自動(dòng)化儀表在石油化工發(fā)展中的作用

周俊成

摘要：安全儀表系統(tǒng)是獨(dú)立完成工藝裝置安全保護(hù)的聯(lián)鎖系統(tǒng)。對于操作工況為臨氫、高壓、高溫，介質(zhì)易燃、易爆的汽油加氫脫硫裝置，要確保安全生產(chǎn)就必須設(shè)置安全儀表系統(tǒng)。正確設(shè)計(jì)安全儀表系統(tǒng)，使其對裝置可能出現(xiàn)的各類危險(xiǎn)狀況都能采取有效的聯(lián)鎖動(dòng)作予以控制，是汽油加氫脫硫裝置自控設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。本文就自動(dòng)化儀表在石油化工發(fā)展中的作用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化儀表;石油化工;應(yīng)用研究;化工裝置

汽油加氫脫硫裝置單元分為選擇性加氫部分和加氫脫硫部分。本裝置連續(xù)監(jiān)測控制主要采用分散控制系統(tǒng)（DCS），并根據(jù)工藝要求及安全等級設(shè)置用于緊急停車及安全聯(lián)鎖的安全儀表系統(tǒng)（SIS），保證關(guān)鍵和重要設(shè)備安全、可靠、連續(xù)長周期的運(yùn)行，保證生產(chǎn)人員及設(shè)備的安全。[1]安全儀表系統(tǒng)（SIS）用以完成裝置自保聯(lián)鎖。該系統(tǒng)獨(dú)立于DCS設(shè)置，采用冗余、容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的可編程邏輯控制器，具有事件順序記錄（SOE）功能。為提高系統(tǒng)的安全性，裝置的SIS系統(tǒng)采用故障安全型。SIS系統(tǒng)輸入設(shè)置軟旁路開關(guān)（BYPASS），提高SIS系統(tǒng)靈活性和維護(hù)的方便性。

1安全儀表系統(tǒng)概述及操作

汽油加氫脫硫裝置設(shè)置SIS控制系統(tǒng)，它采用Honeywell公司SM系統(tǒng)，由控制器、工程師站、操作站、遠(yuǎn)程I/O和附屬設(shè)備等組成。SM系統(tǒng)是美國Honeywell生產(chǎn)的安全控制系統(tǒng)，它采用四重化冗余容錯(cuò)控制技術(shù)的硬件平臺和專業(yè)軟件包。

安全儀表系統(tǒng)（SIS）在生產(chǎn)裝置的開車、停車階段，運(yùn)行擾動(dòng)以及維護(hù)操作期間，對人員健康、裝置設(shè)備及環(huán)境提供安全保護(hù)。無論是生產(chǎn)裝置本身出現(xiàn)的故障危險(xiǎn)，還是人為因素導(dǎo)致的危險(xiǎn)以及一些不可抗拒因素引發(fā)的危險(xiǎn)，SIS系統(tǒng)都應(yīng)立即作出正確反應(yīng)并給出相應(yīng)的邏輯信號，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車，阻止危險(xiǎn)的發(fā)生和事故的擴(kuò)散，使危害減少到最小。在正常工況時(shí)，它始終監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行，系統(tǒng)輸出不變，對生產(chǎn)過程不產(chǎn)生影響，非正常工況下時(shí)，它將按照預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車[2]。

2 汽油加氫脫硫裝置中的主要安全儀表系統(tǒng)

2.1控制方案概況

該裝置控制方案根據(jù)工藝過程及流程需要設(shè)置，多數(shù)控制回路為單回路控制，即可滿足控制質(zhì)量。根據(jù)工藝過程和控制工程原理，設(shè)置了串級控制、分程控制等復(fù)雜控制回路。

①加熱爐控制方案

R-202入口溫度與燃料氣流量串級，以更好地克服燃料氣壓力波動(dòng)對溫度的影響，并設(shè)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)和燃料氣壓力低限報(bào)警。為控制加熱爐的燃燒效率，設(shè)氧化鋯氧含量分析儀。

②原料油緩沖罐控制方案

由于催化汽油含有烯烴，防止烯烴氧化，原料不能接觸氧氣，原料油緩沖罐采用

H2密封，采用壓力分程控制，分別控制密封H2和放空H2。

③隔離切斷閥

裝置中容積大于16m?、閃電低于28℃的容器出口設(shè)置了隔離切斷閥，用于緊急情況的物料隔離，防止事故擴(kuò)大。

2.2 控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要安全技術(shù)措施

現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)均選用先進(jìn)可靠的產(chǎn)品。DCS控制器、電源單元、通訊網(wǎng)絡(luò)、控制類I/O卡等都采用冗余配置。自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的UPS。裝置的SIS系統(tǒng)及機(jī)組控制系統(tǒng)采用三重冗余的安全儀表系統(tǒng)。系統(tǒng)檢測元件根據(jù)有關(guān)規(guī)范設(shè)置。用于機(jī)柜室和中心控制室的通訊連接光纜采用冗余方式，并在不同的路徑敷設(shè)，提高通訊線路的安全。

3 壓縮機(jī)機(jī)組儀表及控制系統(tǒng)隨設(shè)備成套供應(yīng)。

汽油加氫脫硫裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)主要由選擇性加氫反應(yīng)器流量低低聯(lián)鎖系統(tǒng)、反應(yīng)器床層溫度高高聯(lián)鎖系統(tǒng)、選擇性加氫反應(yīng)器泄壓聯(lián)鎖系統(tǒng)、加氫脫硫工段泄壓聯(lián)鎖系統(tǒng)、加氫脫硫工段停車聯(lián)鎖系統(tǒng)、循環(huán)氫壓縮機(jī)停車聯(lián)鎖系統(tǒng)、反應(yīng)加熱爐熄爐聯(lián)鎖系統(tǒng)、新氫壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)等組成[3]。

3.1 選擇性加氫反應(yīng)器流量低低聯(lián)鎖系統(tǒng)

由于閥位不當(dāng)或者由于催化裂化裝置異常，導(dǎo)致選擇性加氫反應(yīng)器的HC流量很低（低至10～20%），而氫氣流量正常（100%）。在發(fā)生該事故時(shí)，HC和氫氣未按比率控制，使得氫氣大量過剩，烯烴大部分被飽和，由此導(dǎo)致大量放熱。由于高溫及很低的空速，芳香族化合物很可能開始發(fā)生加氫反應(yīng)。最后，由此產(chǎn)生的放熱和溫度導(dǎo)致超過容器的機(jī)械極限，反應(yīng)器床層發(fā)生飛溫，甚至引起反應(yīng)器破裂。反應(yīng)器的破裂會導(dǎo)致其內(nèi)容物（即氫氣和汽油的混合物）釋放到大氣中。汽油中的一些組分的自燃溫度（200～210°C）會導(dǎo)致釋放的流體很可能被立即點(diǎn)燃，使反應(yīng)器發(fā)生局部火災(zāi)，強(qiáng)度隨反應(yīng)器壓力的下降而下降。若操作員在發(fā)生該事故時(shí)不采取任何措施，上述情況將在20～30分鐘內(nèi)出現(xiàn)。由于后果嚴(yán)重，以低流量檢測為基礎(chǔ)切斷氫氣補(bǔ)給對裝置安全來說非常重要。

3.2 加氫脫硫工段停車聯(lián)鎖系統(tǒng)

當(dāng)加氫脫硫反應(yīng)器或加氫精制反應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)器床層飛溫的事故，若處理不夠及時(shí)，會導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)受到破壞，反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備造成損傷，高壓法蘭高溫變形泄漏等，甚至造成反應(yīng)器大面積堆焊層剝離和堆焊層熔敷金屬裂紋和破壞現(xiàn)象。一旦此事故發(fā)生，不但會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)l(fā)生汽油及氫氣大量泄漏而閃爆、著火等重大安全事故。如果循環(huán)氫壓縮機(jī)出口流量過低，不能及時(shí)的帶走反應(yīng)器內(nèi)多余的熱量，致使反應(yīng)器床層熱量大量堆積，同樣會發(fā)生上述事故。因此，以低流量、高溫度檢測為基礎(chǔ)進(jìn)行HDS工段停車處理對裝置安全來說至關(guān)重要。

3.3選擇性加氫反應(yīng)器泄壓聯(lián)鎖

當(dāng)選擇性加氫工段發(fā)生超壓、大量泄漏甚至發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若不及時(shí)采取泄壓措施，會進(jìn)一步擴(kuò)大事故發(fā)生，不但致使設(shè)備損壞，更會威脅到操作人員的人身安全。故在現(xiàn)場和控制室內(nèi)安裝緊急泄壓按鈕是非常必要的。此泄壓聯(lián)鎖是泄壓速度為0.7MPa/min，能迅速泄掉壓力，從而控制事故的發(fā)展。0.7MPa/min緊急泄壓由操作人員根據(jù)裝置發(fā)生突發(fā)事故的危害程度，人工判斷是否啟動(dòng)。

3.4 加氫脫硫工段泄壓聯(lián)鎖

當(dāng)加氫脫硫工段發(fā)生超溫超壓、高壓竄低壓、大量泄漏甚至發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若不及時(shí)采取泄壓措施，會進(jìn)一步擴(kuò)大事故發(fā)生，不但致使設(shè)備損壞，更會威脅到操作人員的人身安全。尤其加氫脫硫工段系統(tǒng)中氣體含有大量硫化氫，如若發(fā)生泄漏，危險(xiǎn)性極高。故在現(xiàn)場和控制室內(nèi)安裝緊急泄壓按鈕是非常必要的。此泄壓聯(lián)鎖是泄壓速度為0.7MPa/min，能迅速泄掉壓力，從而控制事故的發(fā)展。0.7MPa/min緊急泄壓由操作人員根據(jù)裝置發(fā)生突發(fā)事故的危害程度，人工判斷是否啟動(dòng)。

3.5循環(huán)氫壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

循環(huán)氫壓縮機(jī)為汽油加氫脫硫裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備，它提供反應(yīng)所需的氫氣（循環(huán)氫+新氫）量，同時(shí)循環(huán)氫亦可帶走反應(yīng)器內(nèi)多余熱量，若循環(huán)氫壓縮機(jī)出現(xiàn)故障或停機(jī)，導(dǎo)致反應(yīng)器床層熱量大量堆積，此時(shí)應(yīng)該立即停止加氫脫硫工段的進(jìn)料并熄滅反應(yīng)加熱爐，從而防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，這些將由循環(huán)氫壓縮機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖和循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖來完成。

3.6 反應(yīng)加熱爐熄爐聯(lián)鎖系統(tǒng)

反應(yīng)加熱爐是加氫脫硫工段的重要設(shè)備，保證爐出口溫度的穩(wěn)定是保證反應(yīng)器能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一。

4 結(jié)論

安全儀表系統(tǒng)在石化企業(yè)投用運(yùn)行后，可用性和可靠性明顯提高，運(yùn)行穩(wěn)定，聯(lián)鎖回路不存在聯(lián)鎖不足及誤跳車等問題。該安全儀表系統(tǒng)用以檢測生產(chǎn)裝置的運(yùn)行情況，對出現(xiàn)的異常情況能立即進(jìn)行處理，以避免事故的發(fā)生，減少事故發(fā)生后給設(shè)備、人員和環(huán)境造成危害，從而使危險(xiǎn)降低到最低程度。能在非正常工況下，按照預(yù)先設(shè)計(jì)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，使生產(chǎn)裝置安全聯(lián)鎖或停車。

參考文獻(xiàn)：

[1]王若靜.淺析自動(dòng)化儀表在石油化工發(fā)展中的應(yīng)用[J].化工管理，2020（08）：155-156.

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