延遲焦化裝置加熱爐聯鎖改造分析

魯 兵 馬 鈺 韋 琦

(中國石油蘭州石化公司設備維修公司，蘭州 730060)

延遲焦化裝置加熱爐聯鎖改造分析

魯 兵 馬 鈺 韋 琦

(中國石油蘭州石化公司設備維修公司，蘭州 730060)

闡述了延遲焦化裝置加熱爐聯鎖概況，從相關儀表規范及其安全可靠性計算原理的角度分析聯鎖改造前/后的方案，并分析目前聯鎖系統仍然存在的問題及其解決辦法。

聯鎖邏輯 加熱爐 改造方案 問題分析

中國石油蘭州石化公司煉油廠年產120萬t延遲焦化裝置采用TRICON系統作為安全儀表系統(SIS)。SIS系統獨立于DCS系統，當裝置出現緊急情況時直接發出聯鎖保護信號，對工藝流程實行聯鎖保護或緊急停車，防止由于生產工藝故障或其他事故對操作人員、工藝設備和生產系統造成損害，保證生產過程的安全。但是，由于系統設計缺陷、工況變化等原因，聯鎖回路全部切除，處于失效狀態，無法滿足裝置生產安全穩定運行的要求，需要對聯鎖系統進行改造。

1 加熱爐聯鎖簡介①

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設備，它是以瓦斯氣為燃料、帶空氣預熱器強制供風的箱式爐，加熱爐的出口溫度達到了渣油裂解縮合反應溫度，但是爐管容易結焦，為了防止在異常情況下處理不及時而造成爐管結焦或燒壞爐管的事故，特對加熱爐煙氣進空氣預熱器溫度、火嘴燃料氣壓力及進加熱爐焦油流量等關鍵參數設置了聯鎖條件，用于保護加熱爐的平穩生產運行。聯鎖系統設計為故障安全型，加熱爐聯鎖回路見表1。輔操臺上有相應的緊急停車按鈕、確認按鈕、復位按鈕、聯鎖回路旁路切除/投用按鈕及回路報警指示等。

表1 加熱爐聯鎖回路

2 改造前聯鎖方案存在的問題

加熱爐聯鎖共15路，均采用一取一(單點檢測)聯鎖邏輯。以圖1所示的主火嘴燃料氣壓力低低聯鎖邏輯為例進行分析，只要檢測信號達到低低限，就執行主燃料氣切斷的聯鎖動作。但是單點檢測，誤動作引起聯鎖動作的幾率非常大，SIL安全等級低[1]。

圖1 主火嘴燃料氣壓力低低聯鎖邏輯

現場儀表信號經過安全柵處理后，模擬量信號先進入報警設定器進行轉換，轉換成數字量信號后再經過DI端子板，進入DI卡和控制器。報警設定器輸出另一路數字量信號到輔操臺，作為聲光報警信號使用。比如：壓力變送器儀表回路接線示意圖如圖2所示，因為中間環節較多，降低了SIL安全等級[2]。

圖2 壓力變送器儀表回路接線示意圖

現場儀表(壓力變送器或鎧裝熱電偶)檢測信號經過DCS系統安全柵轉換后分別進入DCS系統與SIS系統，當DCS系統出現故障時，SIS系統無法準確動作。

比如：煙氣進加熱爐溫度測量回路接線示意圖如圖3所示。

圖3 煙氣進加熱爐溫度測量回路接線示意圖

3 改造方案

由于上述聯鎖方案自身的原因和管理方面的原因，維護單位與生產裝置相關技術人員進行分析后，委托設計單位進行聯鎖方案改造。

TRICON系統使用的控制器為三重化冗余控制技術，即主處理器、I/O模塊及電源等均采用三重化冗余配置，任何一個模塊發生故障均不會影響其他兩個模塊的正常工作，并且能夠在線更換模塊。同時采用容錯技術進行三取二表決，將安全系統的顯性故障率和隱性故障率大幅降低，可適用于所有的工業過程。TMR(三重化模塊冗余)系統中3個通道的信號在不斷地進行比較，一旦有任何故障產生，系統就能立刻檢測到，只有其中任何兩個通道同時故障，系統才會發出停車指令。

3.1聯鎖邏輯改造

根據可靠性工程理論，系統并聯增加可靠性[3]。系統可以選擇二取二或三取二，基于高安全性和高可靠性并綜合TRICON系統的工作原理，選用三取二聯鎖。

3.2硬件改造

進行獨立配置[4]。SIS系統的聯鎖信號獨立于DCS系統，壓力變送器由SIS系統的安全柵統一供電，輸出一路到DCS系統進行報警監控；雙式鎧裝熱電偶信號從現場分開，分別進入DCS系統和SIS系統。進入SIS系統的三取二檢測信號分別進入不同的端子板和卡件。AI路壓力變送器回路接線示意圖如圖4所示，雙式鎧裝熱電偶接線示意圖如圖5所示。

減少中間環節。聯鎖系統取消報警設定器，據TRICON系統報告，系統AI卡信號比DI卡掃描周期長幾毫秒，即系統總的掃描周期增加了幾毫秒。但是，因為減少了一個中間環節而提高了其安全可靠性。

改造方案自裝置開工聯鎖投用以來，到目前沒有出現一次誤動作導致的聯鎖停車事故，裝置建成10年來，首次實現了加熱爐聯鎖回路的正常投用。

4 存在的問題

卡件熱備。因為三重化設計原理及其診斷技術，無需熱備，看作是典型的冗余過度，且有檢測不出來的隱患，切換次數頻繁，增加了卡件故障的幾率，建議取消。目前已經取消。

圖4 AI路壓力變送器回路接線示意圖

圖5 雙式鎧裝熱電偶接線示意圖

進料量單路聯鎖，需要再進行分析，現場不具備更改條件。進料流量在DCS部分進行流量控制，也存在不夠獨立的問題。參考裝置運行10年來工藝人員的經驗，可以取消此路聯鎖。

部分信號沒有經過系統，并列且獨立于SIS系統，但是無法進行監控。使用的繼電器控制，無法進行記錄，無法及時判斷問題。

聯鎖執行部分采用的單點執行[5]，一定程度上降低了安全等級，需要改進。

冗余過度。溫度聯鎖進空氣預熱器溫度測溫元件達到6路，改造之前兩路可以看作是二取一聯鎖，改造后是兩個三取二，然后再是二取一，而且測溫元件都是雙式的。

設計質量不高，導致熱偶不錯導線不夠，出現了兩種K型補償導線，溫變型號不同，進入了不同的卡件，存在一定的偏差。所以，安全聯鎖應該從設計開始進行嚴格把控。

經過改造實施、分析發現，發現聯鎖系統在設計時已經存在問題，加上后期的儀表施工、維護管理等各個環節也出現的問題，導致了最終整改運行系統存在問題，所以，需要根據生產情況，持續改進。

5 結束語

聯鎖回路改造是一次SIS系統的擴容改造，也是一次包括儀表安裝調試、電纜敷設等的儀表施工工程，在經濟方面投資較大，安全方面要求較高，需要抓住時機，持續改進各項措施，才能對延遲焦化裝置加熱爐的安全運行起到真正保護的作用。

[1] GB/T 50770-2013,石油化工安全儀表系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

[2] GB/T 20438-2006,電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全[S].北京:中國標準出版社,2007.

[3] 孫新利,陸長捷.工程可靠性教程[M].北京:國防工業出版社,2005.

[4] GB/T 21109-2007,過程工業領域安全儀表系統的功能安全[S].北京:中國標準出版社,2008.

[5] 張建國.安全儀表系統在過程工業中的應用[M].北京:中國電力出版社,2010.

(Continued from Page 735)

The application of frequency converter in methanol injection system of the offshore oil platform was described; and the emphasis was given to the working principle, hardware configuration for frequency converter and the software programming of the methanol injection system.

frequency converter, offshore oil platform, closed-loop control, methanol injection, energy conservation

2016-04-23(修改稿)

TH862+.7

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1000-3932(2016)07-0781-04