烯烴轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)鎖邏輯設(shè)計

于松濤，李德剛

(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

烯烴轉(zhuǎn)換裝置OCU(olefin conversion unit)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多、控制要求高，為了實(shí)現(xiàn)故障時能夠及時保護(hù)人員、設(shè)備和環(huán)境安全，針對OCU裝置中的工藝流程特點(diǎn)、控制要求和管理要求，設(shè)計了一系列的安全聯(lián)鎖邏輯，以提高該裝置的安全生產(chǎn)水平和自動化管理水平。

1 OCU裝置特點(diǎn)

1.1 工藝流程

某項(xiàng)目OCU裝置利用上游MTBE裝置的醚后碳四和乙烯裝置下游MTBE/丁烯-1的混合碳四作為產(chǎn)品原料，經(jīng)丁烯-2與乙烯進(jìn)行烯烴轉(zhuǎn)換反應(yīng)后，生成聚合級丙烯產(chǎn)品，以及副產(chǎn)品異丁烷和碳四以上重組分。

該裝置包括： 碳四原料預(yù)處理、碳四選擇加氫、反應(yīng)精餾、烯烴轉(zhuǎn)換及分離、再生氣系統(tǒng)等[1]5個單元，涉及靜設(shè)備62臺，動設(shè)備24臺，加熱爐2臺。

1.2 聯(lián)鎖要求

根據(jù)OCU裝置流程特點(diǎn)及影響的不同部位，緊急停車實(shí)施針對性的處理措施，即相關(guān)部位實(shí)施停車時，其他部位維持運(yùn)行狀態(tài)或自回流、自循環(huán)狀態(tài)；一旦緊急狀態(tài)解除，可迅速恢復(fù)生產(chǎn)。在OCU裝置中，觸發(fā)聯(lián)鎖邏輯的信號分為3類：

1)全廠總停信號。該信號是1個快速隔離信號，主要用于裝置發(fā)生重大事故(如大型火災(zāi)等)時，及時切斷進(jìn)出裝置的物料，將裝置置于安全停車狀態(tài)。全廠總停信號主要包括： 全廠電源故障、儀表風(fēng)壓力低低、乙烯裝置丙烯制冷機(jī)故障。

2)緊急停車信號。該信號是區(qū)域的或者單元的急停信號，是為了保護(hù)設(shè)備、機(jī)泵而采取的緊急措施。

3)工藝聯(lián)鎖信號。該信號是在生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)達(dá)不到或者超出設(shè)定值時，為保護(hù)人員、設(shè)備和環(huán)境安全而采取的緊急措施，目的是為了避免產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

2 聯(lián)鎖邏輯設(shè)計

2.1 碳四原料預(yù)處理單元

該單元的主要作用是脫除碳四原料中的雜質(zhì)，主要設(shè)備有： 原料水洗塔、脫二甲醚塔、原料處理器及其輔助的緩沖罐、廢水閃蒸罐、冷凝器、回流罐等[2]。在該單元中，為防止烴類原料進(jìn)入廢水系統(tǒng)，需要監(jiān)控碳四原料水洗塔液位、碳四原料水洗塔塔頂緩沖罐液位。如果出現(xiàn)異常情況，需及時關(guān)斷廢水排出閥、廢水開關(guān)閥，并且關(guān)停水洗塔廢水泵。

2.2 碳四選擇加氫單元

該單元的主要作用是對原料中的丁二烯進(jìn)行選擇加氫，從而生成中間產(chǎn)品正丁烯。在該單元中，主要有選擇加氫進(jìn)料緩沖罐、選擇加氫反應(yīng)器進(jìn)料加熱器、2臺碳四選擇加氫反應(yīng)器(一用一備)、選擇加氫反應(yīng)器出料冷卻器。

由于加氫過程是放熱反應(yīng)，在正常操作狀態(tài)下，催化劑床層會出現(xiàn)溫度升高的情況。為了避免操作溫度超過設(shè)計溫度造成催化劑和反應(yīng)器破壞，在碳四選擇加氫反應(yīng)器的5個催化劑床層分別設(shè)置了3個柔性測溫點(diǎn)，同時監(jiān)控反應(yīng)器出口碳四的溫度。當(dāng)溫度高高時，關(guān)閉反應(yīng)器進(jìn)料管線切斷閥、流量控制閥，關(guān)閉氫氣進(jìn)料切斷閥、流量控制閥；同時關(guān)閉低壓蒸汽管線切斷閥、流量控制閥。另外，如果在再生狀態(tài)下，當(dāng)出口再生氣溫度高高或者反應(yīng)器床層溫度高高時，還要關(guān)閉加熱爐空氣管線控制閥和切斷閥，同時激活加熱爐聯(lián)鎖邏輯。

2.3 反應(yīng)精餾單元

經(jīng)過加氫以后的物料進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，從塔頂脫除異丁烷和異丁烯，而塔底合格的碳四去烯烴轉(zhuǎn)化進(jìn)料處理器。該單元有脫異丁烷塔再沸器凝液罐、脫異丁烷塔再沸器、脫異丁烷塔、脫異丁烷塔釜出料冷卻器、脫異丁烷塔回流罐、脫異丁烷塔冷凝器、脫異丁烷塔頂不凝氣冷凝器。

脫異丁烷塔在操作狀態(tài)下，為了防止由于催化劑床層處反應(yīng)不能控制，使該處的溫度超過設(shè)計溫度，導(dǎo)致設(shè)備和催化劑的破壞；當(dāng)催化劑床層溫度高高時，關(guān)閉脫異丁烷塔氫氣進(jìn)料切斷閥。另外，當(dāng)脫異丁烷塔出口管線壓力高高時，需要阻止塔底再沸器的蒸汽供應(yīng)，并關(guān)閉催化劑床層氫氣進(jìn)料的切斷閥、流量控制閥，以及關(guān)閉塔釜再沸器蒸汽管線切斷閥和流量控制閥。

2.4 烯烴轉(zhuǎn)化及分離單元

經(jīng)過混合后的碳四原料加壓后與乙烯原料混合，進(jìn)入烯烴轉(zhuǎn)化進(jìn)料處理器；物料經(jīng)過烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器后進(jìn)入乙烯回收塔，在乙烯回收塔中分離出乙烯等輕組分，塔底的物料進(jìn)入丙烯產(chǎn)品塔[3]。在丙烯產(chǎn)品塔中可以得到的產(chǎn)品有： 聚合級丙烯產(chǎn)品、循環(huán)碳四、碳四以上重組分等。該單元包括碳四緩沖罐、烯烴轉(zhuǎn)化進(jìn)料混合器、2臺OCT反應(yīng)器進(jìn)料處理器、烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器進(jìn)出料換熱器、烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器進(jìn)料加熱爐、2臺烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(一用一備)、乙烯回收塔、丙烯塔等。

在該單元中，烯烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器是核心設(shè)備，當(dāng)加熱爐失控、加熱爐出口溫度高、反應(yīng)器溫度高發(fā)生時，都會造成設(shè)備或催化劑的破壞，因此在每臺反應(yīng)器的4個不同催化劑床層分別設(shè)置了3個溫度檢測點(diǎn)，當(dāng)溫度高高時，關(guān)閉反應(yīng)器進(jìn)出口閥門，同時打開反應(yīng)器緊急泄壓閥，給反應(yīng)器降壓；同時切斷燃料氣供應(yīng)，隔離并給加熱爐降壓，用氮?dú)獯祾呒訜峁堋?/p>

2.5 再生氣系統(tǒng)單元

該裝置的處理器及反應(yīng)器內(nèi)的催化劑、吸附劑，使用一段時間后需要進(jìn)行再生操作。該裝置中共有2套再生系統(tǒng)，分別用于處理器的再生操作和反應(yīng)器的再生操作。處理器再生系統(tǒng)的設(shè)備主要有： 再生氣壓縮機(jī)、電加熱器、進(jìn)出料換熱器、循環(huán)水冷卻器等；反應(yīng)器再生系統(tǒng)設(shè)備主要為1臺再生氣加熱爐。

在該單元中需要保護(hù)加熱爐，當(dāng)加熱爐出口管線工藝氣溫度高高、加熱爐入口流量低低、主燃燒器燃料氣壓力高高或低低時，都須關(guān)閉主燃料氣切斷閥、打開泄放閥，避免加熱爐超壓。

3 聯(lián)鎖邏輯實(shí)現(xiàn)

3.1 安全儀表系統(tǒng)要求

該裝置的安全儀表系統(tǒng)(SIS)采用TRICON的三重化冗余、容錯控制系統(tǒng)[4]，該系統(tǒng)輸入輸出模件采用了三重化(TMR)結(jié)構(gòu)[5]，符合SIL3安全等級要求，同時帶光電或電磁隔離，帶故障診斷。SIS的安全聯(lián)鎖獨(dú)立于分散控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)置。

SIS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)分別設(shè)有工程師站和事件順序記錄(SER)站。工程師站主要用于SIS安全邏輯畫面的編輯、修改和組態(tài)，系統(tǒng)故障診斷、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測；另外還可以實(shí)現(xiàn)離線或在線組態(tài)、設(shè)置參數(shù)、下裝以及系統(tǒng)維護(hù)。SER站用于記錄SIS檢測到的各類過程事件，過程事件可以從SIS中檢索出來，然后用于在線查看，或者直接打印成文件，或者存儲到硬盤中方便今后分析。在該系統(tǒng)中工程師站和SER站可互為備用。

SIS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)中模擬量或數(shù)字量的輸入、輸出信號點(diǎn)數(shù)，是選擇SIS和I/O設(shè)備的主要依據(jù)。根據(jù)OCU裝置聯(lián)鎖邏輯的控制要求和功能，SIS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)見表1所列。

表1 SIS安全聯(lián)鎖系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計

在進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)配置時，考慮了15%～20%的余量，便于系統(tǒng)日后的修改或升級。SIS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 SIS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意

3.2 工藝操作旁路開關(guān)

根據(jù)工藝操作的要求，在輔助操作臺上設(shè)置了工藝操作旁路開關(guān)，采用硬接線方式接入SIS。在SIS操作員站和輔助操作臺上顯示、記錄旁路操作，提醒異常狀態(tài)。在旁路預(yù)訂時間到達(dá)時，發(fā)出報警提示。

3.3 儀表維護(hù)旁路開關(guān)

按聯(lián)鎖單元或聯(lián)鎖邏輯塊要求，對輸入條件設(shè)置了儀表維護(hù)旁路開關(guān)。儀表維護(hù)旁路開關(guān)采用軟旁路開關(guān)的方式，設(shè)置在SIS操作員站。通過SIS操作畫面將儀表維護(hù)旁路開關(guān)置位，并設(shè)置操作級別。當(dāng)儀表維護(hù)開關(guān)旁路時，設(shè)置允許旁路時間；當(dāng)允許旁路時間結(jié)束后進(jìn)行報警提示。當(dāng)儀表維護(hù)開關(guān)旁路未解除，則按照預(yù)設(shè)報警周期進(jìn)行報警，直到旁路解除。

另外在輔助操作臺上設(shè)置“允許旁路”開關(guān)，并通過硬接線進(jìn)SIS；在“允許旁路”開關(guān)有效的前提下，儀表維護(hù)旁路開關(guān)才能起作用。

3.4 輔助操作臺

在輔助操作臺上設(shè)置緊急停車按鈕和開關(guān)，采用硬線連接到安裝在中心控制室的SIS遠(yuǎn)程I/O單元的DI卡上，通過冗余安全網(wǎng)絡(luò)通信至現(xiàn)場機(jī)柜室內(nèi)的SIS控制器，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。

1)緊急停車按鈕、選擇開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、報警燈屏等，通過硬線連接到中心控制室SIS機(jī)柜。

2)緊急停車按鈕設(shè)置為雙位置型，標(biāo)識為紅色并帶有操作保護(hù)。

3)停車復(fù)位按鈕采用非保持型，標(biāo)識為綠色。

4)工藝操作旁路開關(guān)和“允許旁路”開關(guān)，設(shè)置為帶鎖式，標(biāo)識為黃色。

5)信號報警燈屏帶第一信號記憶型，并設(shè)有確認(rèn)、復(fù)位、屏蔽、測試按鈕。

3.5 聯(lián)鎖邏輯

在該裝置的聯(lián)鎖邏輯中，需要參與聯(lián)鎖的切斷閥、控制閥共161臺；參與聯(lián)鎖的泵、加熱器共24臺。設(shè)計的聯(lián)鎖邏輯數(shù)量共46個，其中整個裝置聯(lián)鎖邏輯有3個；碳四原料預(yù)處理單元聯(lián)鎖邏輯有8個；碳四選擇加氫單元聯(lián)鎖邏輯有4個；反應(yīng)精餾單元聯(lián)鎖邏輯有6個；烯烴轉(zhuǎn)換及分離單元聯(lián)鎖邏輯有19個；再生氣系統(tǒng)單元聯(lián)鎖邏輯有6個。

4 結(jié)束語

本文通過對OCU裝置工藝流程的介紹，分析了每個單元的聯(lián)鎖要求，利用TRICON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了SIS安全聯(lián)鎖邏輯設(shè)計。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況、工藝參數(shù)達(dá)到設(shè)定值、設(shè)備發(fā)生故障時，都可以觸發(fā)聯(lián)鎖動作，實(shí)現(xiàn)人身保護(hù)、環(huán)境保護(hù)、工廠和設(shè)備保護(hù)的功能。