自動化儀表在石油化工發展中的作用

周俊成

摘要：安全儀表系統是獨立完成工藝裝置安全保護的聯鎖系統。對于操作工況為臨氫、高壓、高溫，介質易燃、易爆的汽油加氫脫硫裝置，要確保安全生產就必須設置安全儀表系統。正確設計安全儀表系統，使其對裝置可能出現的各類危險狀況都能采取有效的聯鎖動作予以控制，是汽油加氫脫硫裝置自控設計的重要內容之一。本文就自動化儀表在石油化工發展中的作用進行探究。

關鍵詞：自動化儀表;石油化工;應用研究;化工裝置

汽油加氫脫硫裝置單元分為選擇性加氫部分和加氫脫硫部分。本裝置連續監測控制主要采用分散控制系統（DCS），并根據工藝要求及安全等級設置用于緊急停車及安全聯鎖的安全儀表系統（SIS），保證關鍵和重要設備安全、可靠、連續長周期的運行，保證生產人員及設備的安全。[1]安全儀表系統（SIS）用以完成裝置自保聯鎖。該系統獨立于DCS設置，采用冗余、容錯結構的可編程邏輯控制器，具有事件順序記錄（SOE）功能。為提高系統的安全性，裝置的SIS系統采用故障安全型。SIS系統輸入設置軟旁路開關（BYPASS），提高SIS系統靈活性和維護的方便性。

1安全儀表系統概述及操作

汽油加氫脫硫裝置設置SIS控制系統，它采用Honeywell公司SM系統，由控制器、工程師站、操作站、遠程I/O和附屬設備等組成。SM系統是美國Honeywell生產的安全控制系統，它采用四重化冗余容錯控制技術的硬件平臺和專業軟件包。

安全儀表系統（SIS）在生產裝置的開車、停車階段，運行擾動以及維護操作期間，對人員健康、裝置設備及環境提供安全保護。無論是生產裝置本身出現的故障危險，還是人為因素導致的危險以及一些不可抗拒因素引發的危險，SIS系統都應立即作出正確反應并給出相應的邏輯信號，使生產裝置安全聯鎖或停車，阻止危險的發生和事故的擴散，使危害減少到最小。在正常工況時，它始終監視生產裝置的運行，系統輸出不變，對生產過程不產生影響，非正常工況下時，它將按照預先的設計進行邏輯運算，使生產裝置安全聯鎖或停車[2]。

2 汽油加氫脫硫裝置中的主要安全儀表系統

2.1控制方案概況

該裝置控制方案根據工藝過程及流程需要設置，多數控制回路為單回路控制，即可滿足控制質量。根據工藝過程和控制工程原理，設置了串級控制、分程控制等復雜控制回路。

①加熱爐控制方案

R-202入口溫度與燃料氣流量串級，以更好地克服燃料氣壓力波動對溫度的影響，并設爐膛負壓調節和燃料氣壓力低限報警。為控制加熱爐的燃燒效率，設氧化鋯氧含量分析儀。

②原料油緩沖罐控制方案

由于催化汽油含有烯烴，防止烯烴氧化，原料不能接觸氧氣，原料油緩沖罐采用

H2密封，采用壓力分程控制，分別控制密封H2和放空H2。

③隔離切斷閥

裝置中容積大于16m?、閃電低于28℃的容器出口設置了隔離切斷閥，用于緊急情況的物料隔離，防止事故擴大。

2.2 控制系統運行的主要安全技術措施

現場儀表及控制系統均選用先進可靠的產品。DCS控制器、電源單元、通訊網絡、控制類I/O卡等都采用冗余配置。自動控制系統設置獨立的UPS。裝置的SIS系統及機組控制系統采用三重冗余的安全儀表系統。系統檢測元件根據有關規范設置。用于機柜室和中心控制室的通訊連接光纜采用冗余方式，并在不同的路徑敷設，提高通訊線路的安全。

3 壓縮機機組儀表及控制系統隨設備成套供應。

汽油加氫脫硫裝置聯鎖系統主要由選擇性加氫反應器流量低低聯鎖系統、反應器床層溫度高高聯鎖系統、選擇性加氫反應器泄壓聯鎖系統、加氫脫硫工段泄壓聯鎖系統、加氫脫硫工段停車聯鎖系統、循環氫壓縮機停車聯鎖系統、反應加熱爐熄爐聯鎖系統、新氫壓縮機停機聯鎖系統等組成[3]。

3.1 選擇性加氫反應器流量低低聯鎖系統

由于閥位不當或者由于催化裂化裝置異常，導致選擇性加氫反應器的HC流量很低（低至10～20%），而氫氣流量正常（100%）。在發生該事故時，HC和氫氣未按比率控制，使得氫氣大量過剩，烯烴大部分被飽和，由此導致大量放熱。由于高溫及很低的空速，芳香族化合物很可能開始發生加氫反應。最后，由此產生的放熱和溫度導致超過容器的機械極限，反應器床層發生飛溫，甚至引起反應器破裂。反應器的破裂會導致其內容物（即氫氣和汽油的混合物）釋放到大氣中。汽油中的一些組分的自燃溫度（200～210°C）會導致釋放的流體很可能被立即點燃，使反應器發生局部火災，強度隨反應器壓力的下降而下降。若操作員在發生該事故時不采取任何措施，上述情況將在20～30分鐘內出現。由于后果嚴重，以低流量檢測為基礎切斷氫氣補給對裝置安全來說非常重要。

3.2 加氫脫硫工段停車聯鎖系統

當加氫脫硫反應器或加氫精制反應器發生反應器床層飛溫的事故，若處理不夠及時，會導致催化劑結構受到破壞，反應系統的設備造成損傷，高壓法蘭高溫變形泄漏等，甚至造成反應器大面積堆焊層剝離和堆焊層熔敷金屬裂紋和破壞現象。一旦此事故發生，不但會造成嚴重的經濟損失，甚至會發生汽油及氫氣大量泄漏而閃爆、著火等重大安全事故。如果循環氫壓縮機出口流量過低，不能及時的帶走反應器內多余的熱量，致使反應器床層熱量大量堆積，同樣會發生上述事故。因此，以低流量、高溫度檢測為基礎進行HDS工段停車處理對裝置安全來說至關重要。

3.3選擇性加氫反應器泄壓聯鎖

當選擇性加氫工段發生超壓、大量泄漏甚至發生火災時，若不及時采取泄壓措施，會進一步擴大事故發生，不但致使設備損壞，更會威脅到操作人員的人身安全。故在現場和控制室內安裝緊急泄壓按鈕是非常必要的。此泄壓聯鎖是泄壓速度為0.7MPa/min，能迅速泄掉壓力，從而控制事故的發展。0.7MPa/min緊急泄壓由操作人員根據裝置發生突發事故的危害程度，人工判斷是否啟動。

3.4 加氫脫硫工段泄壓聯鎖

當加氫脫硫工段發生超溫超壓、高壓竄低壓、大量泄漏甚至發生火災時，若不及時采取泄壓措施，會進一步擴大事故發生，不但致使設備損壞，更會威脅到操作人員的人身安全。尤其加氫脫硫工段系統中氣體含有大量硫化氫，如若發生泄漏，危險性極高。故在現場和控制室內安裝緊急泄壓按鈕是非常必要的。此泄壓聯鎖是泄壓速度為0.7MPa/min，能迅速泄掉壓力，從而控制事故的發展。0.7MPa/min緊急泄壓由操作人員根據裝置發生突發事故的危害程度，人工判斷是否啟動。

3.5循環氫壓縮機聯鎖系統

循環氫壓縮機為汽油加氫脫硫裝置的核心關鍵設備，它提供反應所需的氫氣（循環氫+新氫）量，同時循環氫亦可帶走反應器內多余熱量，若循環氫壓縮機出現故障或停機，導致反應器床層熱量大量堆積，此時應該立即停止加氫脫硫工段的進料并熄滅反應加熱爐，從而防止事故進一步擴大，這些將由循環氫壓縮機保護聯鎖和循環氫壓縮機停機聯鎖來完成。

3.6 反應加熱爐熄爐聯鎖系統

反應加熱爐是加氫脫硫工段的重要設備，保證爐出口溫度的穩定是保證反應器能否正常運行的關鍵之一。

4 結論

安全儀表系統在石化企業投用運行后，可用性和可靠性明顯提高，運行穩定，聯鎖回路不存在聯鎖不足及誤跳車等問題。該安全儀表系統用以檢測生產裝置的運行情況，對出現的異常情況能立即進行處理，以避免事故的發生，減少事故發生后給設備、人員和環境造成危害，從而使危險降低到最低程度。能在非正常工況下，按照預先設計進行邏輯運算，使生產裝置安全聯鎖或停車。

參考文獻：

[1]王若靜.淺析自動化儀表在石油化工發展中的應用[J].化工管理，2020（08）：155-156.

[2]曹政.石油化工自動化儀表的可靠性及發展趨勢[J].化工管理，2018（35）：25-26.

[3]周宇博，朱林波，孫瑩瑩.自動化儀表在石油化工發展中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（09）：142-143.