硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖優(yōu)化改進實踐

俞志榮，徐彥飛，吳韓輝

(廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司，廣東云浮 527300)

設備與自動化

硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖優(yōu)化改進實踐

俞志榮，徐彥飛，吳韓輝

(廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司，廣東云浮 527300)

分析了硫精礦制酸系統(tǒng)中關鍵裝置異常運行時存在的安全環(huán)保風險以及對后續(xù)工序的危害，通過對現用聯鎖系統(tǒng)的現場實際運行情況了解和電氣控制技術分析，找出硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖存在的設計缺陷和技術漏洞，最終在DCS控制系統(tǒng)的配合下對硫酸大聯鎖控制進行優(yōu)化改進，既完善了硫酸大聯鎖系統(tǒng)的防護功能，又提高了生產裝置運行的安全性和可靠性，避免了生產系統(tǒng)出現大范圍的設備故障和對周邊環(huán)境的嚴重污染，同時也保障了硫酸生產系統(tǒng)運行的連續(xù)穩(wěn)定，降低生產成本，增加了一定的社會效益和經濟效益。

硫酸 大聯鎖 風機 酸泵 變頻器

某硫酸生產企業(yè)的200 kt/a硫鐵礦精礦制酸裝置，因工藝設備自身、現場環(huán)境等因素的影響，一些關鍵設備出現異常停運現象。此時如果大聯鎖系統(tǒng)不能夠準確可靠動作，而操作人員又不能夠及時發(fā)現相應故障，并緊急處理，極有可能會引起較大安全、環(huán)保事故的發(fā)生，給企業(yè)造成的財產損失和負面影響，為此，該企業(yè)根據硫酸工藝要求和現場設備運行實際情況，對硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖進行優(yōu)化改進，從而保障了生產連續(xù)、高效、安全運行。

1 大連鎖控制異常引發(fā)的事件分析

1.1 增濕塔坍塌

2013年7月，硫酸生產系統(tǒng)運行正常，某個中班21∶00左右，增濕塔循環(huán)泵電機與泵之間的聯軸器損壞，增濕循環(huán)泵停運較長時間，大聯鎖系統(tǒng)和現場操作人員都未及時監(jiān)測到并進行處理，導致從電除塵器輸送過來的320 ℃左右爐氣得不到增濕冷卻;增濕塔塔體迅速升溫，最終導致增濕塔塔體內部襯層坍塌，企業(yè)全線停產時間1個多月，經濟損失在100萬元以上。經調查分析，導致事故發(fā)生的主要原因是增濕塔循環(huán)泵停運較長時間，高溫爐氣使增濕塔內襯材料溫度升高，強度降低引起坍塌；根本原因是DCS監(jiān)測信號與大聯鎖控制信號都引至電機運行狀態(tài)信號，而此事件中故障設備與監(jiān)測信號不能夠同步表現出來，即電機運行狀態(tài)信號不能夠有效表示出循環(huán)泵的真實運行狀態(tài)，給操作人員和DCS監(jiān)測系統(tǒng)造成設備仍然正常運行的假象，沒有發(fā)現并處理。次要原因是操作人員責任心不強，監(jiān)測、巡檢不到位，沒有及時發(fā)現設備異常情況，最終導致較大生產設備事故的發(fā)生。

1.2 尾氣煙囪冒出大量含硫氣體

2013年年底，操作人員發(fā)現尾氣監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出超限報警，同時觀察到煙囪有大量的白色煙氣冒出，根據經驗判斷很有可能是含硫氣體超標所致，該企業(yè)立即對現場進行緊急排查處理，5 min后恢復正常。事后技術人員分析：引起該事件的直接原因是二吸塔酸泵突然故障停運，大量SO3氣體得不到有效吸收而進入煙囪被排出；根本原因是原設計中吸收酸泵沒有自動重啟功能，也沒有被設計進大聯鎖系統(tǒng)。雖然此次事件被及時發(fā)現并進行緊急處理，持續(xù)時間比較短，但影響相對較大，同時也提醒企業(yè)在生產系統(tǒng)中存在較大的安全漏洞，必須完善改進。

1.3 沸騰爐下料皮帶燒斷

2015年7月16日，二氧化硫主風機因故跳閘，而爐前風機沒有可靠聯鎖停機，操作人員也沒能夠及時發(fā)現并處理，導致沸騰爐內高溫火焰在正壓作用下從下料口噴出，把2條下料皮帶中的1條燒斷，造成單邊下料耗時2 d，嚴重影響企業(yè)經濟效益和生產效率。調查分析發(fā)現：主要原因是二氧化硫主風機與爐前風機的聯鎖控制出現了不能夠可靠動作的情況，技術人員排查后發(fā)現聯鎖控制是通過DCS來實現的，而DCS的聯鎖控制信號是通過一個熔斷器保護后才接入現場電氣停機控制的，事發(fā)時該熔斷器剛好是燒斷的，從而導致了該事故的發(fā)生。

這幾例安全事件都直接或間接地反映出該企業(yè)安全生產大聯鎖系統(tǒng)存在安全隱患和工藝聯鎖控制設計漏洞，對安全、環(huán)保、清潔生產和企業(yè)的經濟效益都造成較大的影響。必須根據工藝生產需要和現場控制實際進行優(yōu)化改進，在盡量降低改造成本的基礎上重新設計出更加科學、合理、完善的控制邏輯和聯鎖流程。為此，該企業(yè)技術部門努力攻關，以電氣控制系統(tǒng)為主導，在DCS控制系統(tǒng)的配合下，成功設計并實施完成了該公司硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進。

2 硫酸系統(tǒng)大聯鎖優(yōu)化改進技術方案

2.1 改造措施分析

根據對上述硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖相關事件的分析，結合目前企業(yè)生產現場的工藝生產流程和電儀控制原理，參考大聯鎖控制邏輯的實際運行情況，確定通過電儀控制系統(tǒng)的原理設計和聯鎖邏輯的進一步完善來完成硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖的優(yōu)化改進工作，可以采取以下措施來實現。

1)根據硫酸生產工藝和現場設備實際運行情況，把吸收酸泵的運行狀態(tài)監(jiān)測信號一起接入大聯鎖系統(tǒng)中，并且加入相應的壓力/電流檢測信號；在干燥酸泵、吸收酸泵中任何一臺酸泵出現故障的情況下都可以觸發(fā)大聯鎖動作，使得關鍵重要設備都參與到大聯鎖控制的范圍內，避免了設備異常運行時導致安全、環(huán)保事故的發(fā)生，同時單臺設備3個信號交叉監(jiān)測也大大提高了大聯鎖系統(tǒng)運行的可靠性，有效避免了因監(jiān)測信號異常導致的系統(tǒng)停機情況發(fā)生。

2)對酸泵電機運行狀態(tài)信號進行重新設計選擇，避免上傳虛假(不能真實反應設備現場實際運行情況)運行信號的發(fā)生。使電機的運行狀態(tài)與上傳信號實時同步、真實、直接，保證傳送給DCS控制系統(tǒng)和操作人員監(jiān)控的狀態(tài)信號與設備的實際運行情況相一致，避免誤操作、誤判的、處理不及時等情況的發(fā)生，從而提高硫酸生產裝置和大聯鎖系統(tǒng)運行的可靠性和高效性。

3)對變頻器控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改進。在供電系統(tǒng)出現電壓波動等瞬時異常情況時，使變頻器能夠有效分析并躲過此類故障情況或自動重啟控制，而傳送至DCS控制和監(jiān)控的狀態(tài)信號保持不變，從而提高大聯鎖控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，生產裝置安全運行的連續(xù)高效性。

4)設計增加大聯鎖觸發(fā)控制信號運行的聲光報警功能。當參與大聯鎖控制系統(tǒng)的任意一個關鍵環(huán)節(jié)出現需要大聯鎖動作的信號時，大聯鎖聲光報警器同步報警，提醒操作人員進行及時監(jiān)控，注意各項指標是否正確穩(wěn)定運行，避免設備故障造成大聯鎖動作不可靠的情況下，操作人員處理不及時。

2.2 改造方案

改造后的大聯鎖控制邏輯見圖1。

圖1 改造后的大聯鎖控制邏輯

根據以上分析，提出并制定了對硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖控制的優(yōu)化改造方案。主要從以下幾個方面進行改造。

1)對原來的大聯鎖控制邏輯進行重新優(yōu)化、增加、完善。在增加一吸、二吸酸泵信號進入大聯鎖控制系統(tǒng)參與聯鎖控制的同時，每臺酸泵的聯鎖控制信號由原來的單一運行狀態(tài)信號設計增改為其對應的運行狀態(tài)信號、電流信號、壓力信號。共同檢測參與，在同時具有兩個或以上條件具備的情況下才觸發(fā)大聯鎖動作；從而大大提高大聯鎖控制信號的可靠穩(wěn)定，避免虛假信號的傳輸，可以最大限度的降低控制元器件故障造成的聯鎖停機情況，為生產裝置的連續(xù)、高效、安全運行提供保障。

2)對酸泵控制原理進行徹底的分析。根據前面的現狀調查和對原設計原理圖的分析研究，發(fā)現選取的酸泵運行狀態(tài)信號為輔助繼電器的一個常開信號，與變頻器的真實運行狀態(tài)不能夠始終保持一致，僅在人工進行啟停操作時兩個狀態(tài)信號才能夠相一致[1]；所以重新選取變頻器的內部運行信號作為聯鎖控制的狀態(tài)信號，信號直接準確，與酸泵的運行狀態(tài)始終保持在同步狀態(tài)，提高控制系統(tǒng)的精度和可靠程度，避免了設備誤動作、人員誤操作的可能性。

3)對變頻器進行自動重啟動控制設計改進。根據故障類型設置自動重啟動等待時間和啟動次數，同時閉鎖大聯鎖動作信號延時輸出，既可以有效避免電網波動對生產系統(tǒng)連續(xù)性的影響，又可以避免現場設備出現故障的情況下強制帶病運行的情況，從而保證利益最大化和故障最小化的設計控制。

4)對參與大聯鎖控制系統(tǒng)的各相關參數都設置報警功能，同時對大聯鎖觸發(fā)信號增設聲光報警器，既提醒操作人員要注意觸發(fā)信號的控制動作是否正常，是否需要人工進行其他相應的緊急操作；又警示值班人員要時刻注意大聯鎖動作后各指標的運行控制情況，保證整套生產裝置聯鎖動作后的安全穩(wěn)定性。

改造方案選用電氣現場控制設備改造、設置、調試和控制室DCS系統(tǒng)控制邏輯與控制程序的設計、修改與完善相結合的方式，既可以把大聯鎖運行控制需要的所有控制、保護、監(jiān)測、聯鎖等都集中在一起，大大簡化了外部控制系統(tǒng)的結構和改造成本；又可以方便地滿足生產系統(tǒng)控制所需的多樣化和靈活性，使硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖控制功能更加完善，流程更加直觀，故障率和誤動作的風險大大降低。

3 運行中遇到的問題

1)運行過程中曾遭遇過一次雷雨天氣，干燥酸泵跳閘后，還沒有進行重啟動，硫酸系統(tǒng)大聯鎖就聯鎖動作，生產系統(tǒng)全線停機。后經現場排查，現場設備沒有損壞。從DCS查看運行參數的歷史趨勢曲線發(fā)現，干燥酸泵在跳閘后，自動重啟動功能還沒能發(fā)揮作用的時候(故障檢測和故障復位需要有一定的延時時間)，運行電流和上酸壓力已經低于硫酸設置的跳閘動作值；此時單臺酸泵的運行狀態(tài)、運行電流、上酸壓力3個監(jiān)測信號中已有2個具備動作條件，所以觸發(fā)了大聯鎖動作，系統(tǒng)全線停機。而后技術人員進行功能完善，在電機運行狀態(tài)信號沒有發(fā)生變化的情況下，僅運行電流和上酸壓力低于設定值時增加一個延時時間，以躲過酸泵自啟動時間，完善后可以達到滿意的效果，控制穩(wěn)定可靠，誤動作情況消除。

2)運行一段時間，發(fā)現偶爾會出現酸泵跳閘后重啟動失敗，而現場檢查相關設備，除了變頻器的報警信息外，其他沒有發(fā)現異常問題。人工重新開機后運行正常，各項指標也在規(guī)定范圍內，通過DCS查看變頻器運行參數曲線，發(fā)現變頻器確實有自動重啟動動作過程，但是每次都是啟動失敗。后經電氣、儀表、工藝、設備等專業(yè)人員討論，認為在不同工況、不同時間下，酸泵的負荷可能相差也較大。所以，技術人員認為可通過適當調整增加變頻器的自動復位等待時間，從而得到一個相對更加穩(wěn)定的啟動環(huán)境來提高自啟動成功率，經多次測試調整后問題得到解決，取得不錯的效果。

4 結語

設計方案改造實施后，硫酸生產系統(tǒng)大聯鎖所有參與設備都能夠無故障可靠運行，各邏輯關系和聯鎖環(huán)節(jié)均能可靠地按照預先設定的程序自動監(jiān)測、穩(wěn)定控制，安全聯鎖保護，有效避免了設備故障情況下出現的嚴重生產事故、環(huán)保事故的發(fā)生，為企業(yè)的安全高效生產提供了保障，同時也大大降低了系統(tǒng)誤動作的停機時間，節(jié)約了維護費用和運行成本，而且還大大降低了工人的勞動強度，取得了滿意的效果。自2016年改造完成至今已準確監(jiān)測并可靠聯鎖動作過3次，及時把設備故障控制在局部的范圍內，避免了大的生產設備、安全環(huán)保事故的發(fā)生，為公司挽回了較大的經濟損失。該改造方案對其他硫酸行業(yè)具有一定實際借鑒意義。

[1] 張澤林．淺述硫酸生產過程的自動聯鎖[J]．化工管理，2016(6)：110-111．

Improvement of large-scale interlock and optimization in sulphuricacid production plant

YUZhirong，XUYanfei，WUHanhui

(Yunfu Guangye Pyrite Group Co., Ltd., Yunfu, Guangdong, 527300,China)

Existing safety and environmental risk and damage on subsequent section during abnormal operation in key devices of sulphur concentrate roasting sulphuric acid plant are analyzed, by the knowledge of actual operation of interlock system on-site and analysis of electrical control, design deficiency and technical leak existing in large-scale interlock of sulphuric acid production plant were found. On the premise of coordination of DCS control system, large-scale interlock were optimized and improved, which not only perfected protection function of large-scale interlock, but also improved safety and reliability during production plant operation, avoiding large-scale device fault appearing in production system and pollution in surroundings, meanwhile, guaranteeing stable operation of sulphuric acid plant, reducing production cost, increasing social and economic efficiency.

sulphuric acid；large-scale interlock；fan；acid pump；frequency transformer

2017-02-20。

俞志榮，男，廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司電氣工程師，主要從事硫酸生產電氣設備管理和設計改造工作。電話：13602960839；E-mail：362046232@qq.com。

TQ111.16;TP271

B

1002-1507(2017)07-0053-04