工艺水汽提装置尾气燃烧逻辑联锁的设置

项飞

（中国昆仑工程公司，北京100037）

聚酯装置的工艺废水主要来源包括：酯化反应产生的工艺水，主要有害杂质由乙二醇、乙醛、二恶烷等有机物组成；缩聚反应尾气在尾气洗涤塔中经工艺水淋洗后产生的废水。聚酯装置的废气来源亦包括两部分：酯化工艺塔塔顶尾气；缩聚真空系统产生的尾气。

由于国内各地对环保的要求越来越严格，有毒、有害的废水、废气不可随意排放至自然环境中。基于环保的要求，中国昆仑工程公司在自主研发的聚酯工艺包中增加了一个流程用于处理其装置中产生的废水、废气，即工艺水汽提装置，并且经工艺水汽提装置处理后的气相物质还可送入热媒炉内作为燃料燃烧，进一步实现了节能优化的目的。

在尾气处理及燃烧的流程中，需要设置相关的逻辑联锁，以保证整个过程的安全可靠。尽管工艺水汽提装置在聚酯装置上的应用已有数十套，然而由于业主的操作习惯、要求以及各设计人员认知的不同，上述的逻辑联锁的设置亦不尽相同，甚至有个别项目未设置相关联锁保护，操作均由操作人员手动完成。笔者将近些年所参与的项目中设置的相关联锁进行阐述，提供一种较为优化的方案，以供同行参考。

1 工艺流程概貌

工艺水汽提装置的基本流程如图1所示。来自聚酯装置的废水收集在工艺废水收集槽（47-T01）中，再通过废水输送泵（47-P01）把聚酯废水送入汽提塔（47-C01）顶部向下喷淋，聚酯废气经蒸汽喷射泵（47-J01）引入汽提塔中上段，0.3 MPa蒸汽从汽提塔底部引入，当废水与蒸汽充分接触后，废水中低沸点的有机物如乙醛、二恶烷等杂质从废水中脱除并进入气相，气相尾气从汽提塔塔顶排出，经三通阀排放至大气或送入热媒站热媒炉内焚烧，进一步实现节能的目的。汽提塔塔底的凝液经此流程处理后，几乎不含乙醛、二恶烷等有机物，其废水COD值大幅下降。处理后的凝液经废水出料泵（47-P02）及工艺废水换热器（47-E02）冷却换热后送至污水处理系统做最终处理。另外流程中增设工艺废水换热器（47-E01）用于聚酯工艺废水同塔底凝液的热交换，从而提高了处理效果，节省了能源消耗。

图1 工艺水汽提装置基本流程示意

上述流程中，经汽提处理后的气相尾气由于有可燃气体存在，具有危险性，且其最终处理后的尾气可送入热媒炉内燃烧，该控制燃烧的过程，需要设置一定的相关逻辑联锁，才能保证其整个过程的安全可靠。因此，在工艺流程的设置上，增设一条氮气管线，连接在三通阀与去各路热媒炉炉前开关阀之间的管线上。当尾气燃烧操作启动前及停止后，必须向该段管道中充入一定量的氮气，保证管道内的可燃气体排净或者维持爆炸下限以及保持一定的正压，以避免下次启动燃烧操作过程时，发生热媒炉回火事故。除工艺流程的安全措施外，尾气燃烧的相关安全操作需要靠仪表的设置以及相应的联锁进行保护。

2 尾气燃烧操作过程及逻辑联锁分析

2.1 尾气燃烧操作的影响因素

1）汽提塔塔顶尾气压力。汽提塔塔顶尾气出口管线上设置了压力变送器（PIA-47005），其信号引入PLC，并且在PLC系统内设置高报警及低报警。如果出口压力过高，会对热媒炉内的燃烧火焰产生冲击，压力过低又易引起回火，因而只有此处压力未发生高、低报警的情况下才可进行尾气燃烧过程。

2）热媒炉允许燃烧信号。该信号来自于热媒炉随机控制柜，是热媒炉控制系统根据热媒炉运行情况进行综合判断而送出的信号。该信号可以是PLC自动送出的，亦可为操作人员通过判断热媒炉运行情况，通过热媒炉随机控制系统手动送出的允许燃烧信号。

3）尾气燃烧操作前进行的充氮过程。充氮操作可有限避免热媒炉回火以及爆炸情况的发生。进行尾气燃烧操作需保证充氮过程在15 min内完成，15 min后，禁止手动尾气燃烧操作，需重新进行充氮过程后方可操作。

2.2 尾气燃烧的操作过程

汽提塔尾气燃烧或排放，即热媒炉（50 H01A，50H01B，50H01C，50H01D）炉前尾气进气阀（XV-47031～47034）的开或关，均受控于热媒炉随机控制柜给出的允许燃烧信号。4台热媒炉中有1台或2台送出允许燃烧信号即可燃烧尾气。打开炉前进气阀的操作需手动完成：当操作站显示收到热媒炉允许燃烧的信号时，操作人员在操作站上采用手动控制方式，先打开充氮气阀（XV-47017），吹扫管道5 min后，自动关闭XV-47017。然后可手动打开允许燃烧尾气热媒炉的炉前进气阀（在XV-47031～47034中选择）及汽提塔尾气控制阀（XV-47016）。若允许燃烧的信号消失，自动关闭相应热媒炉的炉前进气阀（XV-47031～47034）。当允许燃烧信号全部消失时，自动切换汽提塔XV-47016阀至放空状态。工艺废水汽提塔尾气出口压力（PI-47015）设置高报警和低报警，供操作人员判断尾气压力状况，并参与相关尾气燃烧联锁。另在尾气燃烧之前的充氮过程结束后，若15 min内未打开任何炉前进气阀，则需重新进行充氮过程，才可实施手动燃烧尾气操作。当汽提塔XV-47016阀由“送气”状态转为“放空”状态时，亦自动进行5 min的充氮操作。

3 尾气燃烧逻辑联锁的实现

由于工艺水汽提的控制、显示、报警、逻辑的实现会由于项目的不同而不同，有的是单独采用一套PLC控制，有的装置是信号引入聚酯DCS，并且不同项目PLC或DCS的品牌亦不尽相同。为了使文中所述逻辑联锁具有通用性，下面将以符合ANSI/ISA-5.2—1976标准的逻辑图的形式对其进行表述，其操作系统拟采用PLC控制系统。

3.1 充氮操作逻辑

在PLC控制系统操作界面上设置手动开关HS-47017O及HS-47017C，分别用于开关XV－47017阀，当点击HS-47017O时打开XV-47017阀，5 min后自动关闭。另当尾气燃烧过程时，XV-47016阀由“燃烧”状态转为“排放”状态时，XV-47017阀亦进行相同动作，逻辑功能见表1所列。

表1 充氮操作逻辑功能

3.2 热媒炉前尾气进气阀开/关逻辑联锁

在PLC控制系统操作界面上设置手动开关HS-47031O及HS-47031C，分别用于开关热媒炉炉前尾气进气阀（XV-47031），只有保证工艺废水汽提塔尾气出口压力（PI-47015）未有高报警和低报警，进气阀对应热媒炉送出尾气燃烧允许信号，且充氮过程在15 min之内完成，即可手动打开XV-47031阀。若上述条件有任一因素未满足，则XV-47031阀无法打开，且尾气燃烧过程中若发生PI-47015异常或允许燃烧信号消失，则自动关闭XV-47031阀，逻辑功能见表2所列。

表2 热媒炉前尾气进气阀开/关逻辑功能

3.3 汽提塔气相出口三通阀排放/燃烧逻辑联锁

PLC控制系统操作界面上设置紧急排放按钮开关（HS-VENT），用于当发生紧急状态时，操作人员手动切断所有尾气燃烧管线。同时，此逻辑还应实现当进行尾气燃烧时，有任一炉前尾气进气阀打开时，XV-47016阀自动切换为“燃烧”阀位状态，而所有炉前尾气进气阀关闭时，XV-47016阀自动切换为“排放”阀位状态。逻辑功能见表3所列。

表3 三通阀排放/燃烧逻辑功能

4 结束语

文中关于汽提塔尾气燃烧逻辑联锁的设置可作为此类项目的参考，然而在逻辑联锁实现的过程中，由于受用户的实际操作水平、操作习惯等因素的影响，最终方案亦有所不同。例如笔者所参与的项目中，有的用户就取消了汽提塔尾气出口压力（PI-47015）高、低报警的联锁条件，而仅作为操作人员判断尾气状况的提示报警，防止由于汽提塔操作的波动而引起的尾气燃烧过程的时常中断，而同时也失去了相应的安全级别，需要操作人员有很高的经验水平；也有用户取消了热媒炉炉前进气阀在PLC上设置的对应手动开关，如HS-47031O和HS-47031C等，取而代之的是当热媒炉尾气允许燃烧信号为“1”时，自动打开XV-47031阀。因此，在实现逻辑联锁的过程中，在完成功能测试之前，应与最终用户协商，结合用户的意见和建议，选取最优的方案。

［1］ ISA.ANSI/ISA-5.2—1976（R1992）Binary Logic Diagrams for Process Operations［S］.North Carolina：Instrument Society of America，1992.

［2］ 曾文兵，许贤文，李利军.PET装置废气处理工艺比较和改进［J］.聚酯工业，2012（02）：5-7.

［3］ 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，2000.

［4］ 黄步余，王建民，王玉华.SH/T 3018—2003石油化工安全仪表系统设计规范［S］.北京：中国石化出版社，2004.

［5］ IEC.IEC61508—1998 Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related System［S］.IEC，1998.

［6］ IEC.IEC61511-2—2003 Functional Safety——Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector［S］.IEC，2003.

［7］ 蒋慰孙，俞金寿.过程控制工程［M］.2版.北京：中国石化出版社，1999.

［8］ 刘超明.石油及石油化工装置安全相关系统的工程设计［J］.石油化工自动化，2008，44（01）：19-22.

［9］ 李旭.世界聚酯纤维产业化新产品和发展趋势［J］.合成纤维，2012（01）：5.

［10］ 谢竹青.我国差别化涤纶长丝业现状及发展趋势［J］.聚酯工业，2011（05）：11-16.