安全聯鎖緊急停車系統在醋酐生產工藝中的應用

于 波 徐勤梅

(1.吉林化工學院信息與控制工程學院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

安全聯鎖緊急停車系統在醋酐生產工藝中的應用

于 波1徐勤梅2

(1.吉林化工學院信息與控制工程學院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

針對醋酐生產工藝和醋酐生產過程中存在的安全隱患，設計了一套醋酐生產工藝的安全聯鎖緊急停車系統。給出系統組成，并以醋酐生產工藝中的裂解工序為例，介紹了安全聯鎖控制邏輯和編程的實現。

緊急停車系統 安全聯鎖 醋酐生產工藝 裂解工序 控制邏輯

化工裝置在原料、產品加工及生產過程等多方面存在易燃、易爆、高溫、高壓的潛在危險[1,2]，因此，近年來化工企業對生產過程的安全性要求越來越高[3～7]。目前，化工生產過程一般用DCS進行過程連續測量、常規控制和操作控制管理，以保證生產裝置的安全平穩運行[8]；用緊急停車系統(Emergency Shutdown Device,ESD)監控生產裝置的運行狀況，對出現的異常工況迅速進行處理，使故障發生的可能性降到最低，保障操作人員和現場裝置處于安全狀態[9]。由于人在面臨危險時的判斷和操作是滯后的、不可靠的，人的反應速度遠不能實現事故發生的同時切斷危險源、遠離事故現場爆炸源，因此設置獨立于控制系統的安全聯鎖是十分必要的，是保障企業安全生產的重要準則[10]。

吉林化纖股份有限公司的醋酐生產工藝在設計建設階段沒有設置安全聯鎖ESD，為此，筆者針對該工藝及其存在的安全隱患，結合企業對裝置安全性的要求，設計了一套安全聯鎖ESD，以期在事故發生時減少企業損失和人員傷亡。

1 醋酐生產工藝

在高溫、負壓、催化劑(磷酸三乙酯)的作用下，乙酸蒸氣在裂化管內裂解生成乙烯酮和水，經冷凝、冷卻分離后，乙烯酮用乙酸吸收，生成粗醋酐，再經精餾提純制得成品醋酐。生產過程中產生的稀乙酸用乙酸乙酯萃取法回收，回收的乙酸供裂解使用。醋酐生產工藝分為裂解工序、乙烯酮吸收工序、精餾工序和稀乙酸回收工序4部分。生產過程中，如果有任意一道工序操作不正確，生產工藝條件發生變化，就會導致事故，造成設備損壞，危害人身安全。

2 醋酐生產工藝存在的安全隱患

2.1裂解工序

裂解工序的流程如圖1所示。加熱過程先對預熱器預熱，溫度達到120℃以上后，乙酸蒸氣和水蒸氣進入蒸發器，混合后去裂解爐(裂解一段管預熱至400～600℃，二段管的反應溫度690～755℃，裂解爐壓力-25kPa)。裂解后的反應物在二段管的出口進入冷凝冷卻器，冷卻后的物料進入氣液分離器，未冷凝的混合氣(乙烯酮和廢氣，廢氣主要有二氧化碳、氫氣、甲烷及一氧化碳等)進入吸收工序。未冷凝的混合氣如果發生泄漏，則會有易燃易爆的危險。冷凝后的稀乙酸從氣液分離器進入稀乙酸中間罐，然后去乙酸回收工序回收。裂解工序中利用煤氣或天然氣燃燒進行加熱，如果煤氣或天然氣發生泄漏，也是很大的安全隱患。

針對裂解工序的特點，該工序需增加緊急停車聯鎖邏輯，即IL101。當裂解爐溫度高于控制溫度時，則聯鎖自動運行，關閉煤氣發生爐的送氣閥門HV101，同時打開煤氣發生爐火炬燃燒釋放閥HV102，并自動點燃火炬，將煤氣發生爐產生的氣體通過火炬燃燒排掉，這樣可避免煤氣返回而造成煤氣發生爐爆炸，同時避免了煤氣直接排入大氣造成環境污染。

2.2乙烯酮吸收工序

乙烯酮吸收工序僅在廢氣回收時可能存在較大的安全隱患，因此廢氣回收的真空系統應考慮對廢氣進行安全檢測和控制。

另外，由于整個工藝過程是真空操作，一旦真空系統出現問題，則整個工序將發生重大安全隱患。

圖1 裂解工序流程

3 安全聯鎖ESD

安全聯鎖ESD需充分考慮各工序存在的安全隱患，從整個工藝控制出發，全面杜絕由于意外和工藝異常而產生安全隱患[11,12]。

ESD由現場緊急停車設備、緊急停車報警和緊急停車事故檢測部分組成[13]。現場緊急停車設備包括閥門、電機及繼電氣回路等。緊急停車報警包括消防控制中心的火災報警、現場控制參數異常報警和設備運行異常報警。緊急停車事故檢測即現場設備檢測、壓力/溫度/流量檢測、電動設備故障運行檢測及過熱檢測等，這些數據為ESD提供檢測信號和檢測依據。

安全聯鎖ESD可以通過有TUV認證的繼電器構成的控制回路實現緊急停車聯鎖，也可以通過具有認證的控制卡件結合軟件編程邏輯控制實現[14]。由于醋酐生產工藝安全隱患點數較少，采用具有TUV認證的繼電器聯鎖控制既能實現安全緊急控制又能降低成本，完成及時報警和快速切斷功能。

裂解工序緊急停車控制過程為：當消防控制中心出現報警信號或現場監控的裂解工序出現溫度火焰監控報警后DCS顯示報警，當出現消防動作或整個醋酐生產工藝真空度急劇下降而醋酸入料量達到一定量時，ESD將停止現場有關設備，切斷危險源；裂解工序的火焰監控器監測火焰的燃燒情況，一旦發生燃燒則全部熄火，執行緊急停車動作，打開煤氣排放閥門，點燃火炬，關閉燃燒裂解閥門，打開裂解爐對空排放閥。裂解工序的ESD控制邏輯如圖2所示。

圖2 裂解工序ESD控制邏輯

裂解工序控制邏輯的主程序如下：

--MAIN

PHASE ALARMA

STEP ST01

L001:IF (WASHA_SW.PV=STOP) THEN GOTO PHASE ALARMA

READ NN2 FROM 02FI06A01.PV

L002:IF (02TI2012.ALM=ON OR 02TI2011.ALM=ON

& OR 02TI2011B.ALM=ON OR 02HT101.ALM=ON

& AND“投入自動”.AO=ON) THEN GOTO L003

ELSE GOTO L001

L003:IF (NN2<=NN1) THEN GOTO L004

ELSE GOTO L001

L004:SET ALARMAFL.PVFL=ON

GOTO L001

END ALARMA

4 結束語

針對吉林化纖股份有限公司的醋酐生產工藝及其存在的安全隱患，筆者設計了一套安全聯鎖ESD。實際應用情況表明：該系統能夠在危險未發生時進行準確的預測預防，在危險發生時能夠及時報警、切斷危險設備、控制災害、減少損失，避免了重大事故的發生，為裝置的安穩長優運行提供了安全保障。

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TH862+.7

B

1000-3932(2016)03-0327-03

2015-12-24(修改稿)