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案例详细
标题聚酯装置热媒系统的安全控制设计
技术领域仪器仪表
行业
简介本文介绍了聚酯装置的热媒系统工艺流程，并从安全仪表系统（SIS）角度分析了其中安全控制的逻辑联锁方案。
内容







刘井燕（1971-）

女，北京人，高级工程师，工学学士， 1993年毕业于北京化工学院生产过程控制自动化专业，在中国纺织工业设计院从事工程设计工作，现在职攻读安全工程硕士。

摘要：本文介绍了聚酯装置的热媒系统工艺流程，并从安全仪表系统（SIS）角度分析了其中安全控制的逻辑联锁方案。

关键词：聚酯装置；热媒系统；安全控制

Abstract: The paper introduces the process of HTM system for PET plantand describes the
 security control therein based upon SIS.

Key words: PET Plant; HTM System; Security Control

1 安全仪表系统（SIS）设计原则

    石油化工装置相关设备进入故障状态运行，将会导致危险可能发生。安全仪表系统（SIS）逻辑应按故障－安全方式设计。顾名思义，“故障－安全”中的“故障”是指装置安全仪表系统（SIS）相关设备发生故障，它分为两类：显性故障（overt fault）和隐性故障（covert fault）[1]。

    显性故障

    指能够显示自身存在的故障。如系统断电、控制系统卡件故障等，故障会立即被检测出并产生状态报警，在经预设判断确定不能保证完成安全功能时，系统会执行停车动作，使装置处于安全状态。

    隐性故障

    指不能显示自身存在的故障，即不对危险产生报警，并允许危险发展的故障。隐性故障是一种危险的故障，隐性故障一旦出现，系统将因故障的存在而无法动作，使生产装置陷入危险的境地。例如系统因常闭触点“粘连”不能正确打开、执行元件如球阀处于“抱死”状态不能关闭，安全仪表系统（SIS）联锁停车却动作不了等，后果不堪设想。

    显性故障不影响SIS的安全性，但影响系统的可用性；隐性故障则反之。

    安全仪表系统（SIS）重要目标之一是减少隐性故障。检测元件、执行元件是隐性故障的重灾区，这对检测元件、执行元件的设计提出了明确要求：

    (1) 逻辑设计时输入输出信号常开、常闭的选择应以减少故障，尤其将隐性故障减少到最小为原则。

    (2) 电源故障时应为安全状态。

    如果执行元件为电磁阀，安全仪表系统（SIS）输出至电磁阀的开关量信号应为常闭（NC）信号，使得电磁阀处于常带电（励磁）状态，保证故障时电磁阀失电，相应安全保护动作执行，使受控设备处于安全状态。

    (3) 气源故障时应为安全状态。

    当执行元件为气动控制阀时，阀门在选型时即考虑当气源故障时，阀门将回到令工艺安全的阀位（全开或全关）。

2 聚酯装置热媒系统工艺流程

    热媒是给整个聚酯生产装置提供热量的导体。

    聚酯装置的热媒系统包括一次热媒、二次热媒。

    由热媒站供给整个装置的330℃热媒称为一次热媒。装置中不同设备、管线有不同的温度要求，相应设置各自的加热回路，称为二次热媒。

    聚酯装置中除第一、二酯化反应器夹套及汽相管、第一预缩聚反应器夹套及缩聚系统汽相管路使用汽相热媒供热外，包括酯化、第一预缩聚反应器内盘管在内的五台反应器、乙二醇分离塔、乙二醇蒸发器等设备、反应器间的物料夹套管等采用液相热媒加热、保温。

    由热媒站送来的每个二次热媒都有各自的温度调节回路，液相回路通过调节一次热媒的补充量来改变二次热媒加热的温度，汽相回路通过调节一次热媒的流量来调节汽相热媒温度，从而控制反应的温度，实现不同的温度控制要求。各温度调节回路的二次热媒汇集送回热媒站加热升温，循环使用。以第一酯化反应器的温度控制为例。如图1所示。

                         图1   第一酯化反应器温度控制

    一次热媒系统由热媒炉、热媒泵以及热媒总管和热媒膨胀槽组成。如图2、图3所示。

    一次热媒系统是一个完整的闭合循环回路，热媒通过热媒泵从热媒炉顶部进入炉内盘管，加热并从炉底输出进入热媒总管。热媒供聚酯装置总管温度设计控制在330℃左右，一次热媒系统回路上设有热媒膨胀槽23-T01（设置在聚酯装置的最高点），以补偿热媒在循环回路中由于温度变化所产生的热膨胀或收缩，保证一次热媒系统正常稳定运行，同时热媒膨胀槽23-T01对二次液相热媒系统用户的循环管路具有脱气、脱水的作用。在一次热媒循环系统供、回总管之间设有差压控制回路PdIC-50004，用来控制总管传热热媒的流动压差，以确保一次热媒系统的供给流量，从而完成一次热媒系统与二次热媒系统之间的热量传递。

    另外设置液相热媒低点收集槽23-T02用于收集设备管线检修时排放的液相热媒，当某个二次回路的热媒需要排放时，先收集在23-T02中，再用泵送回热媒站；及汽相热媒收集槽23-T03用于收集汽相热媒排放。

    紧急情况时，一旦热媒膨胀槽23-T01压力不能维持，联锁停热媒炉，加热系统将停止运行，须停止进料，开始停止反应并排废。

                        图2   一次热媒系统（热媒膨胀槽部分）

                        图3   一次热媒系统（热媒炉、热媒泵部分）

3 热媒系统中的安全控制设计

(1) XV-23007

    热媒膨胀槽23-T01的作用是维持循环系统的恒定压力。

    ①工艺方案

    管道2502伸至23-T01内部，若压力升高，则自管内溢流到23-T01内部；若压力下降，则经由XV-23007自动补充。因此，XV-23007起定压作用。

    ②XV-23007状态

    正常时，由于其定压作用，∴XV为阀开(open)；此时，气路畅通，但被电磁阀切断。

    气源故障时，XV为阀开(open)，因为阀设计时即为F.O.，考虑到安全状态；此时，气路断。

    紧急情况时，XV为阀关(close)，ZS/C信号送热媒站停炉；此时，气路通，通过HS-23006，令电磁阀得电开启，气源到达膜头，阀门关闭。

(2) 热媒炉联锁停炉信号回路分析                     

    原则：安全栅的relay应为常带电（energised）状态

    测量控制回路图如图4所示。

                                  图4-a

                                  图4-b

                                  图4-c

                                  图4-d

(3) F.O.（Failure Open）阀的正∕反作用确定

    原则：①满足控制的要求

          ②符合工艺人员手动操作时的感性认识

    例：PdV－50004

        Pd上升→需PdV阀开度加大        

    ∵ PdV为F.O.，即气关，气信号增加→PdV阀开度减小

    ∴ Pd上升→需气信号下降→PdV阀开度加大，即反作用；

    方法：将控制点的作用方向设为反作用，以满足自动控制时的信号要求。

    问题：手动时，因为是气关阀，零信号时，阀为全开，∴给20％的输出信号时，阀杆会停在80% 的位置，即信号上升→阀门开度减小，不符合人的感性认识。

    方法：将控制点的作用方向仍然设为正作用，而在AO点的组态中，将Set Details项设为Reverse Output。

    如此，即可同时满足①&②原则。

4 结束语

    热媒系统的正常运行是整个聚酯生产装置至关重要的部分，应当从工艺、控制、操作等各个细节完善其安全控制设计。

参考文献

[1] 李胜利，卢金芳.石油化工装置安全仪表系统的设计[J].石油化工自动化，2007(2):18-22.