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劉井燕（1971-）

女，北京人，高級工程師，工學學士， 1993年畢業于北京化工學院生產過程控制自動化專業，在中國紡織工業設計院從事工程設計工作，現在職攻讀安全工程碩士。

摘要：本文介紹了聚酯裝置的熱媒系統工藝流程，并從安全儀表系統（SIS）角度分析了其中安全控制的邏輯聯鎖方案。

關鍵詞：聚酯裝置；熱媒系統；安全控制

Abstract: The paper introduces the process of HTM system for PET plantand describes the
 security control therein based upon SIS.

Key words: PET Plant; HTM System; Security Control

1 安全儀表系統（SIS）設計原則

    石油化工裝置相關設備進入故障狀態運行，將會導致危險可能發生。安全儀表系統（SIS）邏輯應按故障－安全方式設計。顧名思義，“故障－安全”中的“故障”是指裝置安全儀表系統（SIS）相關設備發生故障，它分為兩類：顯性故障（overt fault）和隱性故障（covert fault）[1]。

    顯性故障

    指能夠顯示自身存在的故障。如系統斷電、控制系統卡件故障等，故障會立即被檢測出并產生狀態報警，在經預設判斷確定不能保證完成安全功能時，系統會執行停車動作，使裝置處于安全狀態。

    隱性故障

    指不能顯示自身存在的故障，即不對危險產生報警，并允許危險發展的故障。隱性故障是一種危險的故障，隱性故障一旦出現，系統將因故障的存在而無法動作，使生產裝置陷入危險的境地。例如系統因常閉觸點“粘連”不能正確打開、執行元件如球閥處于“抱死”狀態不能關閉，安全儀表系統（SIS）聯鎖停車卻動作不了等，后果不堪設想。

    顯性故障不影響SIS的安全性，但影響系統的可用性；隱性故障則反之。

    安全儀表系統（SIS）重要目標之一是減少隱性故障。檢測元件、執行元件是隱性故障的重災區，這對檢測元件、執行元件的設計提出了明確要求：

    (1) 邏輯設計時輸入輸出信號常開、常閉的選擇應以減少故障，尤其將隱性故障減少到最小為原則。

    (2) 電源故障時應為安全狀態。

    如果執行元件為電磁閥，安全儀表系統（SIS）輸出至電磁閥的開關量信號應為常閉（NC）信號，使得電磁閥處于常帶電（勵磁）狀態，保證故障時電磁閥失電，相應安全保護動作執行，使受控設備處于安全狀態。

    (3) 氣源故障時應為安全狀態。

    當執行元件為氣動控制閥時，閥門在選型時即考慮當氣源故障時，閥門將回到令工藝安全的閥位（全開或全關）。

2 聚酯裝置熱媒系統工藝流程

    熱媒是給整個聚酯生產裝置提供熱量的導體。

    聚酯裝置的熱媒系統包括一次熱媒、二次熱媒。

    由熱媒站供給整個裝置的330℃熱媒稱為一次熱媒。裝置中不同設備、管線有不同的溫度要求，相應設置各自的加熱回路，稱為二次熱媒。

    聚酯裝置中除第一、二酯化反應器夾套及汽相管、第一預縮聚反應器夾套及縮聚系統汽相管路使用汽相熱媒供熱外，包括酯化、第一預縮聚反應器內盤管在內的五臺反應器、乙二醇分離塔、乙二醇蒸發器等設備、反應器間的物料夾套管等采用液相熱媒加熱、保溫。

    由熱媒站送來的每個二次熱媒都有各自的溫度調節回路，液相回路通過調節一次熱媒的補充量來改變二次熱媒加熱的溫度，汽相回路通過調節一次熱媒的流量來調節汽相熱媒溫度，從而控制反應的溫度，實現不同的溫度控制要求。各溫度調節回路的二次熱媒匯集送回熱媒站加熱升溫，循環使用。以第一酯化反應器的溫度控制為例。如圖1所示。

                         圖1   第一酯化反應器溫度控制

    一次熱媒系統由熱媒爐、熱媒泵以及熱媒總管和熱媒膨脹槽組成。如圖2、圖3所示。

    一次熱媒系統是一個完整的閉合循環回路，熱媒通過熱媒泵從熱媒爐頂部進入爐內盤管，加熱并從爐底輸出進入熱媒總管。熱媒供聚酯裝置總管溫度設計控制在330℃左右，一次熱媒系統回路上設有熱媒膨脹槽23-T01（設置在聚酯裝置的最高點），以補償熱媒在循環回路中由于溫度變化所產生的熱膨脹或收縮，保證一次熱媒系統正常穩定運行，同時熱媒膨脹槽23-T01對二次液相熱媒系統用戶的循環管路具有脫氣、脫水的作用。在一次熱媒循環系統供、回總管之間設有差壓控制回路PdIC-50004，用來控制總管傳熱熱媒的流動壓差，以確保一次熱媒系統的供給流量，從而完成一次熱媒系統與二次熱媒系統之間的熱量傳遞。

    另外設置液相熱媒低點收集槽23-T02用于收集設備管線檢修時排放的液相熱媒，當某個二次回路的熱媒需要排放時，先收集在23-T02中，再用泵送回熱媒站；及汽相熱媒收集槽23-T03用于收集汽相熱媒排放。

    緊急情況時，一旦熱媒膨脹槽23-T01壓力不能維持，聯鎖停熱媒爐，加熱系統將停止運行，須停止進料，開始停止反應并排廢。

                        圖2   一次熱媒系統（熱媒膨脹槽部分）

                        圖3   一次熱媒系統（熱媒爐、熱媒泵部分）

3 熱媒系統中的安全控制設計

(1) XV-23007

    熱媒膨脹槽23-T01的作用是維持循環系統的恒定壓力。

    ①工藝方案

    管道2502伸至23-T01內部，若壓力升高，則自管內溢流到23-T01內部；若壓力下降，則經由XV-23007自動補充。因此，XV-23007起定壓作用。

    ②XV-23007狀態

    正常時，由于其定壓作用，∴XV為閥開(open)；此時，氣路暢通，但被電磁閥切斷。

    氣源故障時，XV為閥開(open)，因為閥設計時即為F.O.，考慮到安全狀態；此時，氣路斷。

    緊急情況時，XV為閥關(close)，ZS/C信號送熱媒站停爐；此時，氣路通，通過HS-23006，令電磁閥得電開啟，氣源到達膜頭，閥門關閉。

(2) 熱媒爐聯鎖停爐信號回路分析                     

    原則：安全柵的relay應為常帶電（energised）狀態

    測量控制回路圖如圖4所示。

                                  圖4-a

                                  圖4-b

                                  圖4-c

                                  圖4-d

(3) F.O.（Failure Open）閥的正∕反作用確定

    原則：①滿足控制的要求

          ②符合工藝人員手動操作時的感性認識

    例：PdV－50004

        Pd上升→需PdV閥開度加大        

    ∵ PdV為F.O.，即氣關，氣信號增加→PdV閥開度減小

    ∴ Pd上升→需氣信號下降→PdV閥開度加大，即反作用；

    方法：將控制點的作用方向設為反作用，以滿足自動控制時的信號要求。

    問題：手動時，因為是氣關閥，零信號時，閥為全開，∴給20％的輸出信號時，閥桿會停在80% 的位置，即信號上升→閥門開度減小，不符合人的感性認識。

    方法：將控制點的作用方向仍然設為正作用，而在AO點的組態中，將Set Details項設為Reverse Output。

    如此，即可同時滿足①&②原則。

4 結束語

    熱媒系統的正常運行是整個聚酯生產裝置至關重要的部分，應當從工藝、控制、操作等各個細節完善其安全控制設計。

參考文獻

[1] 李勝利，盧金芳.石油化工裝置安全儀表系統的設計[J].石油化工自動化，2007(2):18-22.