“三阀组联锁”在焦化装置中的应用

2015-02-26黄兴航

石油化工自动化 2015年2期

关键词：按动四通焦炭

黄兴航

(中石化青岛石油化工有限公司,山东青岛 266043)

“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 266043)

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PLC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IQ执行器

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24 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，2013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SPV101B的关阀按钮，且SPV101B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500℃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SPV101B，再翻转四通阀SPV111由A塔到B塔，最后关掉进料隔断阀SPV101A。若B塔切A塔则先打开SPV101A，再翻转SPV111从B塔指到A塔，最后关掉SPV101B。

SPV111与SPV101A/B现场有如下联锁逻辑关系：当A塔生产时，SPV111指向A塔，SPV101A全开，并处于锁定状态，而SPV101B是可以动作的。当B塔生产时，SPV111指向B塔，SPV101B全开，并处于锁定状态，而SPV101A是可以动作的。当SPV111由A塔切向B塔生产时，SPV101A和 SPV101B都处于锁定状态。而SPV111相互切换A塔和B塔的前提条件则是SPV101A和 SPV101B都处于全开的状态。

1) SPV111在A塔位置时，SPV101A被锁定，按动按钮也不能操作；而SPV101B未被锁定，按动按钮可以操作该阀。

2) SPV111在B塔位置时，SPV101B被锁定，按动按钮也不能操作；而SPV101A未被锁定，按动按钮可以操作该阀。

3) SPV111在中间(MP)位置时，SPV101A/B都被锁定，按动按钮也不能操作。

4) SPV111在旁路(BP)位置时，SPV101A/B都未被锁定，按动按钮可以操作。

5) SPV111在切换过程中，SPV101A/B都被锁定，按动按钮也不能操作。

6) 连续方式： SPV111从A塔到B塔及从B塔到A塔切换的前提条件均为SPV101A/B全开。

7) 中间方式： SPV111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SPV101A/B全开。

8) 旁路方式(BYPASS)： SPV111从MP到A塔切换的前提条件为SPV101A全开，SPV111从MP到B塔切换的前提条件为SPV101B全开。

3硬件组成

该厂焦化装置SPV111和SPV101A/B均采用POYAM阀门，其中SPV111为双电动头提升式四通旋塞回座阀，SPV101A/B为单电动头旋塞回座阀，电动头均采用IQ系列执行器。现场操作控制盘由一个独立的PLC控制系统组成，主要包括CPU、电源模块、PLC I/O模块、模块连接器、端子排、辅助继电器及其他附件。

IQ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IQ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

图2　现场控制盘与SPV101A/B及SPV111连接示意

整个三阀组联锁功能由阀门的IQ电动头、现场控制盘PLC系统共同实现，接线如图2所示。图2中，SPV101A电动头联锁项37和38接线端通过端子排接点X1-24连接K12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；SPV101B电动头联锁项37和38接线端通过端子排X1-25连接K13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；SPV111提升头的电动头联锁项37和38通过端子排X2-11连接K14，SPV111旋转头的电动头联锁项37通过端子排X2-13连接K15(A塔切B塔)，38通过端子排X2-12连接K16(B塔切A塔),开状态则由35端子连接K20，关状态由33端子连接K19。

A塔生产时，SPV111指向A塔， PLC首先接收来自SPV101A/B和SPV111各阀门的开关状态信号，根据预先编好的程序发出指令，使K12继电器处于断开状态(接端子排X1-24，电动头端子37和38)，K13处于吸合状态(允许SPV101B动作)，故SPV101A处于开启并锁定的状态；此时若SPV101B处于全关， K14(接X2-11，提升头开关锁定)及K15(接X2-13，CCW逆时针锁定)和K16(接X2-12，CW顺时针锁定)处于断开状态，则SPV111也处于锁定状态。

B塔生产时，SPV111指向B塔， PLC根据接收到的阀门状态，由程序发出指令使K13(常开触点)处于断开状态，K12吸合，SPV101B开启并锁定；此时若SPV101A处于全关， K14及K15和K16(常开触点)处于断开状态，则SPV111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：

[1]陆德民,张振基,黄步余.石油化工自动控制设计手册.3版.北京：化学工业出版社，2000.

[2]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.北京：中国石化出版社，2004.

[3]瞿国华.延迟焦化工艺与工程.北京：中国石化出版社,2007.

[4]钱芝忠,刘智斌.高压聚乙烯装置反应器安全联锁分析.化工自动化及仪表,2013,40(01)： 105-107.

[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.化工自动化及仪表,2013,40(05)： 686-688.

[6]吴宏图.电动执行机构的控制程序.化工自动化及仪表,2013,40(09)： 1186-1187,1195.

[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.化工自动化及仪表,2013,40(09)： 1099-1102,1133.

中图分类号：TP214