聚合ESD技術(shù)改造總結(jié)

張俊平，周紅燕

（新疆天業(yè)集團化工公司，新疆 石河子 832000）

聚合ESD技術(shù)改造總結(jié)

張俊平，周紅燕

（新疆天業(yè)集團化工公司，新疆 石河子 832000）

介紹了ESD系統(tǒng)在化工公司的應(yīng)用及設(shè)計思路、基本結(jié)構(gòu)。對聚合釜緊急停車系統(tǒng)的必要性、聯(lián)鎖條件等進行了詳細(xì)論述。聚合ESD系統(tǒng)具有很高的可靠性，降低了設(shè)備誤動作的概率，有效提高了生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定及生產(chǎn)延續(xù)性。

聚合；ESD；改造；總結(jié)

新疆天業(yè)集團化工公司20萬t/a聚氯乙烯聚合生產(chǎn)裝置是該公司主裝置之一，以氯乙烯為主要原料，通過懸浮聚合為共聚單體，添加分散劑、引發(fā)劑、部分輔助助劑等，該裝置的主要特點是工藝流程復(fù)雜，聯(lián)鎖與控制精細(xì)且繁雜，氯乙烯原料在反應(yīng)中壓力一般控制在10 MPa下。但一定條件下會產(chǎn)生很大的高壓不安全因素。在這樣高的壓力下，對安全聯(lián)鎖系統(tǒng)ESD（Emergency Shut-down Device）的要求也非常高。聯(lián)鎖控制回路的安全應(yīng)用對裝置的安全性和可靠運行影響極大，如果設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，可能的后果是拒動作或誤動作，這兩種可能均會為公司帶來致命的后果，造成巨額損失。為了確保生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定，確保人員安全和生產(chǎn)設(shè)備安全，ESD控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化生產(chǎn)體系中，在石化行業(yè)體現(xiàn)尤為突出。ESD系統(tǒng)獨立于DCS，其安全級別高于DCS。當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過DCS，而由ESD直接發(fā)出聯(lián)鎖保護信號，避免緊急狀況擴散。

1　采用ESD安全系統(tǒng)的必要性

由于化工生產(chǎn)工藝過程的復(fù)雜性、原料變化多元性、產(chǎn)品的高質(zhì)量要求，以及對人身、環(huán)境、設(shè)施的保護等因素，對安全系統(tǒng)提出了新的要求：系統(tǒng)必須在固態(tài)軟硬件基礎(chǔ)上提供出更加安全可靠的邏輯控制；必須減少系統(tǒng)誤動作和誤停車的頻率與次數(shù)等要求，使得此系統(tǒng)的要求更高、配置更安全合理。ESD必須具有高可靠性、故障自動保險、高度容錯性，完全自動恢復(fù)等功能。

2　系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)

從裝置和設(shè)備的安全以及生產(chǎn)的平穩(wěn)考慮，在公司氯乙烯聚合干燥生產(chǎn)裝置中采用了冗余的集散控制系統(tǒng)DCS生產(chǎn)裝置，為橫河CENTUM CS3000生產(chǎn)管理與控制系統(tǒng)，緊急停車系統(tǒng)（ESD）采用了橫河公司的ProSafe-RS安全儀表控制系統(tǒng)，其簡單的結(jié)構(gòu)就可實現(xiàn)安全系統(tǒng)的高可靠性和高安全性。兩套系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成，操作人員可以從CENTUM CS3000的操作員站上的畫面窗口中，看到ProSafe-RS的數(shù)據(jù)報警信息，并且能夠很快預(yù)測和判斷工藝過程是否接近到了緊急狀況，通過操作DCS畫面上相應(yīng)按鈕就可啟動緊急停車程序和緊急啟動制動停車系統(tǒng)ESD。

整個ESD系統(tǒng)由1套Pro Safe-RS構(gòu)成，系統(tǒng)配置有 2套冗余控制器，SDV144—DI卡、SDV541—DO卡及I/O卡件合成安裝在2個CPU控制單元下。控制站的CPU及控制總線為Pair--Spare冗余容錯結(jié)構(gòu)。各控制節(jié)點信號經(jīng)過中間端子板接入Pro Safe-RS系統(tǒng)的I/O卡件上。設(shè)計過程中，考慮到冗余性及后添加性，所有余量按20%余量備份。所有I/O點都按15%的余量備用，以備后期改擴建用。

2.1結(jié)構(gòu)特點

聚合干燥分廠自控系統(tǒng)有兩套，兩套系統(tǒng)均為冗余配置，提高系統(tǒng)安全可靠性。這種可靠性表現(xiàn)在：

（1）雙重冗余的現(xiàn)場控制器，包括4個CPU冗余容錯，電源卡雙重化，通訊卡雙重化，DCS關(guān)鍵I/ O卡件冗余。ESD所有I/O卡件冗余。雙重冗余的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)V net/IP，包括光電轉(zhuǎn)換器冗余，交換機冗余，光纖冗余。

（2）兩套10 kVA的UPS不間斷電源同時工作，儀表供電系統(tǒng)冗余，I/O端子板供電冗余。保證一路電源出現(xiàn)故障不會影響系統(tǒng)控制。

（3）8臺互為冗余的操作員站，在任意一臺操作站上均可監(jiān)控系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)信息。

2.2ESD系統(tǒng)的流程界面及操作

（1）流程界面見圖1。

（2）ESD系統(tǒng)注入程序啟動條件。有5處硬條件如釜壓跳車報警、釜溫跳車報警、攪拌跳車報警等。a.因現(xiàn)場共有6臺釜。當(dāng)N釜釜壓大于1.4 MPa會在畫面提示“N釜釜壓跳車報警”，這時在按鈕區(qū)會彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動ESD系統(tǒng)注入程序，點擊此按鈕；N釜釜溫大于70℃會在畫面提示“N釜釜溫跳車報警”，這時在按鈕區(qū)會彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動ESD系統(tǒng)注入程序，點擊此按鈕；N釜攪拌功率小于30 kW且時間超過10 s會在畫面提示“N釜攪拌跳車報警”，這時在按鈕區(qū)會彈出“確認(rèn)注入”按鈕，若要啟動ESD系統(tǒng)注入程序，可點擊確認(rèn)；b.按下控制室緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-84；c.按下現(xiàn)場處緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-83。

圖1　ESD流程畫面示意圖

上述三情況都會使ESD系統(tǒng)注入程序啟動。

2.3ESD系統(tǒng)注入程序啟動后

（1）ESD系統(tǒng)畫面打出“緊急事故終止劑注入開始”。

（2）控制室內(nèi)操作臺上的報警燈和蜂鳴器被通電，以提示操作人員。

（3）檢查閥門1V-V201N-71、74、82是否開到位；1PS-V201N-70是否處在低壓報警狀態(tài)；1PSV201N-86是否處在高壓報警狀態(tài)；1LS-V201N-88是否處低液位報警狀態(tài)；1PS-V201N-87是否處在高壓報警狀態(tài)。上述各項檢查都通過，畫面打出“緊急事故終止劑注入成功”。任何一項檢查不通過，畫面打出“緊急事故終止劑注入失敗”。

（4）若上述檢查都通過，十分鐘后畫面打出“緊急事故終止劑注入結(jié)束”。

（5）ESD系統(tǒng)注入結(jié)束后，再按下事故臺上的“報警總復(fù)位按鈕”以解除報警。

（6）ESD系統(tǒng)注入注意事項：每次事故處理完畢后，操作人員必須點擊“注入初始化”，使程序處于備妥狀態(tài)。

2.4ESD系統(tǒng)可靠性檢查

（1）正常生產(chǎn)時，各釜每釜批次進行系統(tǒng)可靠性檢查。與DCS系統(tǒng)相聯(lián)系，及時檢測每臺聚合釜的反應(yīng)批次以及每臺聚合釜的反應(yīng)狀況。系統(tǒng)設(shè)定為每40個反應(yīng)批次進行系統(tǒng)可靠性檢查。步驟包括事故終止劑系統(tǒng)的全自動程序自檢、氮氣鋼瓶氣壓正常否、各閥門動作正常否、相關(guān)各程序中事故終止劑液位正常否等。如果自檢程序存在一步驟的報警，程序?qū)⒉辉试S下一步驟運行，且DCS系統(tǒng)也將終止運行入料反應(yīng)程序，并及時發(fā)出報警，提示并阻止DCS系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行操作。

（2）ESD系統(tǒng)注入程序執(zhí)行后，每釜第一批次進行系統(tǒng)可靠性檢查。當(dāng)系統(tǒng)預(yù)設(shè)置的事故風(fēng)險指標(biāo)條件到達時，ESD系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信息進行提示。如果得不到操作人員應(yīng)答且報警不及時消除，ESD系統(tǒng)會在一定設(shè)定時間內(nèi)自動啟動事故終止劑加料程序。事故風(fēng)險指標(biāo)最重要的幾個條件為：預(yù)設(shè)風(fēng)險報警值釜溫、釜壓，預(yù)設(shè)反應(yīng)過程強制攪拌停止超過時限等。

（3）定期進行ESD系統(tǒng)檢修后，第一釜批次進行系統(tǒng)可靠性檢查。ESD系統(tǒng)可靠性檢查邏輯示意圖見圖2。

圖2　ESD系統(tǒng)可靠性檢查邏輯示意圖

2.5事故終止劑注入方法

全廠停電時間較長時，聚合釜溫度壓力上升較快時，選擇往釜內(nèi)注入事故終止劑。由ESD事故狀態(tài)下控制加入緊急終止劑，事故緊急終止劑在聚合反應(yīng)中有著極為重要的安全控制性。其加入聚合釜后，依靠聚合釜攪拌充分混合可迅速終止物料聚合反應(yīng)。當(dāng)聚合裝置發(fā)生停電或短暫斷電時，事故緊急終止劑與反應(yīng)中物料充分混合需依靠釜底高壓氮氣管線充入高壓氮攪動混合，這要靠聚合攪拌來完成。

（1）在操作站上ESD畫面里，系統(tǒng)有自動加入事故終止劑提示信息及程序執(zhí)行按鈕。

（2）在中控室控制臺上按下緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-84按鈕，系統(tǒng)自動加入事故終止劑。

（3）在聚合釜現(xiàn)場按下緊急事故終止劑按鈕1PB-V201N-83按鈕，系統(tǒng)自動加入事故終止劑。

（4）在操作站ESD畫面里點擊閥門，調(diào)出閥門控制面板進行閥門的開、關(guān)操作，手動加入事故終止劑，ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程見圖3。

圖3　ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程

（5）當(dāng)DCS及ESD系統(tǒng)斷電，可在現(xiàn)場將管線閥門打開，手動加入事故終止劑。系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程邏輯圖見圖4。

圖4　ESD系統(tǒng)緊急事故終止劑注入流程邏輯示意圖

2.6ESD系統(tǒng)注意事項

（1）ESD系統(tǒng)注入失敗，處理完問題后必須點擊“注入初始化”，以使系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)。確定緊急事故終止劑沒有注入，需重新啟動ESD注入程序。

（2）ESD系統(tǒng)可靠性檢查過程中出現(xiàn)故障，在解決了故障之后都必須點擊“安檢初始化”，以使系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)。系統(tǒng)恢復(fù)備妥狀態(tài)后，點擊“手動安檢”按鈕，重新進行可靠性檢查。

（3）ESD系統(tǒng)進行定期檢修時，必須點擊“ESD系統(tǒng)檢修”按鈕，方可進行。

（4）閥門自動轉(zhuǎn)手動的操作方法：以1V-V201A-71閥門為例，在“NAME”中輸入“MANORAUT1-71”調(diào)出閥門手自動切換面板，將此面板置為“MAN”，然后點擊“ON”，閥門就為手動操作狀態(tài)。點擊1VV201A-71閥門，調(diào)出閥門控制面板進行閥門的開、關(guān)操作。

MANORAUT1-71（操作代碼：1為A釜代碼，以此類推 B釜、C釜、D釜、E釜的代碼分別為“2”、“3”、“4”、“5”；71為閥門代碼）。

（5）閥門手動狀態(tài)操作完成后，為安全應(yīng)用所需，必須要切換到自動狀態(tài)。

3　投入使用后效果分析

此套ESD緊急制動控制系統(tǒng)投入使用后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，聯(lián)鎖設(shè)置符合工藝原理及控制邏輯。ESD系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的通信按預(yù)設(shè)投入。使得在危險預(yù)期范圍內(nèi)，盡可能地在第一時間內(nèi)作出應(yīng)急響應(yīng)和保護，采取緊急制動，將可能發(fā)生的危險損失減至最低或無。各相關(guān)控制系統(tǒng)和資源統(tǒng)籌總體設(shè)計，具有完善配置、統(tǒng)籌全局、協(xié)調(diào)合理的優(yōu)越性。系統(tǒng)內(nèi)所有報警記錄以及操作記錄、事故處理記錄管理、操作及存檔、以及保證任何操作及報警的可追溯性。

4　結(jié)論

此套聚合ESD緊急制動控制系統(tǒng)是聚合生產(chǎn)過程中的人身安全、設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)穩(wěn)定所必要的保障利器。由于它的特殊保護性地位，使各生產(chǎn)企業(yè)在決定選用配置ESD時，會從安全性、獨立性、快速響應(yīng)以及兼容性等基本方面進行配置。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)工藝要求從有關(guān)設(shè)計聯(lián)鎖系統(tǒng)的規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)開始，以確保ESD系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮出真正的安全保護作用。化工企業(yè)還需要在應(yīng)用ESD系統(tǒng)方面深入地探索，并在實踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，從而提高ESD緊急制動控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

Summary of transformation of polymerization ESD technology

ZHANG Jun-ping，ZHOU Hong-yan
（Xinjiang Tianye Group Chemical Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

This paper introduces the application of ESD system in chemical company and design ideas，basic structure.In this paper，the polymerization kettle emergency shutdown system the necessity，the interlocking conditions were described in detail.Polymerization of ESD system has high reliability，reduce the probability of equipment malfunction，effectively improve the security and stability of the production equipment and production continuity

polymerization；ESD；technical；transformation

TQ086.3

B

1009-1785（2016）09-0016-04

2016-06-27