延迟焦化装置加热炉联锁改造分析

鲁 兵 马 钰 韦 琦

(中国石油兰州石化公司设备维修公司，兰州 730060)

延迟焦化装置加热炉联锁改造分析

鲁 兵 马 钰 韦 琦

(中国石油兰州石化公司设备维修公司，兰州 730060)

阐述了延迟焦化装置加热炉联锁概况，从相关仪表规范及其安全可靠性计算原理的角度分析联锁改造前/后的方案，并分析目前联锁系统仍然存在的问题及其解决办法。

联锁逻辑 加热炉 改造方案 问题分析

中国石油兰州石化公司炼油厂年产120万t延迟焦化装置采用TRICON系统作为安全仪表系统(SIS)。SIS系统独立于DCS系统，当装置出现紧急情况时直接发出联锁保护信号，对工艺流程实行联锁保护或紧急停车，防止由于生产工艺故障或其他事故对操作人员、工艺设备和生产系统造成损害，保证生产过程的安全。但是，由于系统设计缺陷、工况变化等原因，联锁回路全部切除，处于失效状态，无法满足装置生产安全稳定运行的要求，需要对联锁系统进行改造。

1 加热炉联锁简介①

加热炉是延迟焦化装置的核心设备，它是以瓦斯气为燃料、带空气预热器强制供风的箱式炉，加热炉的出口温度达到了渣油裂解缩合反应温度，但是炉管容易结焦，为了防止在异常情况下处理不及时而造成炉管结焦或烧坏炉管的事故，特对加热炉烟气进空气预热器温度、火嘴燃料气压力及进加热炉焦油流量等关键参数设置了联锁条件，用于保护加热炉的平稳生产运行。联锁系统设计为故障安全型，加热炉联锁回路见表1。辅操台上有相应的紧急停车按钮、确认按钮、复位按钮、联锁回路旁路切除/投用按钮及回路报警指示等。

表1 加热炉联锁回路

2 改造前联锁方案存在的问题

加热炉联锁共15路，均采用一取一(单点检测)联锁逻辑。以图1所示的主火嘴燃料气压力低低联锁逻辑为例进行分析，只要检测信号达到低低限，就执行主燃料气切断的联锁动作。但是单点检测，误动作引起联锁动作的几率非常大，SIL安全等级低[1]。

图1 主火嘴燃料气压力低低联锁逻辑

现场仪表信号经过安全栅处理后，模拟量信号先进入报警设定器进行转换，转换成数字量信号后再经过DI端子板，进入DI卡和控制器。报警设定器输出另一路数字量信号到辅操台，作为声光报警信号使用。比如：压力变送器仪表回路接线示意图如图2所示，因为中间环节较多，降低了SIL安全等级[2]。

图2 压力变送器仪表回路接线示意图

现场仪表(压力变送器或铠装热电偶)检测信号经过DCS系统安全栅转换后分别进入DCS系统与SIS系统，当DCS系统出现故障时，SIS系统无法准确动作。

比如：烟气进加热炉温度测量回路接线示意图如图3所示。

图3 烟气进加热炉温度测量回路接线示意图

3 改造方案

由于上述联锁方案自身的原因和管理方面的原因，维护单位与生产装置相关技术人员进行分析后，委托设计单位进行联锁方案改造。

TRICON系统使用的控制器为三重化冗余控制技术，即主处理器、I/O模块及电源等均采用三重化冗余配置，任何一个模块发生故障均不会影响其他两个模块的正常工作，并且能够在线更换模块。同时采用容错技术进行三取二表决，将安全系统的显性故障率和隐性故障率大幅降低，可适用于所有的工业过程。TMR(三重化模块冗余)系统中3个通道的信号在不断地进行比较，一旦有任何故障产生，系统就能立刻检测到，只有其中任何两个通道同时故障，系统才会发出停车指令。

3.1联锁逻辑改造

根据可靠性工程理论，系统并联增加可靠性[3]。系统可以选择二取二或三取二，基于高安全性和高可靠性并综合TRICON系统的工作原理，选用三取二联锁。

3.2硬件改造

进行独立配置[4]。SIS系统的联锁信号独立于DCS系统，压力变送器由SIS系统的安全栅统一供电，输出一路到DCS系统进行报警监控；双式铠装热电偶信号从现场分开，分别进入DCS系统和SIS系统。进入SIS系统的三取二检测信号分别进入不同的端子板和卡件。AI路压力变送器回路接线示意图如图4所示，双式铠装热电偶接线示意图如图5所示。

减少中间环节。联锁系统取消报警设定器，据TRICON系统报告，系统AI卡信号比DI卡扫描周期长几毫秒，即系统总的扫描周期增加了几毫秒。但是，因为减少了一个中间环节而提高了其安全可靠性。

改造方案自装置开工联锁投用以来，到目前没有出现一次误动作导致的联锁停车事故，装置建成10年来，首次实现了加热炉联锁回路的正常投用。

4 存在的问题

卡件热备。因为三重化设计原理及其诊断技术，无需热备，看作是典型的冗余过度，且有检测不出来的隐患，切换次数频繁，增加了卡件故障的几率，建议取消。目前已经取消。

图4 AI路压力变送器回路接线示意图

图5 双式铠装热电偶接线示意图

进料量单路联锁，需要再进行分析，现场不具备更改条件。进料流量在DCS部分进行流量控制，也存在不够独立的问题。参考装置运行10年来工艺人员的经验，可以取消此路联锁。

部分信号没有经过系统，并列且独立于SIS系统，但是无法进行监控。使用的继电器控制，无法进行记录，无法及时判断问题。

联锁执行部分采用的单点执行[5]，一定程度上降低了安全等级，需要改进。

冗余过度。温度联锁进空气预热器温度测温元件达到6路，改造之前两路可以看作是二取一联锁，改造后是两个三取二，然后再是二取一，而且测温元件都是双式的。

设计质量不高，导致热偶不错导线不够，出现了两种K型补偿导线，温变型号不同，进入了不同的卡件，存在一定的偏差。所以，安全联锁应该从设计开始进行严格把控。

经过改造实施、分析发现，发现联锁系统在设计时已经存在问题，加上后期的仪表施工、维护管理等各个环节也出现的问题，导致了最终整改运行系统存在问题，所以，需要根据生产情况，持续改进。

5 结束语

联锁回路改造是一次SIS系统的扩容改造，也是一次包括仪表安装调试、电缆敷设等的仪表施工工程，在经济方面投资较大，安全方面要求较高，需要抓住时机，持续改进各项措施，才能对延迟焦化装置加热炉的安全运行起到真正保护的作用。

[1] GB/T 50770-2013,石油化工安全仪表系统设计规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

[2] GB/T 20438-2006,电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全[S].北京:中国标准出版社,2007.

[3] 孙新利,陆长捷.工程可靠性教程[M].北京:国防工业出版社,2005.

[4] GB/T 21109-2007,过程工业领域安全仪表系统的功能安全[S].北京:中国标准出版社,2008.

[5] 张建国.安全仪表系统在过程工业中的应用[M].北京:中国电力出版社,2010.

(Continued from Page 735)

The application of frequency converter in methanol injection system of the offshore oil platform was described; and the emphasis was given to the working principle, hardware configuration for frequency converter and the software programming of the methanol injection system.

frequency converter, offshore oil platform, closed-loop control, methanol injection, energy conservation

2016-04-23(修改稿)

TH862+.7

B

1000-3932(2016)07-0781-04