聚合ESD技術(shù)改造總結(jié)

張俊平，周紅燕

（新疆天業(yè)集團(tuán)化工公司，新疆 石河子 832000）

聚合ESD技術(shù)改造總結(jié)

張俊平，周紅燕

（新疆天業(yè)集團(tuán)化工公司，新疆 石河子 832000）

介紹了ESD系統(tǒng)在化工公司的應(yīng)用及設(shè)計(jì)思路、基本結(jié)構(gòu)。對(duì)聚合釜緊急停車系統(tǒng)的必要性、聯(lián)鎖條件等進(jìn)行了詳細(xì)論述。聚合ESD系統(tǒng)具有很高的可靠性，降低了設(shè)備誤動(dòng)作的概率，有效提高了生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定及生產(chǎn)延續(xù)性。

聚合；ESD；改造；總結(jié)

新疆天業(yè)集團(tuán)化工公司20萬t/a聚氯乙烯聚合生產(chǎn)裝置是該公司主裝置之一，以氯乙烯為主要原料，通過懸浮聚合為共聚單體，添加分散劑、引發(fā)劑、部分輔助助劑等，該裝置的主要特點(diǎn)是工藝流程復(fù)雜，聯(lián)鎖與控制精細(xì)且繁雜，氯乙烯原料在反應(yīng)中壓力一般控制在10 MPa下。但一定條件下會(huì)產(chǎn)生很大的高壓不安全因素。在這樣高的壓力下，對(duì)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)ESD（Emergency Shut-down Device）的要求也非常高。聯(lián)鎖控制回路的安全應(yīng)用對(duì)裝置的安全性和可靠運(yùn)行影響極大，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，可能的后果是拒動(dòng)作或誤動(dòng)作，這兩種可能均會(huì)為公司帶來致命的后果，造成巨額損失。為了確保生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定，確保人員安全和生產(chǎn)設(shè)備安全，ESD控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化生產(chǎn)體系中，在石化行業(yè)體現(xiàn)尤為突出。ESD系統(tǒng)獨(dú)立于DCS，其安全級(jí)別高于DCS。當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不需要經(jīng)過DCS，而由ESD直接發(fā)出聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)，避免緊急狀況擴(kuò)散。

1　采用ESD安全系統(tǒng)的必要性

由于化工生產(chǎn)工藝過程的復(fù)雜性、原料變化多元性、產(chǎn)品的高質(zhì)量要求，以及對(duì)人身、環(huán)境、設(shè)施的保護(hù)等因素，對(duì)安全系統(tǒng)提出了新的要求：系統(tǒng)必須在固態(tài)軟硬件基礎(chǔ)上提供出更加安全可靠的邏輯控制；必須減少系統(tǒng)誤動(dòng)作和誤停車的頻率與次數(shù)等要求，使得此系統(tǒng)的要求更高、配置更安全合理。ESD必須具有高可靠性、故障自動(dòng)保險(xiǎn)、高度容錯(cuò)性，完全自動(dòng)恢復(fù)等功能。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

從裝置和設(shè)備的安全以及生產(chǎn)的平穩(wěn)考慮，在公司氯乙烯聚合干燥生產(chǎn)裝置中采用了冗余的集散控制系統(tǒng)DCS生產(chǎn)裝置，為橫河CENTUM CS3000生產(chǎn)管理與控制系統(tǒng)，緊急停車系統(tǒng)（ESD）采用了橫河公司的ProSafe-RS安全儀表控制系統(tǒng)，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)的高可靠性和高安全性。兩套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成，操作人員可以從CENTUM CS3000的操作員站上的畫面窗口中，看到ProSafe-RS的數(shù)據(jù)報(bào)警信息，并且能夠很快預(yù)測(cè)和判斷工藝過程是否接近到了緊急狀況，通過操作DCS畫面上相應(yīng)按鈕就可啟動(dòng)緊急停車程序和緊急啟動(dòng)制動(dòng)停車系統(tǒng)ESD。

整個(gè)ESD系統(tǒng)由1套Pro Safe-RS構(gòu)成，系統(tǒng)配置有 2套冗余控制器，SDV144—DI卡、SDV541—DO卡及I/O卡件合成安裝在2個(gè)CPU控制單元下?？刂普镜腃PU及控制總線為Pair--Spare冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)。各控制節(jié)點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過中間端子板接入Pro Safe-RS系統(tǒng)的I/O卡件上。設(shè)計(jì)過程中，考慮到冗余性及后添加性，所有余量按20%余量備份。所有I/O點(diǎn)都按15%的余量備用，以備后期改擴(kuò)建用。

2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

聚合干燥分廠自控系統(tǒng)有兩套，兩套系統(tǒng)均為冗余配置，提高系統(tǒng)安全可靠性。這種可靠性表現(xiàn)在：

（1）雙重冗余的現(xiàn)場(chǎng)控制器，包括4個(gè)CPU冗余容錯(cuò)，電源卡雙重化，通訊卡雙重化，DCS關(guān)鍵I/ O卡件冗余。ESD所有I/O卡件冗余。雙重冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)V net/IP，包括光電轉(zhuǎn)換器冗余，交換機(jī)冗余，光纖冗余。

（2）兩套10 kVA的UPS不間斷電源同時(shí)工作，儀表供電系統(tǒng)冗余，I/O端子板供電冗余。保證一路電源出現(xiàn)故障不會(huì)影響系統(tǒng)控制。

（3）8臺(tái)互為冗余的操作員站，在任意一臺(tái)操作站上均可監(jiān)控系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)信息。

2.2ESD系統(tǒng)的流程界面及操作

（1）流程界面見圖1。

（2）ESD系統(tǒng)注入程序啟動(dòng)條件。有5處硬條件如釜壓跳車報(bào)警、釜溫跳車報(bào)警、攪拌跳車報(bào)警等。a.因現(xiàn)場(chǎng)共有6臺(tái)釜。當(dāng)N釜釜壓大于1.4 MPa會(huì)在畫面提示“N釜釜壓跳車報(bào)警”，這時(shí)在按鈕區(qū)會(huì)彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動(dòng)ESD系統(tǒng)注入程序，點(diǎn)擊此按鈕；N釜釜溫大于70℃會(huì)在畫面提示“N釜釜溫跳車報(bào)警”，這時(shí)在按鈕區(qū)會(huì)彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動(dòng)ESD系統(tǒng)注入程序，點(diǎn)擊此按鈕；N釜攪拌功率小于30 kW且時(shí)間超過10 s會(huì)在畫面提示“N釜攪拌跳車報(bào)警”，這時(shí)在按鈕區(qū)會(huì)彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動(dòng)ESD系統(tǒng)注入程序，可點(diǎn)擊確認(rèn)；b.按下控制室緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-84；c.按下現(xiàn)場(chǎng)處緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-83。

圖1　ESD流程畫面示意圖

上述三情況都會(huì)使ESD系統(tǒng)注入程序啟動(dòng)。

2.3ESD系統(tǒng)注入程序啟動(dòng)后

（1）ESD系統(tǒng)畫面打出“緊急事故終止劑注入開始”。

（2）控制室內(nèi)操作臺(tái)上的報(bào)警燈和蜂鳴器被通電，以提示操作人員。

（3）檢查閥門1V-V201N-71、74、82是否開到位；1PS-V201N-70是否處在低壓報(bào)警狀態(tài)；1PSV201N-86是否處在高壓報(bào)警狀態(tài)；1LS-V201N-88是否處低液位報(bào)警狀態(tài)；1PS-V201N-87是否處在高壓報(bào)警狀態(tài)。上述各項(xiàng)檢查都通過，畫面打出“緊急事故終止劑注入成功”。任何一項(xiàng)檢查不通過，畫面打出“緊急事故終止劑注入失敗”。

（4）若上述檢查都通過，十分鐘后畫面打出“緊急事故終止劑注入結(jié)束”。

（5）ESD系統(tǒng)注入結(jié)束后，再按下事故臺(tái)上的“報(bào)警總復(fù)位按鈕”以解除報(bào)警。

（6）ESD系統(tǒng)注入注意事項(xiàng)：每次事故處理完畢后，操作人員必須點(diǎn)擊“注入初始化”，使程序處于備妥狀態(tài)。

2.4ESD系統(tǒng)可靠性檢查

（1）正常生產(chǎn)時(shí)，各釜每釜批次進(jìn)行系統(tǒng)可靠性檢查。與DCS系統(tǒng)相聯(lián)系，及時(shí)檢測(cè)每臺(tái)聚合釜的反應(yīng)批次以及每臺(tái)聚合釜的反應(yīng)狀況。系統(tǒng)設(shè)定為每40個(gè)反應(yīng)批次進(jìn)行系統(tǒng)可靠性檢查。步驟包括事故終止劑系統(tǒng)的全自動(dòng)程序自檢、氮?dú)怃撈繗鈮赫７?、各閥門動(dòng)作正常否、相關(guān)各程序中事故終止劑液位正常否等。如果自檢程序存在一步驟的報(bào)警，程序?qū)⒉辉试S下一步驟運(yùn)行，且DCS系統(tǒng)也將終止運(yùn)行入料反應(yīng)程序，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提示并阻止DCS系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行操作。

（2）ESD系統(tǒng)注入程序執(zhí)行后，每釜第一批次進(jìn)行系統(tǒng)可靠性檢查。當(dāng)系統(tǒng)預(yù)設(shè)置的事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)條件到達(dá)時(shí)，ESD系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息進(jìn)行提示。如果得不到操作人員應(yīng)答且報(bào)警不及時(shí)消除，ESD系統(tǒng)會(huì)在一定設(shè)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)事故終止劑加料程序。事故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)最重要的幾個(gè)條件為：預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警值釜溫、釜壓，預(yù)設(shè)反應(yīng)過程強(qiáng)制攪拌停止超過時(shí)限等。

（3）定期進(jìn)行ESD系統(tǒng)檢修后，第一釜批次進(jìn)行系統(tǒng)可靠性檢查。ESD系統(tǒng)可靠性檢查邏輯示意圖見圖2。

圖2　ESD系統(tǒng)可靠性檢查邏輯示意圖

2.5事故終止劑注入方法

全廠停電時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，聚合釜溫度壓力上升較快時(shí)，選擇往釜內(nèi)注入事故終止劑。由ESD事故狀態(tài)下控制加入緊急終止劑，事故緊急終止劑在聚合反應(yīng)中有著極為重要的安全控制性。其加入聚合釜后，依靠聚合釜攪拌充分混合可迅速終止物料聚合反應(yīng)。當(dāng)聚合裝置發(fā)生停電或短暫斷電時(shí)，事故緊急終止劑與反應(yīng)中物料充分混合需依靠釜底高壓氮?dú)夤芫€充入高壓氮攪動(dòng)混合，這要靠聚合攪拌來完成。

（1）在操作站上ESD畫面里，系統(tǒng)有自動(dòng)加入事故終止劑提示信息及程序執(zhí)行按鈕。

（2）在中控室控制臺(tái)上按下緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-84按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)加入事故終止劑。

（3）在聚合釜現(xiàn)場(chǎng)按下緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-83按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)加入事故終止劑。

（4）在操作站ESD畫面里點(diǎn)擊閥門，調(diào)出閥門控制面板進(jìn)行閥門的開、關(guān)操作，手動(dòng)加入事故終止劑，ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程見圖3。

圖3　ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程

（5）當(dāng)DCS及ESD系統(tǒng)斷電，可在現(xiàn)場(chǎng)將管線閥門打開，手動(dòng)加入事故終止劑。系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程邏輯圖見圖4。

圖4　ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程邏輯示意圖

2.6ESD系統(tǒng)注意事項(xiàng)

（1）ESD系統(tǒng)注入失敗，處理完問題后必須點(diǎn)擊“注入初始化”，以使系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)。確定緊急事故終止劑沒有注入，需重新啟動(dòng)ESD注入程序。

（2）ESD系統(tǒng)可靠性檢查過程中出現(xiàn)故障，在解決了故障之后都必須點(diǎn)擊“安檢初始化”，以使系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)。系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)后，點(diǎn)擊“手動(dòng)安檢”按鈕，重新進(jìn)行可靠性檢查。

（3）ESD系統(tǒng)進(jìn)行定期檢修時(shí)，必須點(diǎn)擊“ESD系統(tǒng)檢修”按鈕，方可進(jìn)行。

（4）閥門自動(dòng)轉(zhuǎn)手動(dòng)的操作方法：以1V-V201A-71閥門為例，在“NAME”中輸入“MANORAUT1-71”調(diào)出閥門手自動(dòng)切換面板，將此面板置為“MAN”，然后點(diǎn)擊“ON”，閥門就為手動(dòng)操作狀態(tài)。點(diǎn)擊1VV201A-71閥門，調(diào)出閥門控制面板進(jìn)行閥門的開、關(guān)操作。

MANORAUT1-71（操作代碼：1為A釜代碼，以此類推 B釜、C釜、D釜、E釜的代碼分別為“2”、“3”、“4”、“5”；71為閥門代碼）。

（5）閥門手動(dòng)狀態(tài)操作完成后，為安全應(yīng)用所需，必須要切換到自動(dòng)狀態(tài)。

3　投入使用后效果分析

此套ESD緊急制動(dòng)控制系統(tǒng)投入使用后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，聯(lián)鎖設(shè)置符合工藝原理及控制邏輯。ESD系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的通信按預(yù)設(shè)投入。使得在危險(xiǎn)預(yù)期范圍內(nèi)，盡可能地在第一時(shí)間內(nèi)作出應(yīng)急響應(yīng)和保護(hù)，采取緊急制動(dòng)，將可能發(fā)生的危險(xiǎn)損失減至最低或無。各相關(guān)控制系統(tǒng)和資源統(tǒng)籌總體設(shè)計(jì)，具有完善配置、統(tǒng)籌全局、協(xié)調(diào)合理的優(yōu)越性。系統(tǒng)內(nèi)所有報(bào)警記錄以及操作記錄、事故處理記錄管理、操作及存檔、以及保證任何操作及報(bào)警的可追溯性。

4　結(jié)論

此套聚合ESD緊急制動(dòng)控制系統(tǒng)是聚合生產(chǎn)過程中的人身安全、設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)穩(wěn)定所必要的保障利器。由于它的特殊保護(hù)性地位，使各生產(chǎn)企業(yè)在決定選用配置ESD時(shí)，會(huì)從安全性、獨(dú)立性、快速響應(yīng)以及兼容性等基本方面進(jìn)行配置。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)工藝要求從有關(guān)設(shè)計(jì)聯(lián)鎖系統(tǒng)的規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)開始，以確保ESD系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮出真正的安全保護(hù)作用。化工企業(yè)還需要在應(yīng)用ESD系統(tǒng)方面深入地探索，并在實(shí)踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而提高ESD緊急制動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

Summary of transformation of polymerization ESD technology

ZHANG Jun-ping，ZHOU Hong-yan
（Xinjiang Tianye Group Chemical Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

This paper introduces the application of ESD system in chemical company and design ideas，basic structure.In this paper，the polymerization kettle emergency shutdown system the necessity，the interlocking conditions were described in detail.Polymerization of ESD system has high reliability，reduce the probability of equipment malfunction，effectively improve the security and stability of the production equipment and production continuity

polymerization；ESD；technical；transformation

TQ086.3

B

1009-1785（2016）09-0016-04

2016-06-27