聚合ESD技术改造总结

张俊平，周红燕

（新疆天业集团化工公司，新疆 石河子 832000）

聚合ESD技术改造总结

张俊平，周红燕

（新疆天业集团化工公司，新疆 石河子 832000）

介绍了ESD系统在化工公司的应用及设计思路、基本结构。对聚合釜紧急停车系统的必要性、联锁条件等进行了详细论述。聚合ESD系统具有很高的可靠性，降低了设备误动作的概率，有效提高了生产装置的安全稳定及生产延续性。

聚合；ESD；改造；总结

新疆天业集团化工公司20万t/a聚氯乙烯聚合生产装置是该公司主装置之一，以氯乙烯为主要原料，通过悬浮聚合为共聚单体，添加分散剂、引发剂、部分辅助助剂等，该装置的主要特点是工艺流程复杂，联锁与控制精细且繁杂，氯乙烯原料在反应中压力一般控制在10 MPa下。但一定条件下会产生很大的高压不安全因素。在这样高的压力下，对安全联锁系统ESD（Emergency Shut-down Device）的要求也非常高。联锁控制回路的安全应用对装置的安全性和可靠运行影响极大，如果设计结构不合理，可能的后果是拒动作或误动作，这两种可能均会为公司带来致命的后果，造成巨额损失。为了确保生产过程的安全稳定，确保人员安全和生产设备安全，ESD控制系统被广泛应用于现代化生产体系中，在石化行业体现尤为突出。ESD系统独立于DCS，其安全级别高于DCS。当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS，而由ESD直接发出联锁保护信号，避免紧急状况扩散。

1　采用ESD安全系统的必要性

由于化工生产工艺过程的复杂性、原料变化多元性、产品的高质量要求，以及对人身、环境、设施的保护等因素，对安全系统提出了新的要求：系统必须在固态软硬件基础上提供出更加安全可靠的逻辑控制；必须减少系统误动作和误停车的频率与次数等要求，使得此系统的要求更高、配置更安全合理。ESD必须具有高可靠性、故障自动保险、高度容错性，完全自动恢复等功能。

2　系统设计结构

从装置和设备的安全以及生产的平稳考虑，在公司氯乙烯聚合干燥生产装置中采用了冗余的集散控制系统DCS生产装置，为横河CENTUM CS3000生产管理与控制系统，紧急停车系统（ESD）采用了横河公司的ProSafe-RS安全仪表控制系统，其简单的结构就可实现安全系统的高可靠性和高安全性。两套系统实现无缝集成，操作人员可以从CENTUM CS3000的操作员站上的画面窗口中，看到ProSafe-RS的数据报警信息，并且能够很快预测和判断工艺过程是否接近到了紧急状况，通过操作DCS画面上相应按钮就可启动紧急停车程序和紧急启动制动停车系统ESD。

整个ESD系统由1套Pro Safe-RS构成，系统配置有 2套冗余控制器，SDV144—DI卡、SDV541—DO卡及I/O卡件合成安装在2个CPU控制单元下。控制站的CPU及控制总线为Pair--Spare冗余容错结构。各控制节点信号经过中间端子板接入Pro Safe-RS系统的I/O卡件上。设计过程中，考虑到冗余性及后添加性，所有余量按20%余量备份。所有I/O点都按15%的余量备用，以备后期改扩建用。

2.1结构特点

聚合干燥分厂自控系统有两套，两套系统均为冗余配置，提高系统安全可靠性。这种可靠性表现在：

（1）双重冗余的现场控制器，包括4个CPU冗余容错，电源卡双重化，通讯卡双重化，DCS关键I/ O卡件冗余。ESD所有I/O卡件冗余。双重冗余的实时数据网V net/IP，包括光电转换器冗余，交换机冗余，光纤冗余。

（2）两套10 kVA的UPS不间断电源同时工作，仪表供电系统冗余，I/O端子板供电冗余。保证一路电源出现故障不会影响系统控制。

（3）8台互为冗余的操作员站，在任意一台操作站上均可监控系统的全部数据信息。

2.2ESD系统的流程界面及操作

（1）流程界面见图1。

（2）ESD系统注入程序启动条件。有5处硬条件如釜压跳车报警、釜温跳车报警、搅拌跳车报警等。a.因现场共有6台釜。当N釜釜压大于1.4 MPa会在画面提示“N釜釜压跳车报警”，这时在按钮区会弹出“确认注入”按钮，若要启动ESD系统注入程序，点击此按钮；N釜釜温大于70℃会在画面提示“N釜釜温跳车报警”，这时在按钮区会弹出“确认注入”按钮，若要启动ESD系统注入程序，点击此按钮；N釜搅拌功率小于30 kW且时间超过10 s会在画面提示“N釜搅拌跳车报警”，这时在按钮区会弹出“确认注入”按钮，若要启动ESD系统注入程序，可点击确认；b.按下控制室紧急事故终止剂按钮1PB-V201N-84；c.按下现场处紧急事故终止剂按钮1PB-V201N-83。

图1　ESD流程画面示意图

上述三情况都会使ESD系统注入程序启动。

2.3ESD系统注入程序启动后

（1）ESD系统画面打出“紧急事故终止剂注入开始”。

（2）控制室内操作台上的报警灯和蜂鸣器被通电，以提示操作人员。

（3）检查阀门1V-V201N-71、74、82是否开到位；1PS-V201N-70是否处在低压报警状态；1PSV201N-86是否处在高压报警状态；1LS-V201N-88是否处低液位报警状态；1PS-V201N-87是否处在高压报警状态。上述各项检查都通过，画面打出“紧急事故终止剂注入成功”。任何一项检查不通过，画面打出“紧急事故终止剂注入失败”。

（4）若上述检查都通过，十分钟后画面打出“紧急事故终止剂注入结束”。

（5）ESD系统注入结束后，再按下事故台上的“报警总复位按钮”以解除报警。

（6）ESD系统注入注意事项：每次事故处理完毕后，操作人员必须点击“注入初始化”，使程序处于备妥状态。

2.4ESD系统可靠性检查

（1）正常生产时，各釜每釜批次进行系统可靠性检查。与DCS系统相联系，及时检测每台聚合釜的反应批次以及每台聚合釜的反应状况。系统设定为每40个反应批次进行系统可靠性检查。步骤包括事故终止剂系统的全自动程序自检、氮气钢瓶气压正常否、各阀门动作正常否、相关各程序中事故终止剂液位正常否等。如果自检程序存在一步骤的报警，程序将不允许下一步骤运行，且DCS系统也将终止运行入料反应程序，并及时发出报警，提示并阻止DCS系统继续执行操作。

（2）ESD系统注入程序执行后，每釜第一批次进行系统可靠性检查。当系统预设置的事故风险指标条件到达时，ESD系统会自动发出报警信息进行提示。如果得不到操作人员应答且报警不及时消除，ESD系统会在一定设定时间内自动启动事故终止剂加料程序。事故风险指标最重要的几个条件为：预设风险报警值釜温、釜压，预设反应过程强制搅拌停止超过时限等。

（3）定期进行ESD系统检修后，第一釜批次进行系统可靠性检查。ESD系统可靠性检查逻辑示意图见图2。

图2　ESD系统可靠性检查逻辑示意图

2.5事故终止剂注入方法

全厂停电时间较长时，聚合釜温度压力上升较快时，选择往釜内注入事故终止剂。由ESD事故状态下控制加入紧急终止剂，事故紧急终止剂在聚合反应中有着极为重要的安全控制性。其加入聚合釜后，依靠聚合釜搅拌充分混合可迅速终止物料聚合反应。当聚合装置发生停电或短暂断电时，事故紧急终止剂与反应中物料充分混合需依靠釜底高压氮气管线充入高压氮搅动混合，这要靠聚合搅拌来完成。

（1）在操作站上ESD画面里，系统有自动加入事故终止剂提示信息及程序执行按钮。

（2）在中控室控制台上按下紧急事故终止剂按钮1PB-V201N-84按钮，系统自动加入事故终止剂。

（3）在聚合釜现场按下紧急事故终止剂按钮1PB-V201N-83按钮，系统自动加入事故终止剂。

（4）在操作站ESD画面里点击阀门，调出阀门控制面板进行阀门的开、关操作，手动加入事故终止剂，ESD系统紧急事故终止剂注入流程见图3。

图3　ESD系统紧急事故终止剂注入流程

（5）当DCS及ESD系统断电，可在现场将管线阀门打开，手动加入事故终止剂。系统紧急事故终止剂注入流程逻辑图见图4。

图4　ESD系统紧急事故终止剂注入流程逻辑示意图

2.6ESD系统注意事项

（1）ESD系统注入失败，处理完问题后必须点击“注入初始化”，以使系统恢复备妥状态。确定紧急事故终止剂没有注入，需重新启动ESD注入程序。

（2）ESD系统可靠性检查过程中出现故障，在解决了故障之后都必须点击“安检初始化”，以使系统恢复备妥状态。系统恢复备妥状态后，点击“手动安检”按钮，重新进行可靠性检查。

（3）ESD系统进行定期检修时，必须点击“ESD系统检修”按钮，方可进行。

（4）阀门自动转手动的操作方法：以1V-V201A-71阀门为例，在“NAME”中输入“MANORAUT1-71”调出阀门手自动切换面板，将此面板置为“MAN”，然后点击“ON”，阀门就为手动操作状态。点击1VV201A-71阀门，调出阀门控制面板进行阀门的开、关操作。

MANORAUT1-71（操作代码：1为A釜代码，以此类推 B釜、C釜、D釜、E釜的代码分别为“2”、“3”、“4”、“5”；71为阀门代码）。

（5）阀门手动状态操作完成后，为安全应用所需，必须要切换到自动状态。

3　投入使用后效果分析

此套ESD紧急制动控制系统投入使用后，系统结构设计合理，联锁设置符合工艺原理及控制逻辑。ESD系统与DCS系统之间的通信按预设投入。使得在危险预期范围内，尽可能地在第一时间内作出应急响应和保护，采取紧急制动，将可能发生的危险损失减至最低或无。各相关控制系统和资源统筹总体设计，具有完善配置、统筹全局、协调合理的优越性。系统内所有报警记录以及操作记录、事故处理记录管理、操作及存档、以及保证任何操作及报警的可追溯性。

4　结论

此套聚合ESD紧急制动控制系统是聚合生产过程中的人身安全、设备设施、生产稳定所必要的保障利器。由于它的特殊保护性地位，使各生产企业在决定选用配置ESD时，会从安全性、独立性、快速响应以及兼容性等基本方面进行配置。结合现有生产工艺要求从有关设计联锁系统的规则及标准开始，以确保ESD系统能够充分发挥出真正的安全保护作用。化工企业还需要在应用ESD系统方面深入地探索，并在实践中不断地总结经验，从而提高ESD紧急制动控制系统的应用水平。

Summary of transformation of polymerization ESD technology

ZHANG Jun-ping，ZHOU Hong-yan
（Xinjiang Tianye Group Chemical Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

This paper introduces the application of ESD system in chemical company and design ideas，basic structure.In this paper，the polymerization kettle emergency shutdown system the necessity，the interlocking conditions were described in detail.Polymerization of ESD system has high reliability，reduce the probability of equipment malfunction，effectively improve the security and stability of the production equipment and production continuity

polymerization；ESD；technical；transformation

TQ086.3

B

1009-1785（2016）09-0016-04

2016-06-27