魯 兵 馬 鈺 韋 琦

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，蘭州 730060)

延遲焦化裝置加熱爐聯(lián)鎖改造分析

魯 兵 馬 鈺 韋 琦

(中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，蘭州 730060)

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

聯(lián)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(chǎn)120萬t延遲焦化裝置采用TRICON系統(tǒng)作為安全儀表系統(tǒng)(SIS)。SIS系統(tǒng)獨立于DCS系統(tǒng)，當(dāng)裝置出現(xiàn)緊急情況時直接發(fā)出聯(lián)鎖保護信號，對工藝流程實行聯(lián)鎖保護或緊急停車，防止由于生產(chǎn)工藝故障或其他事故對操作人員、工藝設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)造成損害，保證生產(chǎn)過程的安全。但是，由于系統(tǒng)設(shè)計缺陷、工況變化等原因，聯(lián)鎖回路全部切除，處于失效狀態(tài)，無法滿足裝置生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行的要求，需要對聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 加熱爐聯(lián)鎖簡介①

加熱爐是延遲焦化裝置的核心設(shè)備，它是以瓦斯氣為燃料、帶空氣預(yù)熱器強制供風(fēng)的箱式爐，加熱爐的出口溫度達(dá)到了渣油裂解縮合反應(yīng)溫度，但是爐管容易結(jié)焦，為了防止在異常情況下處理不及時而造成爐管結(jié)焦或燒壞爐管的事故，特對加熱爐煙氣進(jìn)空氣預(yù)熱器溫度、火嘴燃料氣壓力及進(jìn)加熱爐焦油流量等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置了聯(lián)鎖條件，用于保護加熱爐的平穩(wěn)生產(chǎn)運行。聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計為故障安全型，加熱爐聯(lián)鎖回路見表1。輔操臺上有相應(yīng)的緊急停車按鈕、確認(rèn)按鈕、復(fù)位按鈕、聯(lián)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(lián)鎖回路

2 改造前聯(lián)鎖方案存在的問題

加熱爐聯(lián)鎖共15路，均采用一取一(單點檢測)聯(lián)鎖邏輯。以圖1所示的主火嘴燃料氣壓力低低聯(lián)鎖邏輯為例進(jìn)行分析，只要檢測信號達(dá)到低低限，就執(zhí)行主燃料氣切斷的聯(lián)鎖動作。但是單點檢測，誤動作引起聯(lián)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(lián)鎖邏輯

現(xiàn)場儀表信號經(jīng)過安全柵處理后，模擬量信號先進(jìn)入報警設(shè)定器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后再經(jīng)過DI端子板，進(jìn)入DI卡和控制器。報警設(shè)定器輸出另一路數(shù)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(huán)節(jié)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(xiàn)場儀表(壓力變送器或鎧裝熱電偶)檢測信號經(jīng)過DCS系統(tǒng)安全柵轉(zhuǎn)換后分別進(jìn)入DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)，當(dāng)DCS系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，SIS系統(tǒng)無法準(zhǔn)確動作。

比如：煙氣進(jìn)加熱爐溫度測量回路接線示意圖如圖3所示。

圖3 煙氣進(jìn)加熱爐溫度測量回路接線示意圖

3 改造方案

由于上述聯(lián)鎖方案自身的原因和管理方面的原因，維護單位與生產(chǎn)裝置相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行分析后，委托設(shè)計單位進(jìn)行聯(lián)鎖方案改造。

TRICON系統(tǒng)使用的控制器為三重化冗余控制技術(shù)，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(fā)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(shù)進(jìn)行三取二表決，將安全系統(tǒng)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(yè)過程。TMR(三重化模塊冗余)系統(tǒng)中3個通道的信號在不斷地進(jìn)行比較，一旦有任何故障產(chǎn)生，系統(tǒng)就能立刻檢測到，只有其中任何兩個通道同時故障，系統(tǒng)才會發(fā)出停車指令。

3.1聯(lián)鎖邏輯改造

根據(jù)可靠性工程理論，系統(tǒng)并聯(lián)增加可靠性[3]。系統(tǒng)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(tǒng)的工作原理，選用三取二聯(lián)鎖。

3.2硬件改造

進(jìn)行獨立配置[4]。SIS系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號獨立于DCS系統(tǒng)，壓力變送器由SIS系統(tǒng)的安全柵統(tǒng)一供電，輸出一路到DCS系統(tǒng)進(jìn)行報警監(jiān)控；雙式鎧裝熱電偶信號從現(xiàn)場分開，分別進(jìn)入DCS系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)。進(jìn)入SIS系統(tǒng)的三取二檢測信號分別進(jìn)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(huán)節(jié)。聯(lián)鎖系統(tǒng)取消報警設(shè)定器，據(jù)TRICON系統(tǒng)報告，系統(tǒng)AI卡信號比DI卡掃描周期長幾毫秒，即系統(tǒng)總的掃描周期增加了幾毫秒。但是，因為減少了一個中間環(huán)節(jié)而提高了其安全可靠性。

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

4 存在的問題

卡件熱備。因為三重化設(shè)計原理及其診斷技術(shù)，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(shù)頻繁，增加了卡件故障的幾率，建議取消。目前已經(jīng)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(jìn)料量單路聯(lián)鎖，需要再進(jìn)行分析，現(xiàn)場不具備更改條件。進(jìn)料流量在DCS部分進(jìn)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(jīng)驗，可以取消此路聯(lián)鎖。

部分信號沒有經(jīng)過系統(tǒng)，并列且獨立于SIS系統(tǒng)，但是無法進(jìn)行監(jiān)控。使用的繼電器控制，無法進(jìn)行記錄，無法及時判斷問題。

聯(lián)鎖執(zhí)行部分采用的單點執(zhí)行[5]，一定程度上降低了安全等級，需要改進(jìn)。

冗余過度。溫度聯(lián)鎖進(jìn)空氣預(yù)熱器溫度測溫元件達(dá)到6路，改造之前兩路可以看作是二取一聯(lián)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(shè)計質(zhì)量不高，導(dǎo)致熱偶不錯導(dǎo)線不夠，出現(xiàn)了兩種K型補償導(dǎo)線，溫變型號不同，進(jìn)入了不同的卡件，存在一定的偏差。所以，安全聯(lián)鎖應(yīng)該從設(shè)計開始進(jìn)行嚴(yán)格把控。

經(jīng)過改造實施、分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)在設(shè)計時已經(jīng)存在問題，加上后期的儀表施工、維護管理等各個環(huán)節(jié)也出現(xiàn)的問題，導(dǎo)致了最終整改運行系統(tǒng)存在問題，所以，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，持續(xù)改進(jìn)。

5 結(jié)束語

聯(lián)鎖回路改造是一次SIS系統(tǒng)的擴容改造，也是一次包括儀表安裝調(diào)試、電纜敷設(shè)等的儀表施工工程，在經(jīng)濟方面投資較大，安全方面要求較高，需要抓住時機，持續(xù)改進(jìn)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(tǒng)設(shè)計規(guī)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(guān)系統(tǒng)的功能安全[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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(yè)出版社,2005.

[4] GB/T 21109-2007,過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[5] 張建國.安全儀表系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應(yīng)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