加氫裝置安全儀表系統設計

楊 萌，王 博

加氫裝置安全儀表系統設計

楊 萌1，王 博2

（1.中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧 撫順 113006； 2.中國石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113006）

通過介紹自控安全儀表系統的設置原則，討論加氫裝置工藝聯鎖的自控實施方案。

加氫裝置；安全儀表系統；聯鎖

前加氫裝置的反應是在高溫、高氫分壓下操作的，而且加氫反應為放熱反應，在熱量排出的過程中易產生溫升，嚴重時造成“飛溫”，使催化劑和設備遭到損壞，甚至造成人員傷亡和重大經濟損失?？紤]到加氫裝置是煉油廠易燃易爆危險裝置，加氫裝置的安全生產顯得特別重要。

為此，設計一套完整可靠的安全聯鎖系統非常重要。

在正常生產時 ，工藝過程由DCS實現操作和監視。異常情況下，加氫裝置的重要工藝操作變量超限、聯鎖條件具備，將通過安全聯鎖系統SIS（S afety Interlock System）自動啟動相關設備的緊急情況聯鎖，使設備和閥門進入安全位置，保證裝置進入安全處理過程[1]。

1 裝置主要工藝聯鎖

1.1 裝置緊急泄壓聯鎖

當加氫裝置反映出現嚴重超溫、設備故障（循環氫壓縮機、新氫壓縮機、DCS控制系統等關鍵設備）、突發事件等情況時，操作工可通過操作緊急泄壓按鈕，打開緊急泄壓閥進行緊急泄壓及聯鎖停相關設備包括切斷加熱爐進料，視情況手動停反應進料泵。

1.2 反應進料加熱爐停爐聯鎖

反應進料加熱爐入口流量低低、反應進料加熱爐出口溫度高高、燃料氣壓力低低、反應進料泵停泵聯鎖、緊急泄壓聯鎖、循環氫壓縮機停機聯鎖、爐子內部聯鎖等造成反應進料加熱爐停爐聯鎖。同時在反應進料加熱爐附近設置現場停爐開關，以便在現場發生意外情況時可以在現場停反應進料加熱爐。

1.3 反應進料泵停泵聯鎖

反應進料泵油壓低低、反應進料泵定子溫度高高、反應進料泵入口切斷閥關閉、原料油緩沖罐液位低低、緊急泄壓聯鎖將啟動反應進料泵停泵聯鎖。

1.4 循環氫壓縮機安全聯鎖

循環氫壓縮機內部信號聯鎖、循環氫壓縮機入口分液罐液位高高、循環氫壓縮機入口、出口切斷閥關閉等會造成循環氫壓縮機停機聯鎖。

1.5 新氫壓縮機安全聯鎖

新氫壓縮機一級、二級及三級分液罐液位高高、機組潤滑油壓低低、壓縮機內部聯鎖均會造成新氫壓縮機聯鎖停機聯鎖。

1.6 熱高壓分離器、冷高壓分離器液位低低聯鎖

熱高壓分離器、冷高壓分離器液位低低聯鎖自動關閉熱高分離器、冷高壓分離器油相出口控制閥。

2 裝置主要工藝聯鎖安全度等級

由于加氫裝置的裝置特點，國內目前對新建的加氫裝置進行危險性進行HAZOP分析，確定回路的安全度等級（SIL）。某加氫裝置經過分析后確定的主要聯鎖安全度等級如下表1。

表1 國內某加氫裝置主要聯鎖安全度等級Table 1 Main interlock safety level in certain domestic hydrogenation unit

3 安全儀表系統的設置

3.1 安全儀表系統的相關概念

安全儀表系統：用儀表實現安全功能的系統。系統包括傳感器、邏輯運算器、最終執行元件及相應軟件。

安全度等級（SIL）定義：用于描述安全儀表系統安全綜合評價的等級。

3.2 安全儀表系統的設置原則

按照《石油化工安全儀表系統設計規范》SH/T3018-2003的要求，傳感器、邏輯運算器、最終執行元件原則如下。

3.2.1 傳感器設置原則

1級安全儀表系統傳感器與過程控制系統共用，可采用單一的傳感器，應由安全儀表系統供電；2級安全儀表系統傳感器宜與控制系統分開，宜設置冗余的傳感器，在考慮系統的安全性時應采用“或”邏輯結構，在考慮系統的可用性時應采用“與”邏輯結構。

不宜采用信號分配器，將模擬信號分別接到安全儀表系統和過程控制系統。

安全儀表系統的傳感器宜采用隔爆型。

3.2.2 最終執行元件設置原則

最終執行元件是安全儀表系統的切斷閥，與過程控制系統共用的切斷閥或電動閥。氣動控制閥或切斷閥均應帶安全儀表系統控制信號的電磁閥。

1級安全儀表系統最終執行元件可與過程控制系統共用，可采用單一的閥門；2級安全儀表系統最終執行元件宜與控制系統分開，宜設置冗余的閥門，如采用單一的閥門配套的電磁閥宜冗余設置。電磁閥在重點考慮系統的安全性時宜采用與邏輯結構，在重點考慮系統的可用性時應采用或邏輯結構。電磁閥應采用長期帶電型，電磁閥電源應由安全儀表系統提供。

安全儀表系統的電磁閥宜采用隔爆型。

3.2.3 邏輯運算器設置原則

1級安全儀表系統邏輯運算器宜與過程控制系統分開，采用單一的邏輯運算器；2級安全儀表系統邏輯運算器應與過程控制系統分開，宜采用冗余或容錯的邏輯運算器，其中中央處理單元、電源單元、通訊系統應冗余配置，輸入/輸出模塊宜冗余配置。

4 加氫裝置實際應用

在設計加氫裝置安全儀表系統時，遵循以上設置原則。

加氫裝置是煉油廠中易燃易爆的危險裝置，安全儀表系統獨立于過程控制系統，避免控制功能和安全功能同時失效，同時過程控制系統的操作不會影響安全儀表系統。目前加氫裝置均采用獨立的 S IS系統作為安全儀表系統，采用微處理機技術的冗余容錯系統。SIS系統通過TUVAK5/6認證，符合I EC61508（SIL3）的風險分析。SIS系統的設計是故障安全型的，系統內發生故障時，能夠按照故障安全的方式停機。系統的可用率不低于99.999%。

在SIS上的聯鎖邏輯上，為方便現場檢測儀表的檢修更換、試驗以及裝置不正常后某些特殊情況下取消某些變量聯鎖，對于現場開關量及模擬量的輸入設置輸入旁路開關。但不應影響報警信號的產生。發生自動聯鎖以外的緊急情況時，對于每套聯鎖設置手動聯鎖，為防止誤操作，手動聯鎖設置帶罩的按鈕。

聯鎖設計中有自鎖措施。當聯鎖變量達到聯鎖報警值時聯鎖啟動，當聯鎖變量恢復到正常值時，不能自動解除。聯鎖設計中設置復位（RESET）按鈕，用于解除自動聯鎖。

安全儀表系統的檢測元件及執行元件按具體情況設置。安全儀表系統及安全儀表系統的檢測元件和最終執行元件的設計采用故障安全型設計。例如：用于安全聯鎖的開關在工藝正常時為閉合的，在工藝聯鎖發生時是斷開的；用于安全聯鎖的電磁閥正常時為勵磁的、斷電聯鎖電磁閥處于非勵磁狀態。輸入旁路開關、手動聯鎖開關采用常開觸點（開關連線斷開時，不會導致連鎖輸入信號被旁路）。

加氫裝置關鍵部位的檢測元件均采用三取二方式。例如，在反應進料泵聯鎖中原料油緩沖罐液位低低聯鎖、反應進料流量低低聯鎖、反應進料加熱爐燃料氣壓力低低聯鎖、高壓分離器液位低低聯鎖、循環氫入口分液罐液位高高聯鎖的現場一次檢測元件均采用三取二方式，既保證檢測信號的高可靠性，又不會因儀表本身故障造成聯鎖誤發生。在反應進料泵出口、高壓分離器至低壓分離器出口管線閥門采用切斷閥帶冗余電磁閥或控制閥、切斷閥同時配置的方式。

5 結束語

加氫裝置聯鎖較多，設計完善的聯鎖配置來構成裝置安全儀表系統，為保證裝置的安全、平穩運行提供了可靠保證。對已設置的安全儀表系統要定期檢查、定期更換，保證安全儀表系統的長期、有效運行。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004．

Design of Safety Instrumented System for Hydrogenation Unit

YANG Meng1,WANG Bo2
(1.China Huanqiu Contracting & Engineering Co.，Ltd.，Liaoning Branch Company. Liaoning Fushun 113006, China；2.Fushun petrochemical Company，Liaoning Fushun 113006，China)

On the basis of introducing principle of safety instrumented system in automatic control，automatic control implementing scheme of process interlock in hydrogenation unit was discussed.

Hydrogenation Unit; Safty instrumented system; Interlock

TQ 056

A

1671-0460（2010）06-0709-03

2010-10-11

楊 萌（1972-），女，遼寧撫順人，高級工程師，1993年畢業于撫順石油學院自動化系，目前從事自控設計工作，已發表論文4篇。電話：0413-7593852。