乙烯ＥＳＤ控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析

李曉南

摘要：石油化工屬流程工業(yè)，具有高溫、高壓，易燃、易爆等特征，在生產(chǎn)中具有極高的危險(xiǎn)性，因此實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行不僅是提高效益的關(guān)鍵，而且對(duì)生產(chǎn)人員、生產(chǎn)設(shè)備，以及整個(gè)社區(qū)安全都十分重要。

關(guān)鍵詞：石油化工 乙烯ESD 控制系統(tǒng)

1 乙烯ESD系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)原則

1.1 為確保裝置安全，穩(wěn)定，可靠地運(yùn)行，提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度，在擴(kuò)建的新區(qū)設(shè)計(jì)中采用兩套ESD系統(tǒng)分別控制兩個(gè)重要的區(qū)域，一套用于控制裂解爐區(qū)，急冷區(qū)，壓縮區(qū)，加氫區(qū)和公用工程區(qū)，另一套用于冷區(qū)和熱區(qū)。

1.2 中央控制室(CCR)在原有控制室內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)容，DCS在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容，US操作站與原系統(tǒng)保持統(tǒng)一.ESD系統(tǒng)主機(jī)安裝在新機(jī)柜(NRR)間，裝在DCS輔操臺(tái)上的按鈕，開(kāi)關(guān)，報(bào)警燈的控制采用遠(yuǎn)程控制站(RXM)控制，遠(yuǎn)程控制站設(shè)在CCR，CCR和NRR之間的通信由三冗余的光纜構(gòu)成。

1.3 為提高程序的掃描速率，ESD系統(tǒng)內(nèi)部未設(shè)計(jì)第一事故報(bào)警程序，區(qū)分第一事故的設(shè)備選用美國(guó)Ronan公司的分體式報(bào)警器，報(bào)警器的燈屏部分安裝在輔助操作臺(tái)上，作為操作人員的一種人機(jī)界面，控制部分安裝在機(jī)柜間。

1.4 本著安全高于控制的原則，所有關(guān)鍵聯(lián)鎖檢測(cè)點(diǎn)采用先進(jìn)ESD系統(tǒng)，再通過(guò)SMM(安全管理器模件)與DCS中的UCN(萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò))通信，實(shí)現(xiàn)在US(通用操作站)上的數(shù)據(jù)顯示。

1.5 新區(qū)和老區(qū)分別設(shè)計(jì)SOE(事故順序記錄儀)站，兩套ESD系統(tǒng)共設(shè)有4個(gè)SOE站，各站間用以太網(wǎng)(Enternet)相連。

2 現(xiàn)場(chǎng)儀表的設(shè)計(jì)原則

2.1 SIS控制部分采用了SIL3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SIL為美國(guó)ISA-S84.01標(biāo)準(zhǔn)要求的安全等級(jí))，SIL3級(jí)ESD部分的檢測(cè)儀表一律采用2oo3(3選2表決)的方式檢測(cè).如塔壓和循環(huán)水的測(cè)量都采用3臺(tái)變送器同時(shí)測(cè)量，電網(wǎng)電壓采用3個(gè)電壓檢測(cè)器同時(shí)測(cè)量，壓縮機(jī)軸位移采用3個(gè)探頭和趨近器同時(shí)監(jiān)測(cè)等。3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)分別送入3個(gè)不同的三重化輸入模塊(TMR)，由主處理器執(zhí)行3選2表決運(yùn)算。

2.2 控制裂解爐，透平泵的聯(lián)鎖和其他一些常規(guī)聯(lián)鎖則采用單臺(tái)檢測(cè)儀表，信號(hào)被送入TMR型輸入模塊。

2.3 SIL3級(jí)緊急停車(chē)部分用于控制切斷閥門(mén)的電磁閥一律采用2個(gè)串聯(lián)方式設(shè)置，以防止某一個(gè)電磁閥失效而造成聯(lián)鎖動(dòng)作失效；切斷閥上應(yīng)設(shè)置閥位變送器，將閥位的準(zhǔn)確狀態(tài)及時(shí)反饋給控制室。

2.4 輸入ESD的測(cè)量?jī)x表均獨(dú)立設(shè)置，不與控制回路合用，無(wú)需分配器分配。

2.5 所有重要的切斷閥要求獨(dú)立設(shè)置，切斷閥均采用密封等級(jí)高的球閥，閥位開(kāi)關(guān)信號(hào)由限位開(kāi)關(guān)發(fā)出并傳送入DCS指示。

3 ESD系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

3.1 基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)乙烯工藝SIL3級(jí)的要求，選用的ESD系統(tǒng)必須具有TüV的AK6級(jí)認(rèn)證(TüV認(rèn)證是德國(guó)萊茵技術(shù)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)專(zhuān)門(mén)對(duì)電子產(chǎn)品的安全性進(jìn)行認(rèn)證，對(duì)安全型控制系統(tǒng)的認(rèn)證具有最高權(quán)威性，TüV的AK6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于IEC和ISA安全標(biāo)準(zhǔn)的3級(jí)).經(jīng)過(guò)技術(shù)交流和商務(wù)投標(biāo)，最后美國(guó)Triconex公司的TRICON系統(tǒng)中標(biāo).該公司是較早生產(chǎn)ESD的專(zhuān)業(yè)公司，主要生產(chǎn)表決型安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)中所有軟硬件都通過(guò)了TüV的AK6級(jí)認(rèn)證。TRICON系統(tǒng)是一套從主處理器到輸入，輸出模件完全三重化的容錯(cuò)控制系統(tǒng)。

3.2 主處理器的組成和硬件性能 TRICON系統(tǒng)有3個(gè)主處理器(MP)，用來(lái)控制系統(tǒng)的3個(gè)隔離的分電路，主處理器(3006)內(nèi)含一個(gè)主CPU，一個(gè)通信CPU，一個(gè)I/O通信CPU。每個(gè)MP內(nèi)有一個(gè)專(zhuān)用的I/O通信(IOP)，管理MP和I/O模件間的數(shù)據(jù)交換；另一個(gè)通信CPU(IOC)管理MP和通信模件間的數(shù)據(jù)交換.在每個(gè)輸入模件采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，新的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)I/O總線相應(yīng)分電路傳送到MP，存入輸入表，通過(guò)專(zhuān)用TRIBus傳送到相鄰主處理器中，在傳送的同時(shí)進(jìn)行硬件表決出一個(gè)正確的輸入值作為MP的輸入，送到應(yīng)用程序中(DI點(diǎn)采取三取二的方式，AI點(diǎn)采取取中值的方式).CPU記錄下識(shí)別到的錯(cuò)誤，在掃描的末期用容錯(cuò)程序進(jìn)行錯(cuò)誤分析以判斷是否為卡件故障。

4 系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4.1 系統(tǒng)配置 乙烯裝置的控制區(qū)域有裂解爐區(qū)，急冷區(qū)，壓縮區(qū)，熱區(qū)，冷區(qū)，汽油加氫區(qū)，包含設(shè)備有4臺(tái)100kt/a裂解爐，壓縮機(jī)，反應(yīng)器，精餾塔等，接入ESD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型有DI，DO，AI.由于I/O點(diǎn)眾多，數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜，為確保系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)算速度，設(shè)計(jì)上應(yīng)用兩套TRICON V9系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)裝置的ESD控制.考慮到控制機(jī)柜間和中央控制室距離比較遠(yuǎn)(相距800m)，如將所有的操作開(kāi)關(guān)及燈屏信號(hào)用信號(hào)電纜接入控制室，勢(shì)必增大投資費(fèi)用，為此充分利用了TRICON V9系統(tǒng)的遠(yuǎn)程擴(kuò)展功能，將在中央控制室的操作信號(hào)接入遠(yuǎn)程機(jī)架，再利用光纖將其與在遠(yuǎn)方的主機(jī)架連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信.因?yàn)檫h(yuǎn)程機(jī)架的連接也是三重化的，并且每個(gè)機(jī)架都采用了雙路光纖進(jìn)行通信，所以保證了信號(hào)的可靠性，并大大縮短了施工時(shí)間.另外，整個(gè)ESD大部分槽位都有熱備卡，這樣，可確保系統(tǒng)的可靠性。

4.2 軟件編制 乙烯ESD編程軟件是Tristation 1131，利用1131可進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)，系統(tǒng)診斷 及應(yīng)用軟件編制。此軟件在Windows NT操作系統(tǒng)下運(yùn)行，它有3種編程語(yǔ)言: 功能塊圖，梯形圖，結(jié)構(gòu)語(yǔ)言。其中功能塊圖直接，易讀。1131除自身帶有大量常用的功能塊外，還允許用戶(hù)根據(jù)需要編制功能塊，方便重復(fù)使用。在乙烯裝置中是利用功能塊圖進(jìn)行編程，SYS1和SYS2的應(yīng)用程序分別為Program1.PT2和Program2.PT2。在Program1.PT2中編寫(xiě)了2oo3表決功能塊，模擬量輸入處理， 偏差報(bào)警等功能塊，并輸出至用戶(hù)功能庫(kù)ETHYLENE.LT2，在Program2.PT2中調(diào)用。在兩個(gè)程序中均設(shè)3個(gè)SOE塊，所有DI點(diǎn)和內(nèi)存點(diǎn)都可用SOE記錄下來(lái)，Program1.PT2和Program2.PT2的掃描時(shí)間分別為90ms，120ms。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)儀表部分的ESD實(shí)現(xiàn) 根據(jù)TEC的要求，SIL3級(jí)的聯(lián)鎖切斷閥采用調(diào)節(jié)閥與切斷閥合二為一的方法，ESD的控制信號(hào)控制電磁閥的動(dòng)作，DCS控制閥門(mén)的開(kāi)度。閥門(mén)定位器采用具有位置檢測(cè)功能的Fisher DVC6000系列，閥位信號(hào)通過(guò)Moore公司的SPART檢測(cè)出來(lái)。SPART是一種Hart信號(hào)檢測(cè)器，它從智能閥門(mén)定位器中讀出HART信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)輸出到DCS顯示；DCS系統(tǒng)再將此信號(hào)與該點(diǎn)的OP(輸出信號(hào))比較，當(dāng)偏差大于*1%時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。

在ASCO電磁閥和Fisher智能定位器相配合使用時(shí)，應(yīng)注意電磁閥的CV(流通能力)值必須大于0.49，否則閥門(mén)定位器會(huì)引起振蕩，從而使調(diào)節(jié)閥振蕩。

用壓力變送器代替壓力開(kāi)關(guān)，有利于信號(hào)在DCS上顯示，同時(shí)防止壓力開(kāi)關(guān)出現(xiàn)動(dòng)作不靈的弊病。

乙烯擴(kuò)建裝置建成投產(chǎn)以來(lái)，ESD系統(tǒng)運(yùn)行十分穩(wěn)定。分離塔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了SIS控制，裝置的安全可靠性得到大大提高；但發(fā)生停車(chē)的概率提高了，停車(chē)的面積也擴(kuò)大了，這也就降低了系統(tǒng)的可用性，這是一對(duì)矛盾.在專(zhuān)利商的要求下，SIS系統(tǒng)已經(jīng)投用，由于此種技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚屬首次使用，如何處理好可靠性與可用性之間的關(guān)系，還要作深入的探討，研究。乙烯裝置ESD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須遵循的最主要原則就是要建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使用有成熟經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)安全可靠；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要充分吸取以往工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，結(jié)合工藝特點(diǎn)，并將此深刻地融化到設(shè)計(jì)中去，對(duì)于SIS系統(tǒng)的使用狀況還要在投用后進(jìn)行及時(shí)完善。