“三阀组联锁”在焦化装置中的应用.pdf

第 5 1 卷第 2 期 2 0 1 5年 4月 石油化工自动化 AUT0M AT1 0N I N P ETRO CHEM I CAL I NDUS TRY Vo 1 ． 5 1，NO ． 2 Ap r i l ，2 0 1 5 “ 三 阀组联锁 “ 在焦化装 置 中的应用 黄兴航 中石化青岛石油化工有限公司， 山东 青岛 2 6 6 0 4 3 摘要 为有效避免焦炭塔四通阀切换过程中因误操作引发的事故 ， 必须使四通阀和进料隔断阀的动作顺序处于联锁状态中。 详细介绍了根据焦炭塔工艺切换特点设计的 P L C联 锁系统 、 四通旋塞 阀、 进料 隔断阀以及 电动执行机构 的特点 ， 阐述 了该系统 的其他硬件组成 、 实现方法及应用效果 。该系统可有效防止人为误操作 ， 减轻劳动强度 ， 保障装 置长期 安全生产 。 关键字 焦炭塔四通阀进料隔断阀联锁I Q执行器 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 5 0 2 0 0 6 1 0 3 延迟焦化装 置是周 期性操作 ， 工人 劳动强度 大、 时间长 、 环境差 ， 容易发生人为误操作事故 。该 装置周期性操作 中的关键一步是 焦炭塔 的进料切 换 ， 目前对如何确保安全切塔 ， 有效预 防因四通 阀 误操作而引起切塔事故的探索仍在持续进行中， 国 内厂家 尚无 自己的产 品， 对 国外技术仍过 于依赖 ， 笔者对该问题进行了讨论 、 分析。 1 装置背景 某厂 1 ． 6 Mt ／ a 延迟焦化装置 ， 设计循环 比为 0 ． 3 ， 生焦周期 为 2 4 h ， 采用“ 一炉两塔” 工艺流程 和大型化焦炭塔 ， 焦炭塔 的进料切换是整个操作周 期中非 常关键的一步 ， 其简易流程如图 1所示 ， 必 须按照 严格 的步 骤进 行 ， 否则 容 易 引发 重 大 事 故 。例如 ， 2 0 1 3年某 日， 该厂焦 炭塔 B塔生产 ， A 塔预热结束， 准备由B塔切 A塔。在切换 A塔之 前 ， 操作工误按 了进料隔断阀 S P V1 0 1 B的关 阀按 钮 ， 且 S P V1 0 1 B的指 示灯 变 黄 ， 出现 了预 动作 ， 所幸发现及 时 ， 否则炉 出 口憋压 ， 可 能造成 非计 划停工 ， 渣油一 旦泄 漏 ， 近 5 0 0℃ 的高温还 可 能 引发火灾事故 。 图 1 焦炭塔进料切换流程示意 2 设计 思 路 正常生产过程 中焦炭塔切换时相关阀门应按 照以下动作顺序 进行 若 A 塔切 B塔 则先 打开 S P V1 0 1 B， 再翻转 四通 阀 S P V1 1 1由 A塔到 B塔 ， 最后关掉进料 隔断 阀 S P Vl O 1 A。若 B塔切 A塔 则先 打开 S P V1 0 1 A， 再翻转 S P V1 1 1从 B塔指到 A塔 ， 最后关掉 S P V1 0 1 B 。 S P Vl l l 与 S P V1 0 1 A ／ B现场有如下联锁逻辑 关系当 A塔生产时， S P Vl l l指向 A塔， S P Vl 0 1 A 全开， 并处于锁定状态 ， 而 S P V 1 0 1 B是可以动作的。 当 B塔生产时， S P V1 1 1指向 B塔 ， S P V1 0 1 B全开 ， 并处于锁定状态， 而 S P V1 0 1 A是可 以动作 的。当 S P V1 1 1由 A 塔 切 向 B塔 生 产 时， S P V 1 0 l A 和 稿件收到 日期 2 0 1 4 一 1 0 - 1 3 ， 修改稿 收到 日期 2 0 1 5 0 1 1 6 。 作者简介 黄兴航 ， 男 ， 2 0 0 9年毕业 于青 岛科 技大 学 自动 化专业 ， 获学士学位 ， 现就职于 中石化青 岛石 油化工有限公司 ， 从事石油化 工仪表 自控相关设备及 计量 管理工作 ， 任工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 石油化工 自动化 第 5 1卷 S P V1 0 1 B都处于锁定状态。而 S P V1 1 1 相互切换 A 塔和 B塔的前提条件则是 S P V1 0 1 A和 S P V1 0 1 B都 处 于全开 的状态 。 1 S P V1 1 1在 A塔 位 置 时， S P V1 0 1 A 被 锁 定 ， 按动按钮也不能操作； 而 S P V1 0 1 B未被锁定 ， 按动按钮可以操作该 阀。 2 S P Vl 1 l 在 B塔位置时， S P V1 O 1 B被锁定 ， 按动按钮也 不能操 作； 而 S P V1 0 1 A未被锁定 ， 按 动按钮可以操作该阀。 3 S P V1 1 1 在中间 MP 位置时， S P V1 0 1 A／ B 都被锁定 ， 按动按钮也不能操作 。 4 S P V1 1 1 在旁路 B P 位置时， S P V1 0 1 A／ B 都未被锁定 ， 按动按钮可以操作 。 5 S P V1 1 1在切换过程 中， S P V1 O 1 A／ B都被 锁定 ， 按动按钮也不能操作 。 6 连续方式 S P V1 1 1 从 A塔 到 B塔及从 B 塔到 A塔切换的前提条件均为 S P Vl 0 1 A／ B全开。 7 中问方式 S P V1 1 1从 A塔 到 MP、 从 MP 到 A塔 、 从 B塔到 MP及从 MP到 B塔切换 的前 提条件均为 S P V1 0 1 A／ B全开 。 8 旁路方 式 B YP AS S S P V1 1 1从 MP到 A塔切换 的前 提条件为 S P V1 0 1 A全 开， S P V1 1 1 从 MP到 B塔切换的前提条件为 S P V1 0 1 B全开 。 3 硬件组成 该厂焦化装 置 S P V1 1 1和 S P V1 0 1 A／ B均采 用 P OY AM 阀门， 其 中 S P V1 1 1为双 电动头提升 X2 - 3 3 X2 - 3 4 X2 2 9 X2 2 8 X2 3 X2 4 X2 6 X2 7 X2 8 X2 9 X2 1 O X2 一l 3 X2 一l 2 S 7 7 l l 1 3 ￡ 1 9 萄 OPE N I CLOS E A6 蕊 A ’1 A I 式 四通旋塞 回座 阀， S P V1 0 1 A／ B为单 电动头旋塞 回座阀， 电动头均采用 I Q系列执行器 。现场操作 控制盘 由一个独立的 P L C控 制系统组成 ， 主要包 括 C P U、 电源模块 、 P L C I ／ O模块 、 模块连接器 、 端 子排、 辅助继电器及其他附件 。 I Q执行器是对阀门进行就地及远程 电动控制 的非侵入式 自控设备， 包括电机， 减速齿轮， 现场控 制反转启动器 ， 带 电子逻辑控制的力矩 、 限位和监 视装置。使用非侵入 式手持红外线 I Q设 定器可 对力矩、 限位和可组态的指示触点进行设定 ， 初级 设定包括行程末端限位 、 力矩作用、 开关方式、 力矩 保护值、 限位等 ； 二级设定主要用于一些较 复杂 的 控制 、 指示和备选装置的功能。现场控制在 电气控 制端盖上提供了非侵入式选择器 ， 包括 1 个可锁定 在就地／ 停止／ 远程位置的选择器和 1个开阀／ 关 阀 控制器； 远程控制有 6个控制输入端 开阀、 关阀、 停止／ 保持 、 紧急保护 、 开 阀联锁 和关 阀联锁 。开 阀、 关阀以及双方 向上的联锁可通过外部硬接线实 现 ， 并可组态为禁 止就地和远程操作 ， 只有 当外部 触点闭合时， 才可进行操作 。联锁 电路可与任何远 程控制 电路叠加 。联锁输入操作使用独立 的电源 公共端 ， 以保证安全 系统 和操 作控制系统之 间的 隔离 。 4 联锁功能实现过程 整个三阀组联锁功能由阀门的 I Q电动头、 现 场控制盘 P L C系统共同实现， 接线如图 2 所示。 X2 31 X2 3 2 X2-2 5 X22 4 X21 X22 X21 】 LI F T 0P EN DoW N CLOS E CL0S E LI M I T 0P EN LI M I T I NTE RLOCK S P V 】 1 1 图 2 现场控 制盘 与 S P V1 0 1 A／ B及 S P V1 1 1连接 示意 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 黄兴航．“ 三阀组联锁” 在焦化装置中的应用 6 3 图 2中， S P V1 0 1 A 电动头联 锁项 3 7和 3 8接 线端通过端子排接点 Xl 一 2 4连接 K1 2继 电器， 开 到位状态端子连接 K1 继 电器 ， 关到位状态端子连 接 K2继电器 ； S P V1 0 1 B电动头联锁项 3 7和 3 8接 线端通过端子排 X1 2 5连接 K1 3继 电器 ， 开到位 状态端子 连接 K3继 电器 ， 关 到位 状态端 子连 接 K4继 电器； S P V1 1 1提升头 的电动头联锁项 3 7和 3 8通过端子排 X 2 1 1连接 K1 4 ， S P Vl l l旋转头 的电动头联锁项 3 7通过端子排 X 2 1 3连接 K1 5 A塔切 B塔 ， 3 8通过端子排 X2 1 2连接 K1 6 B 塔切 A塔 ， 开状态则由 3 5端子连接 K2 0 ， 关状态 由 3 3端子连接 K1 9 。 A塔生产时， S P Vl l I指向 A塔 ，P L C首先接 收来 自 S P V1 0 1 A／ B和 S P V] 1 1各 阀门的开关 状 态信号 ， 根据预先编好 的程序发 出指令 ， 使 K1 2继 电器处于断开状态 接端子排 X1 2 4 ， 电动头端子 3 7和 3 8 ， K1 3处 于吸合状 态 允许 s P V1 0 1 B动 作 ， 故 S P V1 0 I A处 于开启并锁定的状态 ； 此时若 S P V1 0 1 B处于全关 ， K1 4 接 X2 1 1 ， 提升头开关 锁定 及 K1 5 接 X 21 3 ， C C W 逆 时针 锁定 和 K1 6 接 X2 1 2 ， C W 顺 时针锁定 处于断开状态 ， 则 S P V1 1 1也处于锁定状态。 B塔生产时， S P Vl l l 指 向 B塔 ， P L C根据接收 到的阀门状态， 由程序发出指令使 K1 3 常开触点 处 于断开状态， K1 2吸合 ， S P V1 0 1 B开启并锁定 ； 此时若 S P V1 O 1 A处于全关，K1 4及 K 1 5和 K1 6 常开触点 处于断开状态， 则 S P Vl 1 1 也处于锁定状态。 5 结 束语 该厂 1 ． 6 Mt ／ a 延迟焦化装置焦炭塔三阀组联 锁问题 自解决以来 ， 应用效果 良好 ， 在正常生产频 繁切换操作中， 可以有效 防止人为误操作 ， 减轻劳 动强度 ， 保障装置长期安全生产 。从装置长周期安 全运行的经济效益及相关 问题解决处理的角度 出 发 ， 该技术值得推广。 参考文献 i [ 1 ] 陆德民， 张振基， 黄步余． 石油化工 自动控制设计手册E M] ． 3版． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 黄步余， 王建民， 王玉华． S H／ T 3 0 1 8 --2 0 0 3石油化工安全 仪表系统设计规范E s ] ． 北京 中国石化 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3] 瞿 国华． 延 迟 焦化 工艺 与 工程 [ M] ． 北 京 中国石 化 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 4] 钱芝忠 ， 刘智斌． 高压聚乙烯装置反应 器安全联锁 分析 E J ] ． 化工 自动化及仪表 ， 2 0 1 3 ， 4 0 0 1 1 0 5 1 0 7 ． [ 5] 宋江颂． 长丝生产联苯炉安全 联锁 回路 的误动 作及 解决 办 法_ J ] ． 化工 自 动化及仪表， 2 0 1 3 ， 4 0 0 5 6 8 6 6 8 8 ． [6] 吴宏图． 电动执行机构的控制程序 E J ] ． 化工 自动化及 仪表 ， 2 0 1 3， 4 0 0 9 1 1 86 1 1 8 7， 1 1 9 5 ． [ 7 ] 齐章京， 杨志家， 周侗． 具有红外通信的智能电动执行机构 控制器设计 [ J ] ． 化工 自动 化及 仪表 ， 2 0 1 3 ， 4 0 O 9 1 0 9 9 1 1 0 2， 1 1 3 3 ． 上 接 第 6 0页 变量转换成 浮点型变量 除 l O即得到所需数据 一 般将浮点数放大 1 0 倍取整数部分进行通信 。 发送数据是接收数据的逆过程 ， 将浮点数据放 大 1 0倍转换成 I NT型 ， 用“ S E TI NT” 模块发送消 息 S E RI AL 0将 I NT数据放在 D WO RD型变量 低 1 6位 ； s E R I AL一1 将放在高 1 6 位 。 模块“ S E NGMS G” 用来设置发送消息的个数 ， 每个消息 4 B y t e ， S I Z E表示消息的个数 ， 消息内容 放在“ g _ ms g E] ” 发送数据区。 赋予通信数据位号 如 VT0 1 ， VT 0 2 就 可在 操作画面查看及改变数据 ， 从而监视和控制远程直 流电源的运行。 6调试 调试 过程 中必须注意总线连接器的接线和控 制器的复位操作 ， 连接错误或者从站地址修改后不 复位都会造成通信连接故 障。数据处理 中要注意 数据类型的变化 ， 特别是从 3 2位 DWOR D型数据 中读取 】 6 位 I NT数据时要注意高低字节 的转换 ， 否则无法读取正确的数据。 7 结束语 P r o fi b u s D P 作为现场层的高速数据传送网络， 成功应用于 F _ F _ S 1 0 0系统和直流电源控制器之间的通 信， 实现现场远端设备的启停及电源功率调节。 参 考文献 [1 ] 罗红福． P r o f i b u s D P现场 总线工程应 用实例解 析[ M] ． 北 京 中国电力出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 阳宪惠． 工业数据通信与控制网络I N] ． 北京 清华大学出 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 阳宪惠． 现场总线技术及应用[ M] ． 北京 清华大学出版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ] 冯地斌， 吴波． P r o f i b u s 现场总线技术[ J ] ． 自 动化与仪器仪 表 ， 2 0 0 2 O 2 5 8 ， 2 8 ． [5] 袁宇峰． 现场总线技术在工业控制 中的应用[ J ] ． 船 电技术 ， 2 0 0 4 0 3 ．4 6 4 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m