石油化工乙烯esd控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析

1、石油化工屬流程工業(yè)具有高溫高壓易燃易爆等特征在生產(chǎn)中具有極高的危險性因此實現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定高效運行不僅是提高效益的關(guān)鍵而且對生產(chǎn)人員生產(chǎn)設(shè)備以及整個社區(qū)安全都十分重要.在新一輪乙烯改造中揚子石化選用了國際先進(jìn)的ESD(EmergencyShutdown緊急停車)系統(tǒng)實現(xiàn)裝置的安全控制.650kta乙烯擴建裝置ESD系統(tǒng)由兩個層次的方式構(gòu)成:裂解爐區(qū)壓縮區(qū)急冷區(qū)和公用工程區(qū)實現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)控制冷區(qū)和熱區(qū)的塔系統(tǒng)控制除要求實現(xiàn)聯(lián)鎖控制外還要

2、求實現(xiàn)SI(SafetyInstrumentedSystem)控制以確保裝置在發(fā)生電力循環(huán)水裝置或儀表系統(tǒng)等公共故障時火炬的排放量得到有效控制.原400kta乙烯裝置采用的是Honeywell公司的LM(邏輯管理器)系統(tǒng)對裝置進(jìn)行聯(lián)鎖控制因本輪改造經(jīng)費所限該部分沒有改為安全性更好的ESD系統(tǒng).一乙烯ESD系統(tǒng)的設(shè)計原則1.系統(tǒng)部分的設(shè)計原則(1)為確保裝置安全穩(wěn)定可靠地運行提高系統(tǒng)的運算速度在擴建的新區(qū)設(shè)計中采用兩套ESD系統(tǒng)分別控制兩

3、個重要的區(qū)域一套用于控制裂解爐區(qū)急冷區(qū)壓縮區(qū)加氫區(qū)和公用工程區(qū)另一套用于冷區(qū)和熱區(qū).(2)中央控制室(CCR)在原有控制室內(nèi)進(jìn)行擴容DCS在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴容US操作站與原系統(tǒng)保持統(tǒng)一.ESD系統(tǒng)主機安裝在新機柜(NRR)間裝在DCS輔操臺上的按鈕開關(guān)報警燈的控制采用遠(yuǎn)程控制站(RXM)控制遠(yuǎn)程控制站設(shè)在CCRCCR和NRR之間的通信由三冗余的光纜構(gòu)成.(3)為提高程序的掃描速率ESD系統(tǒng)內(nèi)部未設(shè)計第一事故報警程序區(qū)分第一事故的設(shè)

4、備選用美國Ronan公司的分體式報警器報警器的燈屏部分安裝在輔助操作臺上作為操作人員的一種人機界面控制部分安裝在機柜間.(4)本著安全高于控制的原則所有關(guān)鍵聯(lián)鎖檢測點采用先進(jìn)ESD系統(tǒng)再通過SMM(安全管理器模件)與DCS中的UCN(萬能控制網(wǎng)絡(luò))通信實現(xiàn)在US(通用操作站)上的數(shù)據(jù)顯示.(5)新區(qū)和老區(qū)分別設(shè)計SOE(事故順序記錄儀)站兩套ESD系統(tǒng)共設(shè)有4個SOE站各站間用以太網(wǎng)(Enter)相連.(6)重要的IO點全部選用熱備冗余

5、方式輸入卡全部選用光電隔離型非SIL(SafetyInterityLevel)級的輸出卡選用繼電器隔離或光電隔離型避免現(xiàn)場干擾信號的影響.(7)交流電源采用雙路方式供給電源模件一路電源經(jīng)UPS(不間斷電源)供給ESD電源主模件另一路市電電源供給ESD備用電源模件.24VDC電源因其容量很大分兩部分供給一部分供給現(xiàn)場儀表和繼電器報警燈屏以及按鈕開關(guān)的工作電源采用美國Acopian公司的冗余電源供給另一部分供給現(xiàn)場電磁閥工作的電源由配電所的

6、直流電源裝置供給.控制電磁閥的電源總線要選用鎧裝電纜額定功率不能超出其總功率的50%以避免電纜故障而造成大面積停車在乙烯老區(qū)曾發(fā)生過因聯(lián)鎖電源電纜漏電而導(dǎo)致裂解爐全線停車的事故.2.現(xiàn)場儀表的設(shè)計原則(1)SIS控制部分采用了SIL3級標(biāo)準(zhǔn)(SIL為美國ISAS84.01標(biāo)準(zhǔn)要求的安全等級)SIL3級ESD部分的檢測儀表一律采用2oo3(3選2表決)的方式檢測.如塔壓和循環(huán)水的測量都采用3臺變送器同時測量電網(wǎng)電壓采用3個電壓檢測器同時測

7、量壓縮機軸位移采用3個探頭和趨近器同時監(jiān)測等.3個檢測點的信號分別送入3個不同的三重化輸入模塊(TMR)由主處理器執(zhí)行3選2表決運算.(2)控制裂解爐透平泵的聯(lián)鎖和其他一些常規(guī)聯(lián)鎖則采用單臺檢測儀表信號被送入TMR型輸入模塊.(3)SIL3級緊急停車部分用于控制切斷閥門的電磁閥一律采用2個串聯(lián)方式設(shè)置以防止某一個電磁閥失效而造成聯(lián)鎖動作失效切斷閥上應(yīng)設(shè)置閥位變送器將閥位的準(zhǔn)確狀態(tài)及時反饋給控制室.(4)輸入ESD的測量儀表均獨立設(shè)置不與

8、控制回路合用無需分配器分配.(5)所有重要的切斷閥要求獨立設(shè)置切斷閥均采用密封等級高的球閥閥位開關(guān)信號由限位開關(guān)發(fā)出并傳送入DCS指示.(6)對于塔系統(tǒng)控制加熱源的切斷閥根據(jù)TEC(日本東洋工程公司)的計算采用調(diào)節(jié)閥與切斷閥合一的方法如圖1所示方案1.此方案要求閥的密封等級在5級(Class5)以上采用上述設(shè)計經(jīng)過TEC計算符合SIL3亮.FAULT燈亮只說明某一個分電路有故障并不說明模件失效模件的容錯功能使之能帶著某種故障繼續(xù)正常工作

9、.3503E能夠自測試STACKON(ON粘住測試)即在輸入回路中將一個開關(guān)閉合通過光電隔離回路讀入一個OFF值.測試時卡件內(nèi)置的微處理器讀入OFF值前的最后數(shù)據(jù)值在通信處理器中保持.3564為單點卡它只有一個輸入電路輸入到模件中的數(shù)據(jù)分成3路分別送入3個MP中具有STACKON及STACKOFF的檢測功能如發(fā)現(xiàn)錯誤在500ms后將輸入數(shù)據(jù)置為安全狀態(tài)由于TRICON是設(shè)計成故障安全型安全狀態(tài)為OFF.(2)DO卡(36643604E3

10、636R)所有DO卡均有3路完全隔離的輸出分電路3604E及3636R利用具有TRICON專利的四方表決器進(jìn)行表決.3664雙通道輸出卡在兩個輸出間進(jìn)行表決如一致輸出結(jié)果至現(xiàn)場不一致則輸出安全狀態(tài)為OFF.所有輸出卡具有OVD(OutputVoterDiagnostic)檢測功能即DO卡定期發(fā)出一個反狀態(tài)信號以檢測輸出分電路是否故障時間保證在2ms內(nèi)一般為500ms不會影響現(xiàn)場控制.所有輸出卡均具有STACKON及STACKOFF功能如

11、發(fā)現(xiàn)STACKOFF故障由于是故障安全型設(shè)計DO卡輸出保持故障狀態(tài)熱備卡不切換.3636R為繼電器型輸出卡.(3)通信卡(43294409)NCM(網(wǎng)絡(luò)通信模件)網(wǎng)卡(4329)支持的通信協(xié)議如表3所示.SMM卡(4409)是專門針對HoneywellTDC3000而設(shè)計使TRCION系統(tǒng)作為UCN網(wǎng)絡(luò)的一個子站與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信.功能如下:(a)傳送所有IO點至DCS(b)將所有TRICON系統(tǒng)報警信號傳送至DCS(c)與DCS進(jìn)行

12、所有Alias的讀寫(d)在DCS上對TRICON系統(tǒng)進(jìn)行診斷(e)在TDC3000上對TRICON系統(tǒng)進(jìn)行寫保護(hù)(f)與DCS時間同步(g)在DCS上作SOE(h)可作熱備通信.(4)遠(yuǎn)程機架通信卡(RXM)在同一個TRICON系統(tǒng)中如果相鄰兩個機架距離太遠(yuǎn)時可利用三重化遠(yuǎn)程機架通信卡進(jìn)行通信.(5)TRICONV9系統(tǒng)容量TRICONV9系統(tǒng)由一個主機架和最多14個擴展機架或14個遠(yuǎn)程擴展機架組成.最大系統(tǒng)是15個機架可支持總數(shù)為1

13、18個IO模件(控制點總數(shù)由各模件型號決定)并可通過通信卡與上位操作站Modbus主機Foxbo與Honeywell的DCS等設(shè)備通信.TRICONV9系統(tǒng)還具有在線修改程序的功能在修改過程中能保證系統(tǒng)控制不間斷并具有IO點的強制功能能根據(jù)現(xiàn)場改變變量值.三系統(tǒng)配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)配置乙烯裝置的控制區(qū)域有裂解爐區(qū)急冷區(qū)壓縮區(qū)熱區(qū)冷區(qū)汽油加氫區(qū)包含設(shè)備有4臺100kta裂解爐壓縮機反應(yīng)器精餾塔等接入ESD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型有DIDOAI.由

14、于IO點眾多數(shù)據(jù)類型復(fù)雜為確保系統(tǒng)的可靠性和運算速度設(shè)計上應(yīng)用兩套TRICONV9系統(tǒng)構(gòu)成整個裝置的ESD控制.考慮到控制機柜間和中央控制室距離比較遠(yuǎn)(相距800m)如將所有的操作開關(guān)及燈屏信號用信號電纜接入控制室勢必增大投資費用為此充分利用了TRICONV9系統(tǒng)的遠(yuǎn)程擴展功能將在中央控制室的操作信號接入遠(yuǎn)程機架再利用光纖將其與在遠(yuǎn)方的主機架連接實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信.因為遠(yuǎn)程機架的連接也是三重化的并且每個機架都采用了雙路光纖進(jìn)行通信所以保證了信