安全儀表系統(tǒng)在降粘樹脂中的應用

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（天津渤化工程有限公司，天津300193）

降粘樹脂采用水作連續(xù)相，將氯乙烯（VCM）單體、引發(fā)劑、分散劑等加入反應釜中攪拌、加熱，達到反應溫度后開啟聚合釜夾套強制循環(huán)撤熱使之保持在一定溫度下進行聚合反應。在上述生產過程中，聚合反應是放熱反應，最為危險。在反應失控時，釜內溫度會迅速升高，反應速度加快，體系內壓力增大，易造成容器破裂，高壓物料噴出，發(fā)生火災爆炸事故，造成較大的安全事故。本文的目的在于提供一種降粘樹脂生產用安全儀表系統(tǒng)，在降粘樹脂聚合裝置中采用一套安全儀表系統(tǒng)，在反應系統(tǒng)發(fā)生超壓的情況下，通過安全儀表系統(tǒng)對相應閥門進行開關聯(lián)鎖，安全停車，使整個系統(tǒng)處于安全可控狀態(tài)。

1 降粘樹脂生產項目的HAZOP分析

降粘樹脂工藝由于存在聚合反應（屬于安監(jiān)局首批重點監(jiān)管的危險化工工藝），使用氯乙烯和氨（屬于重點監(jiān)管的危險化學品）和存在氯乙烯球罐（屬于重大危險源），涉及到“兩重點一重大”，根據(jù)2013年國家安全生產監(jiān)督管理總局發(fā)布76號文，關于進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的通知[1]，需要對該工藝進行HAZOP分析。HAZOP（即危險與可操作性分析）是以系統(tǒng)工程為基礎，針對裝置工藝過程開發(fā)的危害辨識技術，是目前工藝危害辨識中應用最廣泛的技術[1]。經過分析，確定在聚合反應中，需要重點監(jiān)控工藝參數(shù)有：聚合反應釜內溫度、壓力；聚合反應釜內攪拌速率；引發(fā)劑流量、分散劑流量、單體流量；冷卻水流量；可燃氣體監(jiān)控等。

2 SIS設計

為保證降粘樹脂聚合裝置的安全生產，HAZOP分析后，設置了聯(lián)鎖控制優(yōu)先級別更高、與裝置安全等級相適應的安全儀表系統(tǒng)（SIS），用于生產裝置緊急事故切斷和聯(lián)鎖控制，作為工業(yè)過程中更為重要的安全控制措施。SIS的聯(lián)鎖控制獨立于DCS設置，可與DCS進行通信，但DCS不能通過數(shù)據(jù)鏈向SIS寫入數(shù)據(jù)[2]。針對降粘樹脂工藝聚合反應，本文將聚合反應釜內溫度、壓力、聚合單體流量、引發(fā)劑加入量、聚合反應釜夾套冷卻水進水閥形成聯(lián)鎖關系，在聚合反應釜處設立緊急停車系統(tǒng)。當反應超溫、超壓、攪拌失效或冷卻失效時，能及時加入聚合反應終止劑[3]。

3 結合具體工況進一步說明（見圖1）

下面結合具體工況對聚合裝置SIS設計進一步詳細說明：

1）當壓力檢測元件10檢測到聚合釜1壓力大于等于1.0MPa時，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警，同時開關相關閥門：圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，不加入緊急終止劑。

圖1 降粘樹脂生產用安全儀表系統(tǒng)中的控制原理圖

圖3 降粘聚合釜緊急終止劑加入控制方案

2）當壓力檢測元件10檢測到聚合釜1壓力大于等于1.15MPa時，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警，同時開關相關閥門：圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21；同時加入緊急終止劑：圖2中緊急終止劑加入控制閥23打開，通過高壓氮氣瓶中的高壓氮氣將緊急終止劑推入到降粘聚合釜1中。

圖2 降粘樹脂生產用安全儀表系統(tǒng)的結構示意圖

3）當溫度檢測元件32檢測到聚合釜1溫度高于預設值時（圖1中三個溫度檢測點任一處達到），SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警，開關相關閥門，圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，同時加入緊急終止劑：圖2中緊急終止劑加入控制閥23打開，通過高壓氮氣瓶中的高壓氮氣將緊急終止劑推入到降粘聚合釜1中。

4）當電機狀態(tài)監(jiān)測組件檢測到攪拌電機29故障時，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警、開關相關閥門，圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，同時加入緊急終止劑。

5）當現(xiàn)場緊急終止劑注入按鈕34被按下后，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警、開關相關閥門，圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，同時加入緊急終止劑。

6）輔操臺上的緊急停車按鈕33被按下后，當聚合釜1壓力小于1.0MPa時，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警、同時開關相關閥門，圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，不會加入緊急終止劑。當聚合釜1壓力大于等于1.0MPa時，SIS系統(tǒng)動作：控制器11控制報警器12報警、開關相關閥門，圖1中關閉引發(fā)劑流量控制閥、分散劑流量控制閥和第一根部閥15，關閉氯乙烯（VCM）的單體流量調節(jié)閥16和第二根部閥17，關閉聚合釜1夾套9熱水進水溫度調節(jié)閥18及熱水回水切斷閥19，打開聚合釜1夾套9冷水進水溫度調節(jié)閥20及冷水回水切斷閥21，加入緊急終止劑。

7）引發(fā)劑進料流量、分散劑進料流量、單體加入流量、冷水流量達到報警值時，SIS系統(tǒng)只報警，不會開關相關閥門，也不會加入緊急終止劑。

通過這一系列安全聯(lián)鎖，當反應過程中出現(xiàn)異常，無需人為判斷，安全儀表系統(tǒng)可以根據(jù)壓力狀態(tài)等的實時檢測，第一時間及時做出正確反應，使反應時處在可控狀態(tài)，避免了壓力過高造成反應容器的沖擊和損壞，同時消除了由于反應失控造成嚴重的人員的財產損失的可能性。

4 結束語

高性能樹脂（降粘樹脂）裝置于2019年11月順利開車。其安全儀表系統(tǒng)隨裝置一并運營，目前運行正常。自投產以來，安全儀表系統(tǒng)為企業(yè)的人身設備安全和環(huán)境安全提供了可靠的保障。