安全儀表系統(tǒng)在降低裝置風(fēng)險過程中的應(yīng)用

肇啟明

摘 要：結(jié)合鎮(zhèn)海煉化POSM裝置廢堿反應(yīng)器相關(guān)安全儀表系統(tǒng)，介紹安全儀表系統(tǒng)的典型構(gòu)成的具體應(yīng)用情況。介紹SIL3聯(lián)鎖調(diào)節(jié)閥和SIL3切斷閥的工作狀況。

關(guān)鍵詞：安全儀表系統(tǒng)；SIL3聯(lián)鎖調(diào)節(jié)閥；SIL3切斷閥

0 引言

鎮(zhèn)海煉化POSM裝置是中國石化單套合資規(guī)模最大的化工生產(chǎn)裝置，也是全球最大的環(huán)氧丙烷/苯乙烯生產(chǎn)裝置之一。該裝置采用了利安德鉬基催化劑共氧化工藝專有技術(shù)，由中國石化工程建設(shè)公司承擔(dān)項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為28.5萬噸/年環(huán)氧丙烷和62萬噸/年苯乙烯。

該裝置的中間罐區(qū)廢堿反應(yīng)器R-10920屬于高危險化工裝置，上世紀(jì)80年代，在利安德于美國德州的工廠，此反應(yīng)器曾因氧分析儀故障而導(dǎo)致爆炸，造成重大人員傷亡。事件發(fā)生后，利安德重新設(shè)計(jì)并新增了大量安全聯(lián)鎖控制，之后此工藝使用至今，安全穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

1 工藝說明

POSM裝置來的含堿廢水進(jìn)入廢堿反應(yīng)器R-10920，分解廢水中的過氧化氫和有機(jī)過氧化物，同時，也會發(fā)生有機(jī)酸的中和以及有機(jī)鹽、可溶氧化物、有機(jī)物的溶解。R-10920中的廢堿液由堿性廢水反應(yīng)排液泵P-10920A/B送出，一部分經(jīng)過E-10922加熱后回流至R-10920，以促進(jìn)過氧化物的分解；如果廢堿液溫度過高，則經(jīng)過E-10921冷卻后回流至R-10920。另一部分經(jīng)過廢堿液過濾器SP-10923A/B后，進(jìn)入廢堿液儲罐TK-11573A/B。

R-10920為低壓固定頂儲罐，操作壓力0.025MPaG。由于存在烴類和由過氧化物分解所形成的氧氣，極易發(fā)生危險，因此要實(shí)時監(jiān)控罐內(nèi)氣體中氧的含量，連續(xù)通入氮?dú)庖钥刂乒迌?nèi)氣體中氧氣的含量，排氣自罐頂送回至POSM裝置OVH系統(tǒng)。

圖1為R-10920為主要安全聯(lián)鎖部分PID簡圖，略去壓力液位等DCS邏輯控制。儀表位號前省略裝置號119.

圖1 R-10920為主要安全聯(lián)鎖部分PID簡圖

2 聯(lián)鎖說明

R-10920廢堿反應(yīng)器聯(lián)鎖的作用是控制廢堿反應(yīng)器頂部氣相的氧含量。具體內(nèi)容是：

2.1 HS-109201觸發(fā)，XV-109201A/B、FV-109201、FV-109203和XV-109219打開；FIC-109201和FIC-109203強(qiáng)制輸出為100%。

2.2 R-10920氣相氧含量三取二高時（ASHH-109202A/B/C），XV-109201A/B、FV-109201、FV-109203和XV-109219打開；FIC-109201和FIC-109203強(qiáng)制輸出為100%。

2.3 RESET

a）FHS-109201關(guān)閉FV-109201，F(xiàn)IC-109201強(qiáng)制解除。

b）FHS-109203關(guān)閉FV-109203和XV-109219，F(xiàn)IC-109203強(qiáng)制解除。

c）XHS-109201關(guān)閉XV-109201A/B。

圖2，3為聯(lián)鎖邏輯圖

其中邏輯去918為去POSM主裝置引發(fā)聯(lián)鎖，觸發(fā)閃光報警器。

3 儀表控制具體實(shí)現(xiàn)

SIS是儀表事項(xiàng)安全功能的系統(tǒng)，包括傳感器、邏輯運(yùn)算器和最終試行元件及相關(guān)軟件。

3.1 傳感器

氧氣分析儀采用三取二邏輯結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場分析小屋近距離設(shè)置三臺氧含量分析儀，同時保證了系統(tǒng)的安全性和可應(yīng)用性，形成SIL3解決方案。

此外，還通過全廠的分析儀管理系統(tǒng)（AnMS），對每一臺分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動標(biāo)定/校驗(yàn)，安全維護(hù)，故障分析，報表打印等功能。AnMS系統(tǒng)，在國內(nèi)項(xiàng)目中也是首次應(yīng)用。

3.2 邏輯運(yùn)算器

采用HIMA的黑馬SIS系統(tǒng)，通過IEC 61508 SIL認(rèn)證，為SIL3級。具有硬件和軟件自診斷和測試功能，具有順序事件（SOE）記錄和報警功能。獨(dú)立于BPCS，獨(dú)立完成安全保護(hù)功能，并通過數(shù)據(jù)通訊接口與BOCS通信。H51q系列控制器采用四重化冗余容錯結(jié)構(gòu)。

3.3 最終執(zhí)行元件

FE-201FV-119201為受SIS控制的調(diào)節(jié)閥，其正常設(shè)定值為 送入、、、、、200 kg/hr 氮?dú)猓?dāng)聯(lián)鎖出發(fā)時，F(xiàn)IC-109203強(qiáng)制輸出為100%

+A201

FV-119203為SIL3聯(lián)鎖調(diào)節(jié)閥，帶位置返回的手動三通，旁路測試電磁閥。

其I/O信號如下圖：

其中電磁閥、調(diào)節(jié)閥和開閥回訊為閥體自帶，測試旁路開閥回訊為手閥的開閥信號。回路共有工作狀態(tài)和測試狀態(tài)兩種工作狀態(tài)。

3.3.1工作狀態(tài)時，信號流程如下圖：

正常工作時，DCS控制FV調(diào)節(jié)閥開度。一旦發(fā)生聯(lián)鎖，SIS控制電磁閥FSOV，使氣路通，令調(diào)節(jié)閥FV全部打開。產(chǎn)生開閥回訊FZSO，用于報警（輔操臺紅燈）。

3.3.2 測試狀態(tài)時，信號流程如下圖：

測試時，打開手閥，使氣路通，測試調(diào)節(jié)閥FV能否全部打開。當(dāng)手閥打開后，產(chǎn)生測試旁路開閥回訊FZSB，可在SIS/DCS內(nèi)指示。如調(diào)節(jié)閥能夠全部打開，也會產(chǎn)生開閥回訊FZSO，發(fā)出報警（輔操臺紅燈）。

2，XV-119201A，XV-119201B，XV-119219為SIL3切斷閥，帶有切斷閥在線監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)用戶自設(shè)定的部分行程測試。

這三臺閥門不是普通的使用電磁閥控制，是使用帶安全認(rèn)證的電氣閥門定位器DVC6000SIS控制，DVC6000SIS是Emerson （Fisher）的智能閥門定位器，通過HART信號將閥門狀態(tài)返回上位機(jī)切斷閥在線監(jiān)控系統(tǒng)工作站，可以實(shí)現(xiàn)切斷閥的在線行程測試。

使用中，切斷閥的開關(guān)是由HIMA DO卡串聯(lián)SIL3繼電器，控制現(xiàn)場DVC6000SIS實(shí)現(xiàn)的；多路轉(zhuǎn)換器是完成“切斷閥在線監(jiān)控系統(tǒng)的工作站”與DVC6000SIS的通訊，實(shí)現(xiàn)在線行程測試的；多路轉(zhuǎn)換器的功耗很低，總功耗不到10W，二路24VDC供電，設(shè)置在黑馬SIS機(jī)柜內(nèi)，由柜內(nèi)供電，多路轉(zhuǎn)換器掉電不影響SIS系統(tǒng)DO 對 DVC6000SIS 的控制。

另外值得注意的是，這三臺閥所使用的并非儀表空氣，而是所在管線中的氮?dú)狻５獨(dú)獾膲毫M足閥門動作的要求，排除了儀表空氣缺失導(dǎo)致閥門不能動作的情況。

4 結(jié)束語

儀表安全系統(tǒng)座位石油化工生產(chǎn)中為工藝生產(chǎn)裝置或安全提供安全保障的安全環(huán)節(jié)之一，已成為工業(yè)生產(chǎn)安全保護(hù)鏈中非常重要的環(huán)節(jié)。通過對傳感器、邏輯運(yùn)算系統(tǒng)和最終執(zhí)行元件及相關(guān)軟件的選擇，對人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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