安全聯(lián)鎖緊急停車系統(tǒng)在醋酐生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

于 波 徐勤梅

(1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

安全聯(lián)鎖緊急停車系統(tǒng)在醋酐生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

于 波1徐勤梅2

(1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院,吉林 吉林 132022；2.吉林化纖股份有限公司,吉林 吉林 132022)

針對(duì)醋酐生產(chǎn)工藝和醋酐生產(chǎn)過程中存在的安全隱患，設(shè)計(jì)了一套醋酐生產(chǎn)工藝的安全聯(lián)鎖緊急停車系統(tǒng)。給出系統(tǒng)組成，并以醋酐生產(chǎn)工藝中的裂解工序?yàn)槔?，介紹了安全聯(lián)鎖控制邏輯和編程的實(shí)現(xiàn)。

緊急停車系統(tǒng) 安全聯(lián)鎖 醋酐生產(chǎn)工藝 裂解工序 控制邏輯

化工裝置在原料、產(chǎn)品加工及生產(chǎn)過程等多方面存在易燃、易爆、高溫、高壓的潛在危險(xiǎn)[1,2]，因此，近年來化工企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程的安全性要求越來越高[3～7]。目前，化工生產(chǎn)過程一般用DCS進(jìn)行過程連續(xù)測(cè)量、常規(guī)控制和操作控制管理，以保證生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行[8]；用緊急停車系統(tǒng)(Emergency Shutdown Device,ESD)監(jiān)控生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)出現(xiàn)的異常工況迅速進(jìn)行處理，使故障發(fā)生的可能性降到最低，保障操作人員和現(xiàn)場(chǎng)裝置處于安全狀態(tài)[9]。由于人在面臨危險(xiǎn)時(shí)的判斷和操作是滯后的、不可靠的，人的反應(yīng)速度遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)事故發(fā)生的同時(shí)切斷危險(xiǎn)源、遠(yuǎn)離事故現(xiàn)場(chǎng)爆炸源，因此設(shè)置獨(dú)立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖是十分必要的，是保障企業(yè)安全生產(chǎn)的重要準(zhǔn)則[10]。

吉林化纖股份有限公司的醋酐生產(chǎn)工藝在設(shè)計(jì)建設(shè)階段沒有設(shè)置安全聯(lián)鎖ESD，為此，筆者針對(duì)該工藝及其存在的安全隱患，結(jié)合企業(yè)對(duì)裝置安全性的要求，設(shè)計(jì)了一套安全聯(lián)鎖ESD，以期在事故發(fā)生時(shí)減少企業(yè)損失和人員傷亡。

1 醋酐生產(chǎn)工藝

在高溫、負(fù)壓、催化劑(磷酸三乙酯)的作用下，乙酸蒸氣在裂化管內(nèi)裂解生成乙烯酮和水，經(jīng)冷凝、冷卻分離后，乙烯酮用乙酸吸收，生成粗醋酐，再經(jīng)精餾提純制得成品醋酐。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀乙酸用乙酸乙酯萃取法回收，回收的乙酸供裂解使用。醋酐生產(chǎn)工藝分為裂解工序、乙烯酮吸收工序、精餾工序和稀乙酸回收工序4部分。生產(chǎn)過程中，如果有任意一道工序操作不正確，生產(chǎn)工藝條件發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致事故，造成設(shè)備損壞，危害人身安全。

2 醋酐生產(chǎn)工藝存在的安全隱患

2.1裂解工序

裂解工序的流程如圖1所示。加熱過程先對(duì)預(yù)熱器預(yù)熱，溫度達(dá)到120℃以上后，乙酸蒸氣和水蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，混合后去裂解爐(裂解一段管預(yù)熱至400～600℃，二段管的反應(yīng)溫度690～755℃，裂解爐壓力-25kPa)。裂解后的反應(yīng)物在二段管的出口進(jìn)入冷凝冷卻器，冷卻后的物料進(jìn)入氣液分離器，未冷凝的混合氣(乙烯酮和廢氣，廢氣主要有二氧化碳、氫氣、甲烷及一氧化碳等)進(jìn)入吸收工序。未冷凝的混合氣如果發(fā)生泄漏，則會(huì)有易燃易爆的危險(xiǎn)。冷凝后的稀乙酸從氣液分離器進(jìn)入稀乙酸中間罐，然后去乙酸回收工序回收。裂解工序中利用煤氣或天然氣燃燒進(jìn)行加熱，如果煤氣或天然氣發(fā)生泄漏，也是很大的安全隱患。

針對(duì)裂解工序的特點(diǎn)，該工序需增加緊急停車聯(lián)鎖邏輯，即IL101。當(dāng)裂解爐溫度高于控制溫度時(shí)，則聯(lián)鎖自動(dòng)運(yùn)行，關(guān)閉煤氣發(fā)生爐的送氣閥門HV101，同時(shí)打開煤氣發(fā)生爐火炬燃燒釋放閥HV102，并自動(dòng)點(diǎn)燃火炬，將煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的氣體通過火炬燃燒排掉，這樣可避免煤氣返回而造成煤氣發(fā)生爐爆炸，同時(shí)避免了煤氣直接排入大氣造成環(huán)境污染。

2.2乙烯酮吸收工序

乙烯酮吸收工序僅在廢氣回收時(shí)可能存在較大的安全隱患，因此廢氣回收的真空系統(tǒng)應(yīng)考慮對(duì)廢氣進(jìn)行安全檢測(cè)和控制。

另外，由于整個(gè)工藝過程是真空操作，一旦真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則整個(gè)工序?qū)l(fā)生重大安全隱患。

圖1 裂解工序流程

3 安全聯(lián)鎖ESD

安全聯(lián)鎖ESD需充分考慮各工序存在的安全隱患，從整個(gè)工藝控制出發(fā)，全面杜絕由于意外和工藝異常而產(chǎn)生安全隱患[11,12]。

ESD由現(xiàn)場(chǎng)緊急停車設(shè)備、緊急停車報(bào)警和緊急停車事故檢測(cè)部分組成[13]?，F(xiàn)場(chǎng)緊急停車設(shè)備包括閥門、電機(jī)及繼電氣回路等。緊急停車報(bào)警包括消防控制中心的火災(zāi)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)控制參數(shù)異常報(bào)警和設(shè)備運(yùn)行異常報(bào)警。緊急停車事故檢測(cè)即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢測(cè)、壓力/溫度/流量檢測(cè)、電動(dòng)設(shè)備故障運(yùn)行檢測(cè)及過熱檢測(cè)等，這些數(shù)據(jù)為ESD提供檢測(cè)信號(hào)和檢測(cè)依據(jù)。

安全聯(lián)鎖ESD可以通過有TUV認(rèn)證的繼電器構(gòu)成的控制回路實(shí)現(xiàn)緊急停車聯(lián)鎖，也可以通過具有認(rèn)證的控制卡件結(jié)合軟件編程邏輯控制實(shí)現(xiàn)[14]。由于醋酐生產(chǎn)工藝安全隱患點(diǎn)數(shù)較少，采用具有TUV認(rèn)證的繼電器聯(lián)鎖控制既能實(shí)現(xiàn)安全緊急控制又能降低成本，完成及時(shí)報(bào)警和快速切斷功能。

裂解工序緊急停車控制過程為：當(dāng)消防控制中心出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的裂解工序出現(xiàn)溫度火焰監(jiān)控報(bào)警后DCS顯示報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)消防動(dòng)作或整個(gè)醋酐生產(chǎn)工藝真空度急劇下降而醋酸入料量達(dá)到一定量時(shí)，ESD將停止現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)設(shè)備，切斷危險(xiǎn)源；裂解工序的火焰監(jiān)控器監(jiān)測(cè)火焰的燃燒情況，一旦發(fā)生燃燒則全部熄火，執(zhí)行緊急停車動(dòng)作，打開煤氣排放閥門，點(diǎn)燃火炬，關(guān)閉燃燒裂解閥門，打開裂解爐對(duì)空排放閥。裂解工序的ESD控制邏輯如圖2所示。

圖2 裂解工序ESD控制邏輯

裂解工序控制邏輯的主程序如下：

--MAIN

PHASE ALARMA

STEP ST01

L001:IF (WASHA_SW.PV=STOP) THEN GOTO PHASE ALARMA

READ NN2 FROM 02FI06A01.PV

L002:IF (02TI2012.ALM=ON OR 02TI2011.ALM=ON

& OR 02TI2011B.ALM=ON OR 02HT101.ALM=ON

& AND“投入自動(dòng)”.AO=ON) THEN GOTO L003

ELSE GOTO L001

L003:IF (NN2<=NN1) THEN GOTO L004

ELSE GOTO L001

L004:SET ALARMAFL.PVFL=ON

GOTO L001

END ALARMA

4 結(jié)束語

針對(duì)吉林化纖股份有限公司的醋酐生產(chǎn)工藝及其存在的安全隱患，筆者設(shè)計(jì)了一套安全聯(lián)鎖ESD。實(shí)際應(yīng)用情況表明：該系統(tǒng)能夠在危險(xiǎn)未發(fā)生時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)防，在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警、切斷危險(xiǎn)設(shè)備、控制災(zāi)害、減少損失，避免了重大事故的發(fā)生，為裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)優(yōu)運(yùn)行提供了安全保障。

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1000-3932(2016)03-0327-03

2015-12-24(修改稿)