硫磺回收装置紧急停车系统的设计.pdf

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1、第6期李呜等．硫磺回收装置紧急停车系统的设计739硫磺回收装置紧急停车系统的设计李呜黄丽梅张宇梁英(南昌大学环境与化学工程学院，南昌330031)摘要根据紧急停车系统的设计原则，以某石化公司硫磺回收装置的生产工艺及控制过程为基础和以提高系统安全可靠性为目的，设计基于PLC双重冗余的安全联锁停车系统，具体给出了ESD系统的硬件配置及CLAUS燃烧炉的ESD逻辑。关键词硫磺回收ESD双重冗余联锁中图分类号TP271文献标识码A文章编号1000—3932(2011)06-0739-04随着全球含硫原油和天然气资源的大量开发，CLAUS法从酸性气中回收元素硫的工艺已成为炼油和天然气

2、加工过程的重要部分，因此进一步加强硫磺回收装置(SulfurRecoveryUnit，SRU)⋯在石油化工生产中的应用，对我国油气加工工业的发展极具现实意义。然而，硫磺回收装置生产过程易发生爆炸、污染和伤亡等事故，因此确保突发情况下装置的平稳、安全停车非常重要。紧急停车系统(EmergencyShutdownDevice，ESD)是独立于生产过程控制系统的用于大型装置的安全联锁保护系统¨’2’，在正常情况下实时、在线监测装置生产过程。当生产过程出现意外波动或紧急情况时，系统自动地采取相应措施或紧急停车，确保人员、生产设备和工厂周边社区的安全。笔者结合某石化公司硫磺回收装置生

3、产工艺，阐述PLC紧急停车控制系统的设计过程。1ESD系统的设计原则1．1独立设置原则保证设备免受其它关联设备故障或误动作的影响。ESD系统中的各部分尽量选用专用设备或仪表，其检测元件、变送器及执行机构等要独立设置，其中变送器宜采用模拟信号，当采用智能变送器时，在操作站上要运用设置修改现场仪表有关参数的加密技术来设置相关的权限；关键部位的温度、压力、流量及液位等检测仪表不宜采用机械式。1．2中间环节最少原则对于串行系统而言，只要有一个设备发生故障，整个系统就会发生故障。串行系统的故障发生率A是各部件故障发生率之和，即：A。¨=Al+A2+A，+⋯(1)系统平均无故障时间t的

4、计算式为：t=I／A(2)土：上+上+上(3)t”。IIt2I，‘m2F责瓦。忐似)可用度A是系统的可靠性指标，其计算式为‘31：A2南tt(5)+’式中￡’——平均故障修复时间，它是统计值，远小于t。由式(5)可见，无论多么精密的仪表或电子部件，其可用度不可能达到100％。假设tI不变，由式(4)、(5)可知，系统中串联的仪表(或部件)越多，则故障率A越高；t时间越短，其可用度就越低。因此，减少中间部件(如中间继电器、安全栅、转换器等)可以有效提高系统的可用度。1．3冗余原则冗余的目的是减少因一个错误或系统维护而导致的产品损失。在并联系统中，只有全部子系统发生故障，系统才

5、会出故障。并联系统的可用度A的计算式为H1：A’o=1—17(1一A。)(6)式中A；——各子系统的可用度。假设并联系统中各子系统采用相同设备，则A。=A2=⋯=A。=口<100％，那么，并联后系统的可用度A’。的计算式为：A’o=1一(1一口)‘(7)可见并联系统越多，其可用度越高。因此，在收稿日期：2011-02-25基金项目：南昌市重点基金资助科技项目(Z03316)化工自动化及仪表第38卷各单元中进行冗余配置能有效提高ESD系统的可靠性。1．4故障安全原则由于内部或外部原因导致ESD系统紧急停车失效时，被保护的对象要依预定顺序安全停车，自动转入安全状态。如现场开关采

6、用常闭触点开关仪表，在正常情况下触点闭合通电为故障安全型；而在事故情况下常闭触点断开则报警或联锁，有效防止故障时ESD系统不动作。该方法同时采用2002或2003配置时"1，可以有效避免系统的误动作、提高其可靠性和安全性。2SRU装置中ESD系统的硬件配置在硫磺回收装置紧急停车系统的设计过程中，首先根据其工艺流程的要求、控制过程及所需的安全功能进行紧急停车联锁逻辑设计，指定适宜的安全等级；然后确定实现安全功能的组件要求(PLC的型号、I／O卡件、传感器、变送器和执行器等)。笔者将整套ESD系统设计为操作监控层、逻辑控制层和生产现场层3部分(图1)，并通过通信网络将各级控制层

7、连接起来。操作监控层主要有SOE站、工程师站、操作员站和远程监控站；逻辑控制层的控制器选用SIMATICS7-400FH故障安全型PLC；生产现场层的I／O设备有变送器、调节阀、切断阀及火焰检测器等。现场信号现场信号图1硫磺回收装置ESD系统的硬件结构示意图本设计选用西门子的CPU417—4H作为核心处理器，为满足冗余及安全等级要求，系统控制单元由两套CPU417．4H组成，为保证系统用电的可靠性，每套CPU单独配置西门子PS40710A电源模块，还配置了用于控制系统与上位机(SOE站、工程师站及操作员站等)进行通