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安全仪表系统在汽油加氢装置的应用与安全性分析

文档作者：马科斌文档来源：中石饨澍南油田分公司南阳石蜡精细化工厂		点击数：	更新时间： 2021年03月04日
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化工tl动、化及一，仪表第40卷
安全仪表系统在汽油加氢装置的应用与
安全性分析
马科斌
(中石饨澍南油田分公司南阳石蜡精细化工厂，河南南阳473132)
擅要南阳石蜡精钾化工厂的汽油加氢装置工艺过程复杂，为高温、高压且临’氢撵作，工艺介质易燃、
易^爆。为确保摹王的安全、可靠争连续长周期运行，设置了一套独立的安全仪表系统，并对该系统的安
全性能进行了分析。
关麓词安全仪表系统联镊安全性能分析
中圈分类号T1189 文献标识码B 文章编号1000-3932(2013)014)094-03
中石化河南油田分公司南阳石蜡精细化工厂
是一家以燃料和润滑油(蜡)为产品的化工企业，
其中lo万t／a汽油加氢芳构装置薏该企业的重
要装置之一。其中主要设备约有50奢；其中反应
器两台、塔器3台、换热器14台、加热妒l台、压
缩机4台、泵类17台。．
该装置工艺过程复杂，为高温、高压且临氢操
作，工艺介质易燃、易爆，因此，实现生产装置的安
全、稳定、高效运行不仅是提高效益的关键，而且
对于生产人员、关键和重要设备(特别是反应部
分的高温、中压和临氢设备、压缩机组)的安全运
行十分重要。为此，企业选用一套独立的安全仪
表系统(SIS)来实现对装置的安全控制。
1 系统配置及联锁控铺方案
1．1系统规模及配置
经比对，该装置采用ICS Triplex公司的
Trusted TMR安全仪表系统。整个系统主要由一
个控制站、一个远程I／O机柜、一个工程师站、
一个显示操作站和一个辅助操作台组成。控制
站和工程师站放在现场机柜室，工程师站用于
调试组态和系统维护：同时还具有顺序事件的
记录(SOE)功能。远程I／O机柜、显示操作站和
辅助操作台均集中在联合控制室内，进行集中
操作、控制和管理。考虑到规场机柜室与联合
控制室的距离比较远(相距约700m)，二者之问
采用冗余铠装单模光纤进行连接。辅助操作台
内安装操作按钮和灯屏信号，使用信号电缆与
远程I／O机柜相连。
1．2主要联锁保护控制方案
本装置共设置了9套安全仪表联锁系统，主
要有紧急泄压安全仪表系统、反应迸料加热炉安
全仪表系统j、循环氢压缩机安全仪表系统、加氢进
料泵安全仪表系统以及新氢压缩机安全仪表系统
等。笔者就其中几种系统傲了简单介绍。
1．2．1 紧急泄压安全仪表系统
紧急泄压安全仪表系统的启动条件为：芳构
化反应器的热点温度接近设计温度，并有明显上
升趋势；设备发生严重事故或现场发生重大火灾。
发生上述情况时，由人工手动启动辅操台上的紧
急泄压按钮，打开紧急放空阀XOV20701放火炬。
该系统的联锁动作为：新氢压缩机零负荷。人
工判断是否停机；人工判断是否停循环氢压缩机；
加氧进j18I泵停车；停反应进料加热炉，关燃料气主
火嘴切断阗XCV20402。
1．2。2循环氢压缩机安全仪表系统
循环氢压缩机安全仪表系统的启动条件为：
压缩机入口分液罐液位高高；循环氢压缩机机身
故障；手动停循环氢压缩机。
该系统的联锁动作为：人工判断是否打开紧
急放空阀XOV20701，新氢压缩机零负荷(人工判
断是否停机)；加氢进料泵停车；停反应进料加热
炉，关燃料气主火嘴切断阀XCV20402(常明灯不
熄火)；停循环氢压缩机。
收稿日期：2012-05-29
万方数据
第1期马科斌．安全仪表系统在汽油加氢装置的应用与安全性分析95
1．2．3加氢进料泵安全仪表系统
加氢进料泵安全仪表系统的启动条件为：
0．3MPa／min紧急泄压；循环氢压缩机停机}加氢
进料泵机身故障；手动停加氢进料泵。
该系统的联锁动作为：停反应进料加热炉，关
燃料气主火嘴切断阀XCV20402；关闭泵出口切
断阀FV20201。
2安全性能分析
依据该装置SIL3级的要求，所选用的SIS系
统必须具有TUV的AK6级认证(TnV认证是德国
莱茵技术认证机构，该机构专门对电子产品的安
全性进行认证，对安全型控制系统的认证具有最
高权威性，TttV的AK6级标准对应于IEC和ISA
安全标准的3级)。经过技术交流和商务投标，最
后ICS Triplex公司的Trusted TMB安全仪表系统
中标，该系统中所有软硬件都通过了TtIV的AK6
级认证。
2．1处理器模块1"8110B
SIS系统采用的是Trusted TMR处理器
T8110B，该处理器采用基于步锁定同步的TMR
结构的容错设计。模块包括3个处理器故障限制
区(愆Kn每个处理器包括一个Motorola Power
Pc系列处理器和相关的存储器；每个处理器故障
限制区(FCR)通过3取2表决读访问其他两个处
理器敝障限制区的内存系统以消除系统的偏差操
作。模块的3个处理器同时保存与执行应用程
序，扫描和更新I／O模块，并且检测系统故障。每
个处理器单独地执行应用程序，但始终与其他两
个处理器处于步锁定同步。如果3个处理器中的
一个出现偏离，额外的机制将允许故障的处理器
与其他两个处理器重新同步。
2．2 I／O模块
每个I／O模件内有3个独立的分电路，输入
模块的每个分电路读入过程数据并将此信息送至
各主处理器。3个主处理器可利用其专有的高速
三重化总线进行相互间的通信。每扫描一次，3
个主处理器便通过三重化总线与其相邻两个主处
理器进行通信，达到同步；同时三重化总线可对数
字输入数据进行表决、对输出数据进行比较，并将
模拟输入数据进行复制、送到每个处理器，主处理
器执行各种控镪算法，并将运算输出值送到各输
出模件。除了表决输入数据外，还表决输出数据。
输出数据的表决在输出模件中完成，这样可使其
尽可能与现场靠近，并对三总线表决与驱动现场
的最终输出间可能发生的任何错误进行检测和补
偿。整个系统连续、高速地进行上述操作，实现快
速的闭环数据处理。如果系统中发生一个内部故
障，这个故障将通过表决器被限制。系统中广泛
分布的表决芯片确保系统中任何内部故障都不会
传播到程序处理过程中，并且能够准确地指出系
统内部的故障位置。所有的内部通信都由接收电
路进行通信校验，整个系统的单点故障不会造成
系统误停车或拒停车。
2．3现场仪表
该系统的检测单元和执行单元的现场仪表设
备与DCS控制系统分开，独立设置，供电由SIS安
全系统提供。
2。3．1检测单元
SIS系统现场变送器采用具备自诊断功能、
能够检测到变送探头或电子元件故障的3051系
列智能型变送器。通过编程组态，当检测到故障
时变送器内部选择开关使变送器的故障输出方式
设定为与联锁相反的方向，对于高联锁采用低输
出信号，即4mA(DC)；对于低联锁采用高输出信
号，即20mA(DC)。与此同时，启用变送器的写保
护功能，有效防止近程误操作。检测仪表一律采
用3选2表决的方式进行检测，如循环氢压缩机
入口分液罐液位、压缩机润滑油总管压办及加热
炉$201常明灯阻火器前压力等都采用3台变送
器同时测量，3个检测点的信号分别进入SIS系统
3个不同的三重化输入模块。由主处理器执行3
选2表决运算。一些常规联锁则采用单台检浏仪
表，信号被送入SIS系统输入模块，如加热炉F201
燃料气入口总管压力低低限联锁。采用变送器代
替压力开关，有效改善了压力开关动作不灵敏的
弊病。同时利用通信，较好地实现了信号在DCS
控制系统上显示。采用P十F公司的KFD2-UT2．
EXl温度变送器型安全栅，将温度信号转换为4
～20ma信号，既满足了安全控制的要求，又实现
了信号的标准化转换。降低了系统的故障率。．
2．3．2执行单元
输出模块设置为故障安全型，当系统出现故
障时输出保持原值不动。重要的切断阀均独立设
置，采用密封等级高的球阀，控制信号由SIS系统
发出。一般联锁的切断阀采用调节阀与切断阀合
二为一的方式，SIS系统的控制信号控制电磁阀
(下转第101页)
万方数据
第1期房树萍．上海LNG接收站的监测和控制系统101
阀以确保安全停车，电磁阀常励磁常通，即失电排
气。当停车条件满足时，由SIs控制系统同时发
出两个DO联锁信号，与此同时DCS亦廊该调节
阀发出4—20mA模拟信号，以确保安全联锁阀门
动作。通过阀门智能定位器和HART协议转换
器，将现场信号转换成4—20mA模拟信号和触点
信号，将阀门运行状态和故障诊断的数字信号及
时上传到DCS监控系统。将阀门的反馈信号与
DCS输出控制信号进行比较，发出偏差报警，DCS
获得调节周异常和故障诊断报警信息。
1．2．3压力泄放设施
压力泄放设旌用于事故或非正常工况时依靠
入口静压力打开泄压，防止设备或管道内部流体
压力超过一定值，也可用于防止内部过大的真空
度，所以压力泄放设施不仅是一个不可再关闭的
压力泄放阀，也是一个真空泄压阀。在本项目所
有的压力容器都安装了压力泄放阀PSV及真空
安全阀VSV等机械装置作为终防护装置，在紧急
情况时PSV将气体排放到安全的位置，使设备免
于承受过压。
在本项目中LNG储罐安装了74台PSV，在紧
急情况时保护储罐使其免于承受过压，将过压气
体直接排出，释放到大气中；还在LNG储罐安装
了4台真空安全阀VSV，VSV将空气抽入LNG储
罐圆顶空间中，以防止储罐内部过大的真空度。
在码头LNG排放罐、再冷凝器、高压输出泵、IFV、
SCV、BOG压缩机暖人罐及BOG压缩机等压力容
器上也安装压力释放阀PSV，防止设备葸压，使其
免于承受过压。一般情况下，EsD系统不会控制
机械压力释放设备的要求。
1．3 SCADA系统
输气管线的末站、阀室和清管发送站通过
SDH／CDMA数字徽渡方式组成了基于网络的
SCADA系统，并在控制中心通过OPC—SIOS将
SCADA系统接入DCS系统，与接收站控制系统构
成两个相对独立的系统。操作界面完全统一，通过
监控和操作web browser人机界面，实现终端、输
气管线和接收站控制系统问更好的衔接。
1．4 LNG电信辅助安全系统
LNG电信辅助安全系统包括：
a．广播系统PAGA。主要为火灾和气体紧
急报警服务，及时通告接收站突发状况，以便操作
人员采取措施。
b．电视监控系统CCTV。本接收站建立一
套工业电视监控系统，用于监视本接收站内设备
和设施的安全运行，并对接收站内外的状况进行
监视和录像，便于监控和处理突发事件，保证接收
站的安全运行。
c．火灾自动报警系统FA。接收站建筑物内
设置—套火灾自动报警系统，当建筑物内发生火
灾时，探测器将检测信号传输至控制盘进行声光
报警，火警控制盘上将根据预先设定程序启动消
防及水喷雾系统。
d．门禁系统AC。所有进出厂区的人员莉卡
进出，读卡器将门卡信息上传到门房的Pe机上
进行显示并保存。
2结束语
由于本项目采取了正常工况下和非正常工况
下危险物料安全控制工艺措施，生产自动化水平
较高，在日常运行时不可能出现爆炸危险气体混
合扬，即使出现也仅为短时阊存在，又由于LNG
接收站『{四面环海，通风情况良好，爆炸危险气体混
合物不可能长时间存在。从2009年开始对上海
供应天然气至今，本控剑系统运行稳定，未出现过
工况及设备异常，完全满足安全生产要求，此系统
也将会得捌更加广泛姐应用。
(上接第95页)
的动作，OCS系统控制阀门的开度，阀门定位器采
用ABB公司的TZID．C智能阀门定位器。电磁阀
工作电压选用24v(DC)，为避免电缆的压降造成
电磁阀出现工作电压过低的情况，现场电磁阀采
用ASCO公司低功耗型。此类电磁阀功耗仅为
1．4W，适合远距离使用。所有电磁阀均采用单控
型，正常情况下得电励磁，故障时失电动作。联锁
回路及其他与电气配电室相关的用于机泵开／停
控制的信号用中间继电器隔离，其励磁方式设计
成故障安全型。
3结束语
南阳石蜡精细化工厂汽油加氢装置自建成投
产一年以来，SIS系统的使用大大提高了装置的
安全可靠性，使装置实现了安全、稳定、高效的运
行，避免了不必要的装置停车故障，保证了企业的
经济利益，同时确保了工人的人身安全。

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