苯乙烯裝置ESD系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李忠明

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

在苯乙烯生產(chǎn)裝置中，尾氣壓縮機(jī)和干氣壓縮機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行情況直接影響著整個(gè)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。李敏等在對(duì)某苯乙烯裝置的尾氣壓縮機(jī)解體進(jìn)行全面檢查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)殼體內(nèi)腔沖刷嚴(yán)重，出口側(cè)及吸氣、排氣端座嚴(yán)重腐蝕，螺桿與殼體的最小側(cè)間隙大小不一，局部達(dá)到4.50mm，如果壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，二者的間隙會(huì)進(jìn)一步加大，并可能造成殼體泄漏的安全隱患[1]。

由于尾氣壓縮機(jī)和干氣壓縮機(jī)的重要性和操作控制的復(fù)雜性，所以必須采用高可靠的緊急停車(chē)系統(tǒng)(ESD)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)。如果生產(chǎn)過(guò)程越限，ESD系統(tǒng)動(dòng)作，保證裝置的安全運(yùn)行。ESD系統(tǒng)主要應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)鎖保護(hù)控制、停車(chē)控制、燃?xì)廨啓C(jī)、透平機(jī)及壓縮機(jī)組等的控制。苯乙烯裝置的ESD主要用于實(shí)現(xiàn)尾氣壓縮機(jī)和干氣壓縮機(jī)的聯(lián)鎖控制，采用TRICON設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

1 TRICON簡(jiǎn)介①

TRICON是一種具有高容錯(cuò)能力的可編程邏輯與過(guò)程控制技術(shù)[2]。為了增加系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)設(shè)有3個(gè)互為冗余的主處理器模件，每個(gè)I/O模件內(nèi)都有3個(gè)獨(dú)立的分電路，對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的DI/DO進(jìn)行表決和診斷，對(duì)AI進(jìn)行取中值處理。系統(tǒng)的第一事故記錄(SOE)功能可以快速、準(zhǔn)確地判斷引起聯(lián)鎖和保護(hù)的條件。

一個(gè)簡(jiǎn)單的TRICON包括：主處理器、電源模件、通信模件、各種I/O模件、安裝模件的機(jī)架、端子板和編程工作站[3]。

2 硬件配置

ESD的硬件設(shè)計(jì)組態(tài)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。苯乙烯裝置ESD的硬件配置(圖1)包括一個(gè)控制站、一個(gè)操作站、一個(gè)工程師站[4]和兩個(gè)輔助操作臺(tái)。通過(guò)互為冗余的HUB將控制站、操作站和工程師站連接起來(lái)。

苯乙烯裝置配置了一個(gè)主機(jī)架和一個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，機(jī)架中安裝了主處理器模件、電源模件、通信模件和各種I/O模件。工程師站和操作站選用DELL工業(yè)PC機(jī)，完成系統(tǒng)組態(tài)與維護(hù)工作；操作站用于監(jiān)控和操作。輔操臺(tái)上安裝有急停按鈕、復(fù)位按鈕、確認(rèn)按鈕、手/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)及指示燈等。DCS、ESD和本特利3500之間通過(guò)RS-485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議[5]實(shí)現(xiàn)信息共享。

3 ESD系統(tǒng)軟件配置

苯乙烯生產(chǎn)裝置的ESD系統(tǒng)軟件配置了基于Windows的Tristation1131下位軟件，上位軟件采用Intouch。

下位軟件Tristation1131實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件配置、定義輸入/輸出點(diǎn)，完成控制程序的組態(tài)。該軟件具有離線(xiàn)仿真和監(jiān)控功能，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的每一個(gè)硬件進(jìn)行循環(huán)診斷，在線(xiàn)監(jiān)控程序的運(yùn)行，并支持程序的在線(xiàn)修改。

上位軟件Intouch主要進(jìn)行監(jiān)控畫(huà)面的組態(tài)工作。在Tristation1131定義了硬件地址后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成軟件地址，供上位軟件直接引用。上、下位軟件通過(guò)DDE通信協(xié)議連接。

4 控制程序組態(tài)

控制程序組態(tài)是實(shí)現(xiàn)ESD控制功能的核心。TRICON系統(tǒng)中，一個(gè)項(xiàng)目最多可以有256個(gè)程序，一個(gè)程序可以容納兩千個(gè)變量(包括內(nèi)存變量)。

圖1 TRICON系統(tǒng)的硬件配置

TRICON系統(tǒng)下位軟件Tristation1131程序支持函數(shù)方塊圖(FBD)、梯形圖(LD)、結(jié)構(gòu)文本(ST)和因果矩陣(CEM)4種語(yǔ)言。前3種語(yǔ)言(FBD、LD和ST)完全符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)。

苯乙烯項(xiàng)目的主體程序編程采用函數(shù)方塊圖實(shí)現(xiàn)。程序主要分為裝置自保程序和機(jī)組聯(lián)鎖程序。裝置自保程序的功能是確保加熱爐和反應(yīng)器安全運(yùn)行，一旦突發(fā)事故，強(qiáng)行停止加熱爐和反應(yīng)器，確保裝置和設(shè)備的安全。

4.1 機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)

圖2為壓縮機(jī)的聯(lián)鎖邏輯組態(tài)程序。機(jī)組的聯(lián)鎖條件包括：透平超速、透平事故按鈕、潤(rùn)滑油壓力超低、封油液位超低、透平軸位移量過(guò)大、壓縮機(jī)軸位移過(guò)大、壓縮機(jī)出口壓力過(guò)低和C101手動(dòng)停車(chē)。裝置的聯(lián)鎖條件有：加熱爐聯(lián)鎖停爐和反應(yīng)器聯(lián)鎖停止運(yùn)行。上述任何一個(gè)條件存在，壓縮機(jī)就自動(dòng)聯(lián)鎖停車(chē)。

圖2 壓縮機(jī)聯(lián)鎖組態(tài)程序

4.2 轉(zhuǎn)速控制

KOBO壓縮機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用WoodWard150電子調(diào)速器，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、工作穩(wěn)定，而且可以根據(jù)工藝要求進(jìn)行編程組態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。其中尾氣壓縮機(jī)的調(diào)速原理如圖3所示。當(dāng)達(dá)到壓縮機(jī)啟動(dòng)條件時(shí)，按啟動(dòng)壓縮機(jī)按鈕，汽輪機(jī)進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，壓縮機(jī)調(diào)速器開(kāi)始按編好的升速程序調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，最后壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速完全由程序控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后就可以人為設(shè)定，進(jìn)行相應(yīng)的控制了。

圖3 尾氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制

從圖3可以看出，該控制方案是由尾氣進(jìn)氣壓力和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速組成了串級(jí)調(diào)節(jié)回路，實(shí)現(xiàn)了分程控制功能。主要控制參數(shù)是尾氣進(jìn)氣壓力，當(dāng)壓力調(diào)節(jié)回路輸出在0～50%時(shí)，由尾氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；當(dāng)壓力調(diào)節(jié)回路輸出在50%～100%時(shí)，由調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加或減小壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，以控制尾氣進(jìn)氣量，達(dá)到控制尾氣壓力的目的。

苯乙烯裝置壓縮機(jī)根據(jù)機(jī)組制造廠給出的工作特性曲線(xiàn)，將整個(gè)工作過(guò)程分為9個(gè)模式，見(jiàn)表1。

表1 壓縮機(jī)工作模式

每個(gè)模式有不同的穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速(即目標(biāo)轉(zhuǎn)速)和升速速率；根據(jù)啟機(jī)方式，壓縮機(jī)的暖機(jī)時(shí)間不同，正常工況下，冷態(tài)啟機(jī)的暖機(jī)時(shí)間為30min，熱態(tài)啟機(jī)的暖機(jī)時(shí)間為15min。

5 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試是ESD組態(tài)的關(guān)鍵階段，具體包括：聯(lián)鎖的再次確認(rèn)、檢查系統(tǒng)的輸入/輸出值、聯(lián)鎖的調(diào)試(檢查聯(lián)鎖輸出狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的靈敏度和位置的正確性)、聯(lián)鎖畫(huà)面和第一事故記錄(SOE)功能。

系統(tǒng)調(diào)試分為離線(xiàn)調(diào)試和在線(xiàn)調(diào)試。離線(xiàn)調(diào)試由人為改變輸入值，目的是測(cè)試程序是否滿(mǎn)足工藝聯(lián)鎖要求；在線(xiàn)調(diào)試是在現(xiàn)場(chǎng)用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的輸入/輸出進(jìn)行校對(duì)，以檢查各個(gè)環(huán)節(jié)是否存在問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的ESD系統(tǒng)實(shí)際投運(yùn)一段時(shí)間后，證明其完全滿(mǎn)足控制要求。可靠的硬件系統(tǒng)保障了不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的故障引起裝置停車(chē)。根據(jù)記錄，發(fā)生過(guò)一次因?yàn)闈?rùn)滑油壓力低導(dǎo)致尾氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)的故障，SOE在第一時(shí)間記錄了造成聯(lián)鎖的條件，為查找停機(jī)原因提供了快速、準(zhǔn)確的信息。ESD快速安全的動(dòng)作，保證了壓縮機(jī)的設(shè)備安全，也確保了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。