提高液態(tài)烴球罐區(qū)儀表安全可靠性探討

莫靜

摘 要：本文介紹了在石化行業(yè)中，提高液態(tài)烴球罐區(qū)的儀表安全聯(lián)鎖的可靠性的探討，并提出提升可靠性的解決方案。

關(guān)鍵詞：石化行業(yè)；球罐區(qū)；安全聯(lián)鎖；

中圖分類號： TU276.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-186-2

0 引言

液化烴球罐貯存的介質(zhì)主要成分是液化氣、拔頭油、丙烯、烷烴和烯烴以及C4化合物的易構(gòu)物，具有易燃易爆，相態(tài)易變等特點(diǎn)。一旦液化球罐的哪一個環(huán)節(jié)發(fā)生泄露，液態(tài)烴的體積將急劇膨脹，擴(kuò)散體積約為液態(tài)的250倍。液態(tài)烴貯存的罐體結(jié)構(gòu)形式為球罐，容積多在1000m3到3000m3之間。液化石油氣的爆炸極限為氣體在空氣中體積的2%-3%，即使有少量液化氣的泄露，也會形成大量的爆炸混合物，引起爆炸。所以，液化石油氣貯運(yùn)系統(tǒng)的安全措施顯得尤為重要。液態(tài)烴罐區(qū)的儀表自控安全完整性（SIL）等級一般較高。本文將以廣州石化6#液態(tài)烴球罐區(qū)、10#液態(tài)烴球罐區(qū)為例，探討和分析提高球罐區(qū)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的可靠性方案。

1 廣州石化6#、10#液態(tài)烴球罐區(qū)高高位聯(lián)鎖開關(guān)的使用現(xiàn)狀

目前，廣州石化6#球罐區(qū)一共有28個罐，10#球罐區(qū)有20個罐。每一個球罐都設(shè)有一個高高位聯(lián)鎖開關(guān)，高、低位報(bào)警開關(guān)。高高位聯(lián)鎖動作開關(guān)用于高液位時(shí)關(guān)閉緊急進(jìn)料閥，高、低位報(bào)警開關(guān)分別用于液位的高、低報(bào)警。球罐還設(shè)有一個雷達(dá)液位計(jì)，監(jiān)控球罐體內(nèi)的液位變化。設(shè)置一個溫度儀表，監(jiān)測介質(zhì)的溫度。一個硫化氫氣體報(bào)警儀。監(jiān)控球罐體的泄露情況。另外，每一個球罐前設(shè)置了關(guān)閉切斷閥的緊急按鈕，當(dāng)操作工在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)緊急情況時(shí)，拍下按鈕，關(guān)閉緊急切斷閥，防止事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。整個罐區(qū)封閉設(shè)置，安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

按照中國石化《液態(tài)烴球罐區(qū)安全技術(shù)管理暫行規(guī)定》中相關(guān)規(guī)定，液化烴球罐應(yīng)設(shè)置高、低位液位報(bào)警和高高液位聯(lián)鎖切斷緊急進(jìn)料閥措施。高高液位聯(lián)鎖開關(guān)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，可以采用浮球、音叉、超聲波、或電容式液位開關(guān)，并宜與伺服、雷達(dá)等高高液位信號組成“三取二”聯(lián)鎖切斷進(jìn)料，高高液位聯(lián)鎖的檢測元件應(yīng)能在線校驗(yàn)。高液位報(bào)警的設(shè)定高度應(yīng)為球罐的設(shè)計(jì)儲存液位。高高液位報(bào)警的設(shè)定高度，不應(yīng)大于液相體積達(dá)到球罐計(jì)算容積90%時(shí)的高度。

為了規(guī)避液態(tài)烴罐區(qū)因?yàn)閱蝹€聯(lián)鎖開關(guān)質(zhì)量或者工藝狀況等原因，導(dǎo)致聯(lián)鎖進(jìn)料閥關(guān)閉造成裝置憋壓的風(fēng)險(xiǎn)，提高聯(lián)鎖儀表使用的安全可靠性，考慮將高高位聯(lián)鎖開關(guān)與高位報(bào)警開關(guān)、雷達(dá)液位計(jì)一起組成“三選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥?；蛘呃霉摅w檢修的機(jī)會，逐步完善，增加兩個高高位聯(lián)鎖開關(guān)，將新舊三個高高位聯(lián)鎖開關(guān)組成“三選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥?；蛑苯訉⒏吒呶宦?lián)鎖開關(guān)與高位報(bào)警開關(guān)一起組成“二選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥。同時(shí)，儀表人員通過一年兩次罐區(qū)聯(lián)鎖試驗(yàn)，確保儀表相關(guān)設(shè)備完好，與聯(lián)鎖閥門聯(lián)動試驗(yàn)有效。工藝每次罐體檢修時(shí)，儀表專業(yè)有計(jì)劃地同步更新可靠的高高位聯(lián)鎖開關(guān)、高位報(bào)警開關(guān)等相關(guān)設(shè)備，對儀表設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理。最大限度的確保工藝生產(chǎn)的儀表設(shè)備可靠。

2 提高6#、10#罐區(qū)高位聯(lián)鎖開關(guān)儀表可靠性的改造技術(shù)方案研究

按照最新的中國石化《液態(tài)烴球罐區(qū)安全技術(shù)管理暫行規(guī)定》中儀表自控相關(guān)規(guī)定，液化烴球罐應(yīng)設(shè)置高、低位液位報(bào)警和高高液位聯(lián)鎖切斷緊急進(jìn)料閥措施。高高液位聯(lián)鎖開關(guān)的檢測元件應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，可以采用超聲波、音叉、浮球或電容式液位開關(guān)，并宜與雷達(dá)、伺服等遠(yuǎn)傳液位計(jì)的高高液位信號組成“三取二”聯(lián)鎖切斷進(jìn)料，高高液位聯(lián)鎖的檢測元件應(yīng)能在線校驗(yàn)。高液位報(bào)警的設(shè)定高度應(yīng)為球罐的設(shè)計(jì)儲存液位。高高液位報(bào)警的設(shè)定高度，不應(yīng)大于液相體積達(dá)到球罐計(jì)算容積90%時(shí)的高度。

為了提高液態(tài)烴球罐區(qū)聯(lián)鎖儀表使用的可靠性，考慮將高高位聯(lián)鎖開關(guān)與高位報(bào)警開關(guān)、雷達(dá)液位計(jì)一起組成“三選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥?；蛘呃霉摅w檢修的機(jī)會，逐步完善，增加兩個高高位聯(lián)鎖開關(guān)，將新舊三個高高位聯(lián)鎖開關(guān)組成“三選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥?；蛑苯訉⒏吒呶宦?lián)鎖開關(guān)與高位報(bào)警開關(guān)一起組成“二選二”聯(lián)鎖關(guān)進(jìn)料閥。同時(shí)，儀表人員通過一年兩次罐區(qū)聯(lián)鎖試驗(yàn)，確保高位報(bào)警開關(guān)、高高位聯(lián)鎖開關(guān)、雷達(dá)液位計(jì)設(shè)備完好，與聯(lián)鎖閥門聯(lián)動試驗(yàn)有效。工藝每次罐體檢修時(shí)，儀表專業(yè)有計(jì)劃地同步更新經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)認(rèn)可為高質(zhì)量可靠的高高位聯(lián)鎖開關(guān)、高位報(bào)警開關(guān)等相關(guān)設(shè)備，確保儀表設(shè)備處在設(shè)備生命周期的使用范圍內(nèi)。最大限度的確保工藝生產(chǎn)的儀表設(shè)備可靠。

但是，增加多一個開關(guān)意味著需要在罐體本身開孔安裝新增儀表，或者增加旁通管才能新增相關(guān)儀表。新增相關(guān)的儀表需要對球罐本體進(jìn)行動火相關(guān)施工才能實(shí)現(xiàn)。每一個球罐的檢修周期都在3-5年的時(shí)間，要完成所有球罐的改造，非常困難，下面討論的是在這樣的情況下，有幾種改造方案，既能克服現(xiàn)存在的問題，又相對比較經(jīng)濟(jì)的提升儀表的可靠性和可用性，降低儀表的故障率的方案。

2.1 利用現(xiàn)有的雷達(dá)液位計(jì)、高位報(bào)警開關(guān)、高位聯(lián)鎖開關(guān)“三選二”聯(lián)鎖設(shè)置

將球罐的高高位聯(lián)鎖開關(guān)與高位報(bào)警開關(guān)、液位聯(lián)鎖值一起組成“三選二”聯(lián)鎖，當(dāng)三個條件有兩個條件滿足就關(guān)閉聯(lián)鎖進(jìn)料閥。罐體液位的工藝報(bào)警功能仍然由原高位報(bào)警開關(guān)實(shí)現(xiàn)。雷達(dá)液位計(jì)增設(shè)高報(bào)警功能，當(dāng)液位到達(dá)高位報(bào)警開關(guān)位置時(shí)，SCADA系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲音警告操作工液位到達(dá)高位報(bào)警值。當(dāng)前6#、10#罐區(qū)雷達(dá)液位計(jì)安裝位置均在罐頂，位置比高位報(bào)警開關(guān)和高位聯(lián)鎖開關(guān)位置高。雷達(dá)液位計(jì)聯(lián)鎖設(shè)定值按照規(guī)范來設(shè)定。三選二方案能最大程度的提高聯(lián)鎖儀表的可靠性。

具體實(shí)現(xiàn)方法和步驟：

①重新對6#罐區(qū)、10#罐區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖程序進(jìn)行組態(tài)。

具體是：a新增加一個液位模似量CMP比較模塊，其輸出與雷達(dá)液位聯(lián)鎖設(shè)定值（HLL）比較后的輸出1、0信號，與高位報(bào)警、高高位聯(lián)鎖一起組成三選二。正常時(shí)置1，只要有兩個或者兩個以上聯(lián)鎖信號置0，聯(lián)鎖動作，聯(lián)鎖信號置0，其輸出連接到聯(lián)鎖閥門動作，控制聯(lián)鎖閥門關(guān)。b將液位模擬量模塊、閥門動作開、關(guān)狀態(tài)、高位報(bào)警開關(guān)、高高位聯(lián)鎖開關(guān)狀態(tài)做事件記錄、報(bào)警聲音和歷史趨勢。

修改程序塊邏輯示意圖如圖1。

②對新組態(tài)罐區(qū)閥門進(jìn)行聯(lián)鎖強(qiáng)檢試驗(yàn)，檢查報(bào)警聲音和歷史記錄，并由工藝人員和儀表人員雙方確認(rèn)，試驗(yàn)記錄歸檔。

該改造方案的缺點(diǎn)：

a 6#球罐工藝存貯介質(zhì)不確定，而且導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測量球罐內(nèi)的液化氣、精丙烯、拔頭油可靠性不高，當(dāng)進(jìn)料時(shí)若工藝條件波動較大，氣、液兩相激烈變化，密度相差不大，雷達(dá)表沒法分辨，雷達(dá)表判斷為滿罐，輸出滿量程，若此時(shí)高位浮球報(bào)警或出故障報(bào)警，滿足兩個條件必然液位聯(lián)鎖誤動作，而此時(shí)液位沒有到達(dá)高高聯(lián)鎖值。同樣導(dǎo)致聯(lián)鎖閥門的誤動作造成憋壓。

b將雷達(dá)液位計(jì)信號引進(jìn)三取二的聯(lián)鎖條件，雷達(dá)液位計(jì)的日常維護(hù)量比較大，每次校驗(yàn)雷達(dá)液位計(jì)，班組要辦理相應(yīng)的聯(lián)鎖作業(yè)票。無形中延遲了班組的故障處理時(shí)間。同時(shí)，每年兩次的儀表聯(lián)鎖強(qiáng)檢試驗(yàn)三選二聯(lián)動強(qiáng)檢，也增加了儀表工的維護(hù)工作量。

2.2 在原高高聯(lián)鎖開關(guān)同一高度位置新增兩個高高位聯(lián)鎖開關(guān)，使之組成“三選二”聯(lián)鎖設(shè)置

利用罐體檢修的機(jī)會，設(shè)備專業(yè)在聯(lián)鎖開關(guān)同一個高度位置附近，引出兩個相同規(guī)格、壓力等級的配對法蘭，增設(shè)兩個高高位聯(lián)鎖開關(guān)，重新敷設(shè)兩條電纜，儀表將新、舊的高高位聯(lián)鎖開關(guān)組成三選二聯(lián)鎖進(jìn)料閥。

具體實(shí)現(xiàn)方法和步驟：

重新對6#罐區(qū)、10#罐區(qū)系統(tǒng)聯(lián)鎖程序進(jìn)行組態(tài)。

具體是：①將新、舊高高位聯(lián)鎖一起組成三選二。正常時(shí)置1，只要有兩個或者兩個以上聯(lián)鎖信號置0，聯(lián)鎖動作，聯(lián)鎖信號置0，其輸出連接到聯(lián)鎖閥門動作，控制聯(lián)鎖閥門關(guān)。②閥門動作開、關(guān)狀態(tài)、高位報(bào)警開關(guān)、高高位聯(lián)鎖開關(guān)狀態(tài)做事件記錄、報(bào)警聲音和歷史趨勢。

該方案的缺點(diǎn)：

①貯運(yùn)球罐、10#罐區(qū)罐體檢修4年一個周期，要完成三選二聯(lián)鎖改造的周期比較長。

②需增加投用，費(fèi)用較高。

2.3 不考慮引入雷達(dá)液位計(jì)信號，利用現(xiàn)有條件將高高位聯(lián)鎖開關(guān)和高位報(bào)警開關(guān)組成“二選二”聯(lián)鎖設(shè)置

利用現(xiàn)有的罐體的高位聯(lián)鎖開關(guān)和高位報(bào)警開關(guān)組成“二選二”聯(lián)鎖條件，高位報(bào)警開關(guān)的高位報(bào)警功能保留，增設(shè)雷達(dá)液位計(jì)的高位報(bào)警功能。

該方案缺點(diǎn)：當(dāng)高高位聯(lián)鎖開關(guān)和高位報(bào)警開關(guān)二者中有一個故障不動作時(shí)，則會造成“拒動”，儀表聯(lián)鎖起不到保護(hù)工藝的作用。導(dǎo)致冒罐跑油污染環(huán)境造成更大危害。

3 結(jié)論

綜上所述，上述四種聯(lián)鎖方式改造技術(shù)方案（含現(xiàn)在的一選一聯(lián)鎖）各有利弊，但較好的方案為新增兩個或一個安裝位置一樣的高高聯(lián)鎖開關(guān)，與原來的高高位聯(lián)鎖開關(guān)（或高位報(bào)警開關(guān)）組成“三選二”聯(lián)鎖設(shè)置，這樣就可以確保各個罐的聯(lián)鎖動作的可靠性和可用性，減少發(fā)生因儀表本身原因造成的聯(lián)鎖誤動作或不動作而影響生產(chǎn)的惡性事故的發(fā)生。