急劇變化，觸發差壓的聯鎖停車信號；打開XV-1625后，先對其真正狀態進行判斷，確認安全后打開XV-1624，保證安全的進氣順序，增強安全性，避免對工藝參數產生太大波動；30s的延時是確保在工藝條件穩定后及時關閉氮氣進氣，節省氮氣，穩定循環氣參數。

1.3 切斷進氧的控制方案

首先，使主繼電器失電，切斷各個閥門的電磁閥的供電。要求聯鎖條件觸發、手動觸發緊急停車按鈕。

總聯鎖信號狀態由正常的高電位轉變成聯鎖的低電位；聯鎖信號燈點亮；主繼電器失電，切斷XV-1620～3、XV-1630、XV-1629、XV-1631和XV-1628的電磁閥供電，使各閥門回歸到故障狀態位，XV-1621和XV-1622打開，XV-1620、XV-1623和FY-1619關閉，XV-1629、XV-1631～3打開，XV-1630和XV-1628關閉；切斷閥門XV-1624～7的開電磁閥的供電。目的是切斷進氧，并將大小分布器前管道中的氧氣反吹入大氣；吹掃并稀釋大小分布器中的氧氣到循環氣中，進而稀釋循環氣，確保循環氣狀態穩定。

然后，依次關閉大小分布器上的切斷閥。要求總聯鎖信號發生跳轉、主繼電器已經失電。5s后，關閉大小分布器的一級切斷閥XV-1624和XV-1626；10s后，關閉大小分布器的二級切斷閥XV-1625和XV-1627。目的是依次關閉大小分布器的閥門，確保大小分布器內無殘留氧氣。

2 乙烯進氣閥門的控制方案

2.1 乙烯進氣閥XV-1840的控制方案

要求閥門FV-1838的閥位在0%之下、吹掃完成后信號顯示吹掃完成、OMS總聯鎖信號處于無聯鎖狀態。此時觸發開閥按鈕HS1840；閥門打開；聯鎖發生，閥門關閉。

目的是確保在調節閥關閉的狀態下才能打開乙烯閥，防止誤操作，保證乙烯進料的平穩；聯鎖發生后保證切斷進料。

2.2 乙烯界區進氣閥XV-1850的控制和優化

SD的工藝設計方案：要求XV-1850的控制要與XV-1840的控制在不同的邏輯系統中，實現硬件上的隔離。啟動開閥按鈕HS1850，閥門打開；啟動關閥按鈕HS1850，閥門關閉。目的是對進裝置的乙烯量進行控制。

筆者的改進方案是：要求XV-1850的控制與XV-1840的控制在不同的邏輯系統中，實現硬件上的隔離；吹掃完成信號顯示吹掃完成；OMS總聯鎖信號處于無聯鎖狀態。

動作過程是啟動開閥按鈕，閥門打開；聯鎖發生，或啟動關閥按鈕，閥門關閉。

目的是在OMS聯鎖發生后，保證兩個閥門同時關閉，防止乙烯管道壓力增加導致的乙烯管道上放空閥被打開，節省乙烯氣。

3 循環氣放空閥XV-1564的控制

方案一：要求壓縮機正常運行信號消失，壓縮機的聯鎖信號發出6s后，循環氣低流量跟蹤差報警，或是控制放空按鈕切至放空位。

上述要求中提到的前3個條件任何一個發生，90s后打開XV-1564，放空循環氣；針對放空按鈕的動作，XV-1564沒有延時直接放空。

目的是聯鎖條件觸發后，延時90s，確保壓縮機正常停機；放空按鈕的設置，在緊急情況下能夠保證安全。

方案二：要求隔離方案一使用的系統，獨立設置一套電源系統和停車按鈕。

首先啟動放空按鈕，XV-1564打開。目的是確保方案一使用的系統在發生系統和電源系統故障的狀態下，還能進行循環氣的放空操作。

旁路按鈕的控制方案。要求一級切斷閥XV-1620關閉，保持閥門XV-1564關閉狀態，目的是保證循環氣管線的封閉。

4 結束語

對EO/EG生產裝置中的進氧系統、乙烯氣系統和循環氣系統中各閥門控制方案進行優化后，實現了裝置中所有的危險點進行集中統一的管理，保證了生產安全有序地進行。同時，減少了開停工過程中的原料浪費。