順序控制系統在脫氫反應中的設計與應用

班亞偉（洛陽智達石化工程有限公司，河南洛陽 471003）

順序控制系統在脫氫反應中的設計與應用

班亞偉
（洛陽智達石化工程有限公司，河南洛陽 471003）

脫氫反應部分控制復雜，閥門切換頻繁，操作人員勞動強度大，時間長、環境差，為避免人為誤操作事故的發生，設計了順序控制系統。主要介紹了反應器順序控制系統的組成及特點，分析了順控系統測試與運行中出現的主要問題及解決方法。

順序控制系統；脫氫反應；反應器；回訊

在生產過程中，通常可以分為常規控制系統、順序控制系統和批量控制系統等。在分散型控制系統（DCS）中這些控制系統都有廣泛的應用。連續生產過程以常規控制為主，而間歇生產過程以順序控制系統和批量控制系統為主。為提高DCS的控制水平，生產過程中的開停車自動化已為人們重視，這是以順序控制系統為主的操作過程。

順序控制系統是以順序控制為主的一類控制系統，按順序切換的條件可以分為時間順序、邏輯順序和條件順序等三類。時間順序控制系統以時間作為順序的切換條件，如交通信號燈控制。邏輯順序控制系統以邏輯先后順序作為順序切換的條件，如流體輸送系統中，開車時先開后級設備再開前級設備，停車時先停前級設備再停后級設備。條件順序控制系統以生產過程的條件為依據，當某條件滿足時執行某命令和動作，該條件不滿足時執行其他相關的命令或動作。脫氫反應順序控制系統是時間順序和條件順序綜合而成的順序控制系統。

1　脫氫反應順序控制系統簡述

丙烷、異丁烷脫氫過程是在反應器中的固定床催化劑上進行，反應器周期性切換操作。這種周期性切換操作可方便可靠地為吸熱的脫氫反應提供熱量。烴類氣體首先通過高溫催化劑進行脫氫。脫氫反應需要的熱量由催化劑提供，催化劑床層溫度逐漸降低。當催化劑的溫度不足以維持烴類氣體的轉化率時，反應器便切入通蒸汽吹掃而后進入熱空氣加熱催化劑床層步驟，同時燒掉反應步驟中在催化劑上形成的少量結焦。隨后是抽真空和催化劑還原步驟，然后進入下一個循環。通過多臺反應器的組合配置，使得烴類和加熱空氣實現穩定連續流動。當一臺反應器結束了脫氫反應需要切換到再熱/再生步驟，另一臺處于熱態的反應器正好準備切入脫氫步驟。同樣的，當一臺反應器完成熱空氣充分的加熱，另一臺反應器剛好完成脫氫和蒸汽吹掃步驟準備接收熱空氣。通過合理配置反應器臺數和合理地安排操作系列，烴類和熱空氣就無須反復中斷和重啟了。它們可簡單地從一臺反應器切換到另一臺反應器，而保持整體進出的連續性。通過合理錯開多臺反應器的操作，使得整個裝置連續運轉。

順序控制系統的作用就是精確控制反應器的相關閥門，每臺反應器均有10臺由反應器順序控制系統控制的閥門（8臺溶壓閥，2臺氣動閥）。通過順序控制系統的預定順序和相關的聯鎖，使這些閥門可以良好有序的運行。每一臺反應器按照給定的自動順序，經過相同的循環，使得整個反應器系統具有連續的烴進料物流和空氣物流。從而阻止在反應器及反應器進出口管路中出現烴類和空氣混合，確保脫氫反應可以安全平穩地進行。

2　脫氫反應順序控制系統的主要組成

1）控制柜及輔助柜兩臺、操作站一套、工程師站一套。

2）參加聯鎖的閥門（每臺反應器均有10臺），要求閥門具有閥位輸出和控制輸入功能。

3）提供聯鎖條件的現場儀表（抽真空壓力檢測、反應進料壓力檢測、還原氣流量檢測、吹掃蒸汽流量檢測等）。

3　脫氫反應順序控制系統的主要特點

1）把閥位判斷引入到順控系統中，達到條件后才能繼續后續操作。

2）參與反應器操作的閥門全部采用氣動或電溶閥門。

3）一套完整的邏輯控制實現反應器操作自動化。

4）對每個閥門設有手動-離線-自動模式，并設有順序控制緊急停車按鈕。

5）實行分級控制，高級別權限可以執行低級別權限的操作。單閥檢修、條件旁路等操作只能由高級別的用戶賦予權限，避免出現人員誤操作。

6）設置了暫停、復位、重啟等功能以適應非正常工況。

7）閥門未按程序規定完成動作時（事故狀態），自動顯示錯誤提示，外操控制盤提示需要執行的工作內容。

8）發出電流信號，可以通過控制面板上的按鈕來實現8臺反應器的閥門的手動開/關。

9）裝置自動運行期間，閥門動作完成時檢查，判定閥門的運行情況。即使某閥門處于手動而無法響應時序器命令情況下仍檢查閥門運行情況。

10）裝置自動運行期間，連續監測閥門開/關限位開關輸出信號的任何異常，閥門未按規定程序規定完成動作時，自動顯示錯誤提示（例如在“命令”和“反饋”信號時或者閥門同時開/關時）。時序器邏輯中的閥位檢測采用三取二表決。其中兩個開或關閥位狀態來自于A和B限位開關，第三個位置狀態信號由閥位變送器將信號送至系統而獲得。若三取二狀態邏輯顯示閥門處于新的位置，時序器則認為閥位已經移到新位置。若某閥位與其他兩個閥位狀態不一致超過5s，則發送報警信號。在一個閥位狀態與其他兩個閥位狀態不一致時，時序器將不會停止。

11）設有閥門互鎖，防止誤開或誤關。

12）所有操作自動保存記錄。

4　脫氫反應順序控制系統的主要功能

1）安全鎖定，避免因為人工操作失誤發生安全事故。

2）為反應過程的連續進行提供重要保障。

3）該系統代替人工操作，降低人工勞動強度。

4）將步驟標準化，明確責任分工，每一步內外操雙方確認，存儲真實的歷史記錄，有助于生產管理。

5）實現人機雙向監控。

5　脫氫反應順序控制系統異常處理方法

5.1閥門故障

閥門故障時，可采用人工現場操作閥門，保證與控制系統控制信號一致。若閥門手動也不能動作則檢修閥門后繼續流程，在檢修時可暫停流程。閥門可能存在的問題及解決方法有：閥門接線不牢固（重新接線）、閥門供電電壓不足（增大電纜橫截面積）、閥門內有臟污雜質影響閥門動作行程（清洗閥門）、溶壓油動力不足導致閥門不能正常動作（檢查閥門動力站看是否正常運轉）等。

5.2系統故障

系統故障時必須檢修，檢修時斷掉所有閥門電磁閥保險，完畢后，重置流程。系統需重新投運。系統故障的原因有：程序重新下裝導致控制系統故障、系統組態有誤等。

5.3系統斷電

系統斷電時，所有閥門保位，手動完成所有閥門的開關。

5.4操作站故障

利用工程師站進行生產操作，待操作站排除故障后重新啟用。

6　結束語

目前，順序控制系統在火電、焦化裝置、鍋爐、汽輪機等各個領域都得到了廣泛的應用。使用順序控制方法，不僅編程容易實現，而且編寫的程序前后邏輯關系更加清晰，可以大大提高工程技術人員的編程效率，同時也可以減少人工勞動。只要對工藝過程有充分的了解，順序控制在石油化工裝置中一定可以有更多的應用。

[1] 陸德民.張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊（第三版）[M].北京：化學工業出版社，2010.

Design and Application System in Dehydrogenation Reaction Sequence Control

Ban Ya-wei

Dehydrogenation of complex partial control，valve switching frequency，the operator labor intensity，long time，the environment is poor，in order to avoid the occurrence of human error accidents，the sequential control system design.Mainly introduces the composition and characteristics of the reactor sequence control system，we analyze the main problems with the operation of the system test sequence appearing and solutions.

sequential control system；dehydrogenation reactor；reactor；back to the hearing

O643.32

A

1003-6490（2016）03-0080-02

2016-02-10

班亞偉（1990—），男，河南夏邑人，助理工程師，主要從事設計工作。