调节阀在石油化工装置紧急泄压中的应用.pdf

第 4 7卷第 2期 2 0 1 1年 4月 石油化工 自 动化 AUT M ATI N I N PETR _ CHEM I CAI I NDUSTRY V o 1 ． 47， NO ．2 Apr i l ．2 Ol1 调节 阀在石油化工装 置 紧急泄压 中的应用 范咏峰 ， 陈争 荣 中国石 化工 程建设 公 司， 北京 1 0 0 1 0 1 摘 要 高压加氢装置反应系统的紧急泄压是确保装置安全 的关键环 节之一 ， 泄放流速 过大及不稳定 ， 对沸腾床反应 器带 来诸多不利 ， 通过调 节阀连续开度调 实现按期望的泄放流速进行 反应 系统紧急泄 町以有效地解决 这一问题 。介绍 调节阀 在石油化丁装 置紧急泄压 I I I 的方法 ， 比较 采用限流孔 板和调节阀在 紧急 泄压应用 中的不同考虑 ， 列举 泄压模式 、 调节 阀的分 程控制 ， 分析 r调 阀 C 值 的选用及调 节阀气路 、 电磁阀的 没置 ， 描述 J ， 大致的泄 压程序 。通 过实际应 刷说 明了调节 阀在 油化工装置中的应用 为一种有效的方式 。 关 键 词 调 阀 ； 紧急泄压 ； 电磁 阀 中图分类号 T P 2 1 4 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 1 0 2 0 0 1 9 0 4 Th e App l i c a t i o n o f Co n t r o l Va l v e i n Eme r g e nc y Pe t r o c he mi c a l Pl a n t s Fa n Yon g f e n g，Che n Zhe ng r ong S EI ，Be i j i n g，1 0 0 1 0 1，Ch i n a Ab s t r a c t Th e e m e r g e n c y de p r e s s u r i z i n g i n hi gh p r e s s u r e hy dr o ge ne na t i on u ni t i s t he ke y m e a s u r e f o r s a f e t y，t o o hi gh f l owr a t e a nd i ns t a bi l i t y d ur i n g de pr e s s u r i z i ng i s di s a d v a nt a g e f o r b o i l i ng b e d r e a c t or ， c on t i nu a l c o nt r ol o f c o nt r o l v a l v e o pe n i ng p e r c e n t a ge c a n s o l ve i t e f f e c t i v e l y ． Th e a p pl i c a t i on o f c o nt r o l v a l v e i n e m e r ge n c y de pr e s s u r i z i ng， c o mpa r i s on o f us i n g r e s t r i c t i o n o r i f i c e a n d c o nt r o l v a l v e f o r d e p r e s s ur i z i n g s y s t e m ， i l l us t r a t i ng d e p r e s s u r i z i n g mod e， t he s pl i t r a n ge c o nt r o l of c o nt r o l va l ve a r e i n t r o du c e d． The s e l e c t i o n of c o nt r o l v a l ve C ，pne uma t i c ho o k u p o f c on t r o l v a l v e a n d s o l e no i d v al ve a r e a na l y z e d，de pr e s s u r i z i ng pr o c e dur e i s de s c r i be d． I t i s c on c l ud e d t ha t t he a pp l i c a t i o n o f c on t r o l v a l ve i n p e t r oc he mi c a l u ni t s f o r e m e r ge n c y de pr e s s u r i z i n g i s a n e f f e c t i ve me a s ur e t h r o ug h pr a c t i c e a pp l i c a t i o n． Ke y wo r d sc on t r ol v a l v e；e m e r g e n c y d e p r e s s ur i z i n g；s o l e n oi d v a l v e 0 引 言 高压 加 氢 装 置反 应 系 统 的紧 急 泄压 是 确保 装 置安 全 的关 键环 节之 一 ， 通 常 通过切 断 阀和 限流孔 板 串联实现 ， 也有 采用 调节 阀按 几种 不 同的预定 开 度进行 分段 泄压 的方 式 ， 该 文介 绍一种 通 过调节 阀 连 续开 度调 节实 现按 期 望 的泄 压 速 率进 行 紧 急 泄 压 的方 法 ， 该 方法 在 周内某 高压加 氢装 置 中成功 应 用 ， 下 面针对设 计实 施过 程 中应注 意 的一些 问题 进 行 简要 阐述 。 1 概 述 采用 切 断 阀 和 限流 孔板 串联 实 现反 应 系 统 紧 急泄 压 已有很 多的应 用实 例 ， 但 在实 际操 作 中存在 泄放 流速 不稳定 的缺 点 。在泄压 初期 ， 由于 限流孔 板前 的压力 等于 泄压启 动前 的反 应 系统工 作压 力 ， 压力值 相对 较大 ， 这时 通过 限流孔 板 的泄放 流速 比 较大 。随 着 时 间的 推移 ， 反应 系 统 压力 下 降 后 ， 通 过限流孔 板 的泄 放 流 速 会相 对 较 小 。为 在 规 定 时 间内降压 到 目标值 ， 降压初期 的泄放流速峰值 较 大 ， 泄放 流速 过 大对 固定 床 反 应 器影 响相 对 小 些 ， 但 对沸腾 床 反 应 器将 带 来 诸 多 不 利 ， 如 催 化 剂 流 失 、 反 应器 内件受损 等 。采 用调节 阀按 儿种 不 同的 预定 开度进 行 分段 泄压 ， 虽然 对此 有一 定改 善但 尚 有 不 足 ， 通 过调 节 阀连续 开度 调节 进行 反应 系统 紧 急 泄压 可 以有效 地解 决该 问题 ， 即在 整 个泄压 过程 中尽量 保持 同一 泄放 流速 泄压 ， 初期 调节 阀开度较 小 ， 随着 反 应 系统 压 力 的下 降 ， 调 节 阀开 度逐 渐 开 大 ， 补偿 因阀前压力下降而引起的实际流通 c、， 值 的下降 ， 以实 现平稳 泄 压 的 曰的 。泄放 流 速 的相 对 平稳 对 于保护 反应 器 内件 、 防止催 化剂 流失 等具 有 非常 重要 的作 用 。两 种 泄 压 方式 泄放 流 速 对 比如 收 稿 日期 2 0 1 0 1 2 2 7 作者简介 范咏峰 1 9 7 O ， 男 ， 山东济 宁人 ， 1 9 9 3年毕 、世于 上海 同济大学工 业电气 自动化专业 ， 获学十学位 ， 现在 中国石化工 程建设公司仪表 自控室从事 石油化 工 自动化 程 设计工 作， 任 岛 级 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 石油化工 自动化 第 4 7 卷 图 1 所示 图 中所 示 曲线仅 为 示 意 ， 实 际应 用 中会 有偏 差 。 ， f l t { m l n 图 l 两种 泄压 方式 泄放 流速 对 比 2紧急泄压 模式 反 应 系 统 的紧 急 泄压 模式 需 根 据装 置 工艺 条 件 确定 ， 包括 不 同紧 急 状态 下 的泄 压顺 序 、 泄压 速 率 、 泄放 流速 及时 问 。对 于 因操作 条件越 限 引起 的 联 锁泄 压 ， 一 般先 将系统 压力 泄到 一个相 对安 全 的 点 ， 然后 根据 装置 的状 态决定是 继 续泄压 还是 等待 恢 复 系统 ； 对 于非 常 紧 急 的情 况 ， 则 将 系 统压 力 直 接 泄到 最安全 的点 。下 面 以 该 高压 加 氢 装 置为 例 具体说明。该例中通过控制调节阀开度 ， 调节泄放 流 速 ， 从 而达 到在 规定 的时 间 内按期 望 的泄压 速率 进 行泄 压 。 紧急 泄 压 设 1 8 MP a G 一 1 O MP a G 和 1 8 MP a G 一3 MP a G 两种模式 ， 泄压速率控 制在 0 ． 6 MP a ／ mi n 。从反 应 系统 的正 常压力 1 8 ． 4 6 1 MP a 降到 l O MP a 约需 1 5 mi n 。 1 8 MP a 一 1 O MP a的泄压模 式 由相关 的联锁条 件 自动触发启动 ， 1 8 a 一 3 MP a的泄压模式 由紧急 泄压 手动按钮启动 放置在控制 室辅助操作台上 。 泄 压过 程 由 2个 并联 的调 节 阀 HV一1 0 1 A／ B 按预定 的斜 坡 函数 r a mp 和 r a mp 给 定值 实 施 分程控 制 ， 采 用 2个 调 节 阀 使泄 压 系 统 安 全可 靠 ， 并 且具 有较 宽 的可 调 范 围 。如果 实 际操 作 中 由于 各 种原 因 1个调 节 阀 的流 通 能 力不 能 实 现 规定 的 泄 压 速 率 ， 调 节 阀 HV一1 0 1 B会 在 调 节 阀 HV 一 1 0 1 A打到全开位置后 ， 投入控制逐渐 开启 ， 以实 现 期望 的泄压 速率 。 HV一1 0 1 A／ B分 程控制 如 图 2所 示 。 l O ＼ [ 垦 P I C 输 出／ ％ 图 2 调 节 阀分程 示意 3 紧 急泄压 紧 急泄压 流程 如 图 3所示 。 S PLI T RANGE 5 0％～1 0 0 ％ r 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 图 3 紧急 泄压流 程 a 当工 艺联 锁触发 后 ， 泄压 程序 被启 动 ， 第 一 步泄 压 目标 是 l o MP a 。 当达 到 1 0 MP a后 ， 如果 没有进一步 的潜在风 险， 系统 会 自动关 闭 HV l O l A／ B， 维持系统压力在 l O MP a ， 随后操作员可 根 据 具 体 情 况 进 行 相 应 的 操 作 ， 如 恢 复 系 统 压 力等 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 范 咏 峰 等 ．调 节 阀在 石 油 化 工 装 置 紧 急 泄 压 中 的 应 用 2 1 b 当达到泄压 目标 1 0 MP a时 ， 系统仍 然存在潜 在风险 ， 操作 员可 以在判断 情况后 ， 手动启 动第 二步 泄压 HS一2 0 3 ， 将 系统 压力 进 一步 降低 到 3 MP a 。 在某些 比较紧 急 的情 况 下 ， 操 作员 也 可 以直 接启 动 手动 泄 压 按 钮 HS一2 0 3 ， 这 样 1 8 MP a G 一 3 MP a G 的泄 压模 式立 即 被触 发 ， 系 统 压 力将 分 两 步连 续泄压 ， 第 一步 泄压 到 1 0 MP a O ， 第 二 步 继 续泄 压到 3 MP a G 。 两 步泄压 曲线 如 图 4所示 r a mp 和 r a mP 。可 根 据 不 同 的 工 艺 操 作 要 求 做 适 当的调 整 。 P 1 0 尸 1 t } m i n t 』 m I l l a 按r a m p 泄压 G b 按r a m p 泄压 G 图 4 泄 压 PT1 0 1 曲线 示意 4 反 应 系统压 力值 的选 取 由于 紧急 泄压 采 用 以反 应 系 统压 力 为 目标 值 的分 程控制 ， 所 以压 力 控制 回路 测 量 值 P 非 常 重要 ， 设 置 了 3 个 独 立 的压 力 变送 器 ， 采用 取 中值 等 同于三取 二 的算法 ， 确保 压 力控 制 回路 P 值 的可靠 性 。 5调 节 阀的选取 由工艺提 出期 望 的平稳 泄放 流速 ， 按此 流速及 差压 值 9 ．6 MP a 第 一 步 系 统 泄 压 目 标 压 力 1 0 MP a 减 去阀后 管 网的压 力 0 ． 4 MP a ， 计 算 出 相 应 的 C 值 ， 然 后 留一 定 余 量 ， 得 出调 节 阀 的选 用 c 值。利用该 c 值核算调节阀 HV一1 0 1 A／ B是 否有 足够 的 流 通 能 力 完 成 第 二 步 的泄 压 ， 即 按 照 0 ． 6 MP a ／ mi n泄 压速率 将 系统 压 力从 1 0 MP a 进 一 步降低 到 3 MP a 。核 对方 法 只要 2 倍 选用 差压 为 2 ． 6 MP a 时 的流通 能力 C 值 能 够满 足 泄放 流 速 的要求 ， 并有适当的余量 即可 。仪表专业应提供调 节 阀 的 最终 C 值 给 工 艺 专 业 作 紧 急 泄 压 配套 管 网设 计依 据 。 由于 紧急 泄压 系统管 路相 对单 一 ， 中 间没 有换热 器 等设备 ， 调节 阀前后压 力基 本上 等 于 反应 系统压 力 和管 网压力 之间 的压力 差 ， 在选 取调 节 阀 C 值 时 只要 留有 很 少 的余 量 即 可 ， 这 样 可 以 减 少 系统管 网 的设 计成 本 。需要 注意 的是 ， 在 系统 管网设计时需要考虑可能 由于控制的故 障或调节 阀本身 的故 障 造 成 HV一1 0 1 A／ B 都 处 于 全 开 的 位 置 ； 阀前 压力 为反 应 系 统 的正 常 压 力 时 ， 泄 放 流 速 会 相对较 大 ， 管 网设 计应 能承 受这个 泄 放流 速 。 该装 置 反 应 系统 的 泄压 方 案 为今 后 更 改 留有 余 地 ， 调节 阀 HV一1 0 1 A／ B 可以 根 据 反应 系统 压 力 P T一1 0 1进行压力 回路 P I D的分程控 制 ， 同 时义 可 以根据实际操作 需要实现 控制室或 现场 的手动 两 位式 开阀或关 阀操 作 ， 调节 阀选 用双 气缸调 节 阀 ， 同 时具 有连续调 节／ 两位 式 开 阀／ 两 位式 关 阀功 能 ， 以 2位 3 通 电磁 阀为例的气路连 接如 图 5所示 ， 实 际应 用 中可以根据具 体功能 的不 同要求简化 气路连接 。 F CTS 0 图 5 2位 3通 调 节 阀气路 控 制 示意 电磁 阀 S 和 S 。的状 态 和调 节 阀状 态 对 应 值 见表 1所 列 。 表 1 电磁 阀 和调 节 阀 状 态 对 应 S ， S 电 磁 阀 状 态 S ， S 失 电 时 S ， S 。励 磁 时 S 励 磁 时 S 失 电 时 s 失 电时 S 。励 磁 时 调 节 阀 状 态 4 ～2 0 mA控制 阀 开 阀 开 阀关 装 置 正 常 运 行 中应 避 免 紧 急 泄 放 阀 HV 一 1 0 1 A／ B的故 障打 开 ， 为 此 HV 一1 0 1 A／ B选用 F C 阀 门 。为 了在 气源 故障 时也 能实施 紧 急泄 压 ， 调 节 阀 HV一1 0 1 A／ B均 配置 了储 气罐 ， 在气 源 故障 时 ， 调节 阀仍然 可 以正 常打 开和关 闭一 次 。 6控 制和 逻辑 的实 现 紧急泄 压 由装 置 的相关 联 锁逻 辑触 发 ， 紧急泄 压 的分 程控 制 和泄 压 速 率 的斜 坡 函数 等 由相 应 的 运 算及控 制模 块 实现 。 a 在 正 常工 况 下 ， P I C一1 0 1处 于 锁 定 状 态 ， 输 出强制 为 0 ， 确 保 HV一1 0 1 A／ B处 于全 关状 态 。 b 当 泄压逻 辑 被 触 发后 ， 泄 压 曲线 r a 1 1 l P 被 自动启 动 ， P I C一1 0 1被强 制 到 自动模 式 ， 通过 分 程 控 制 自动调 节 HV一1 0 1 A／ B的开度 。系统压力 将 按 照 0 ． 6 MP a ／ mi n的下 降速 率通过 HV 一1 0 1 A／ B 的逐 步 打 开 下 降 到 1 0 MP a 。 当 系 统 压 力 达 到 1 0 MP a 后 ， 如果 手动 泄压 控 制 室辅 助 操 作 台手 动 按钮 没有 被 启动 ， 系统 自动强制 P I C一1 0 1到手 动 模式 ， 并输 出为 0， HV一1 0 1 A／ B处 于全关 状态 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 石油化工 自动化 第 4 7 卷 c 当泄压逻辑 被复位后 ， P I C一1 0 1自动被强 制 处 于锁定状态 ， 输 出强 制为 0 ， 确保 HV一1 O 1 A ／ B处 于全关状 态 。 d 当手动泄 压 被 触 发后 ， 泄压 曲线 r a mp 被 自动启 动 ， P I C一1 0 1被 强制 达 到 自动 模式 ， 通 过分 程控制 自动调节 HV一1 O 1 A／ B的开度。第一步， 系 统压力将 按照 0 ． 6 MP a ／ mi n的下 降速 率通过 Hv一 1 0 1 A／ B的逐 步打开下降 到 1 0 M _ P a ； 第 二步 ， 系 统压 力将 按 照 0 ． 6 MP a ／ mi n的 下 降 速 率 通 过 HV 一 1 O 1 A ／ B的进一步打开而下降到 3 MP a 。当泄压逻 辑被复位 后 ， P I C一1 0 1自动被 强制 处 于 锁定 状 态 ， 输出强制为 0 ， 确保 HV一1 0 1 A ／ B处于全关状态。 e 当手动 泄 压 被 触 发 后 ， 泄 压 系 统 首 先判 定 当前是 否 正处于 第 一 步 泄压 过 程 中， 如果 不 是 ， 则 按步骤 d 中的程序开始泄压。如果正处于第一步 泄压过 程 中 即在 手 动 泄 压被 触 发 前 ， 泄 压 逻辑 已 经 由于工 艺过程 的原 因而 被 触 发 了 ， 则 需 要 等待 系统压力被 降低到 1 0 MP a后 ， 再从 r a mp 。的 t 处继续 开 始泄压 到 3 MP a 。 7 结束语 该装置在调试 、 联运及投产后的计划开停工过 程 中 ， 采 用调 节 阀方式 的紧 急泄压 系统进 行 了多次 测试及实际应用 ， 都达到 了良好 的控制效果 ， 符合 设 计要求 ， 泄 压 过 程 中保 持 了相 对 平 稳 的 泄 放 流 速 ， 在 预期 的时 问 内达 到 了设 定 的泄压 目标值 。通 过实 际应用 说 明 了调节 阀在 石 油化 工 装 置 中 的应 用 为一种 有效 的方 式 。 参考文献 [1] 朱江． 加氢裂化 装置 紧急泄压 系统 限流孔板 的核算[ J ] ． 中国特种设备安全 ， 2 0 0 6 ， 1 1 51 9 ． [2] 孙剑利． 加氢裂化 紧急泄压 系统的试 验和泄压 孔板 内径的 理论计算E J 3 ． 石油炼制与化工 ， 1 9 9 6 ， 2 6 2 6 6 ． [3 ] 藏忠 涛． 浅 析加 氢裂化 装置安全 保 障体 系E J ] ． 石 油知 识 ， 2 0 0 9， 2 2 42 7 ． [4] 李立权． 加氢裂化装置操作指 南E M] ． 北京 中 国石化 出版 社 ， 2 0 0 52 4 02 5 6 ． [5 ] 韩崇仁． 加氢裂化工艺与工程E M3 ． 北京 中国石化 出版社 ， 2 0 01 7 9 68 1 9 ． [6 ] 刘军． 切断阀采用 电磁 阀达到相对 连续控 制的探讨 [ J ] ． 石油化工 自动化， 2 0 0 9 ， 3 6 2 6 3 ． [7] 唐丹蓉． 电磁 阀在石油化 工装置 安全联锁保 护过程 中的设 计与应用E J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 3 ， 4 1 21 5 ． [8] 陆德民 ， 张振基 ， 黄步余． 石油化 工 自动控制设计手 册[ M] ． 3版． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 0 ， 3 5 03 5 2 ． [ 9] 孙旭． 气动切断 阀实 现三位 控制 的探讨[ J ] ． 石油化 工 自 动化 ， 2 0 0 3 ， 5 8 5 8 7 ． [ 1 o 3 周超群． 电磁阀的原理 及其在 工程设 计 中的应用探讨 [ J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 6 ， 5 9 2 9 4 ． [ 1 1 ] 国家石油和化 学工业 局． S H 3 0 O 5 1 9 9 9石油化 工 自动化 仪表选型设计规 范E s ] ． j ￡ 京 中国石化出版社， 1 9 9 9 ． [ 1 2 ] 田 静 ， 刘棋， 苏广全． 火灾泄 压放空 时限流孔 板的实验 论证r J ] ． 天然气与石油 ， 2 O 1 0 ， 8 2 6 2 8 ． 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I T E 0传感器匹配 。只需要选择传感器 口径 和表 面抛光度 ， 并且选 择 Mo d b u s 或 P mfi b u s --D P 数字通信和集成阀门控制 ， 从而实现更快的速度和更 高可靠性 ， 或者可为传统脉 冲计数应用选择频率／ 脉冲输 出。 高准科里奥利灌装应用仪表没有 可动部 件 ， 因此 ， 在 提高 产量 的 同时降低 了维 护要 求 ， 缩减 了成 本。 电子 部件 不受 C I P ／ S I P的温度骤变影响 ， 传感器采用卫生型 自排空设 计。仪表 获得 了 3 A 授权 和 E HE D G认 证 ， 适用于卫生 型应用。圆 角 ， 抛光外表面 和无 内部缝隙 的设计 ， 便于进行快速 和轻松 的清洁 。 艾默 生过 程控 制有 限公 司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m