间歇式加氢反应釜连锁保护的软件实现

朱玉奇

摘 要：论文详细设计了间歇式加氢反应釜连锁保护的软件实现过程，包括工艺设计要求和控制方案。

关键词：间歇式；加氢反应；连锁保护

1 间歇式加氢反应釜的国内外研究与应用现状及趋势

加氢是在有机化合物分子中加入氢原子的反应，涉及加氢反应的工艺过程为加氢工艺。其主要危险有反应物料具有燃爆危险性；催化剂再生和活化过程中易引发爆炸；加氢反应钢制设备易发生氢脆；加氢反应尾气中有未完全反应的氢气和其他杂质在排放时易引发着火或爆炸。

连锁保护系统，也称紧急停车系统，是对石油化工等生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行自动响应和干预，从而保障生产安全，避免造成重大人身伤害及重大财产损失的控制系统。

连锁保护系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，连锁保护系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由连锁保护系统发出保护连锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。

连锁保护技术在国内外的加氢工艺过程中都有广泛的应用。至今，国外用于加氢的工艺有：美国的Axens低温气液两相加氢法，其中加氢装置的DCS采用美国Honeywell公司的TPS系统，以及德国的Uhde低温气相加氢法和日本的感温高压气相加氢Litol法。在国内，上海复旦大学设计研发的Axens加氢装置，是国内第一套采用汽液两相加氢工艺的苯加氢装置，大幅度提高了过程控制系统的可靠性、安全性以及报警和连锁控制能力。2009年，扬子乙烯化工厂为了减少丙烯的损失、保证装置的安全稳定生产，在碳三加氢保护床装置中的连锁系统采用SIE-MENS-MOORE公司开发的QUADLOG系统。

在国内已有加氢反应釜的保护控制，如一种间歇式安全加氢装置采用磁子搅拌和接线关刚性连接控制安全，还有一中全自动加氢反应釜采用控制器接受转速信号，并根据接受的转速信号，对变频电机进行实时控制。而本项目研究的是连锁保护控制方式。除此，国内已有加氢反应釜保护的硬件实现，通过合并管道减少焊接点实现安全保护。

2 间歇式加氢反应釜的加氢工艺设计要求

各类大型化工企业控制加氢反应——化工生产过程，都普遍采用连锁保护控制系统。本项目则针对某企业间歇式加氢反应釜的加氢工艺。在加氢反应釜中通氢气还原精制3，5-二氯硝基苯，該加氢反应为间歇式反应，影响加氢还原过程的主要因素为加氢釜反应的温度与压力。该间歇式加氢反应釜连锁保护系统对温度、压力进行实时分析、记录，当加氢釜的反应温度超过140℃或低于80℃，或者压力超过2MPa，系统发出声光报警信号，氢气缓冲罐出口的气动阀进行连锁控制，停止通氢，切断反应。通过控制加氢釜的通氢量来控制整个加氢过程。以加氢釜的反应温度和压力为控制点，确立了这两个连锁触发条件，根据这些条件的逻辑关系决定最后的连锁保护措施。

本文所设计的生产过程控制系统，范围包括氢气压缩站，氢化车间，环己甲酸后处理车间，采用DCS对生产过程进行监控。控制系统使用统一的控制机柜及操作站，编程站与各操作站相互采用TCP/IP以太网进行通讯，来实现对生产装置的实时监控。

间歇式加氢反应是一个危险的化学反应过程，因此控制系统要设立独立的可燃气体探测，其包含区域有：氢化车间，氢压站，氢气罐区；三车间，后处理车间，原料罐区。该系统在DCS操作站内，在上位机系统进行显示。

间歇式加氢反应的软件实现过程，即为利用DCS技术完成系统的组态过程。工程包括：工程师培训2人以上，操作员培训，DCS系统安装指导、编写控制及联锁方案、调试、开车及运输。本工程建设主要遵循国家标准和化工建设行业HG系列标准。仪表的设计、制造、检验将执行以下“规范”：

GB 50058-1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范；

GB 50493-2009 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范；

HG/T20505-2000 过程检测和控制系统用文字代号和图形符号；

HG/T20508-2000 控制室设计规定；

HG/T20509-2000 仪表供电设计规定；

HG/T20510-2000 仪表供气设计规定。

3 间歇式加氢反应釜连锁保护的软件实现

间歇式加氢反应釜连锁保护主要包含氢化釜安全连锁控制、环已甲酸后处理控制、氢压站控制。

氢化釜装置包括氢化釜压力、温度高时报警，温度过高时联锁：氢气总管上的切断阀（共二只）关闭（重新开启需手动）。氢化釜釜内冷却盘管进口安装调节阀，根据设定温度调节，超温连锁。氢化釜的搅拌电机运行状态在DCS上显示。

环已甲酸后处理控制氢化液和硫酸流量进行中和反应，控制混和反应器进口温度，在线指示中和后PH值。

氢压站控制系统，根据检测氢气高压缓冲罐的压力，变频调节氢压机的电机转速，使高压缓冲罐的压力稳定在设定值。设置氢气高压缓冲罐超压报警、超超压停车。再根据测量氢气低压缓冲罐的压力，设置低压报警、超超低停车。控制过程中的温度检测采用隔爆Pt100铂热电阻，温度信号通过隔爆Pt100铂热电阻送到DCS显示、报警、保护输出。

加氢釜温度数字信号输送至DCS系统，上位机根据DCS组态编程程序集散控制，同时在上位机设定温度上限为140℃，下限为80℃，当温度低于80℃或高于140℃时，发出声光报警信号，并由系统控制通过连锁给气动阀动作信号，气动阀切断氢气缓冲罐出口。

同时加氢釜的压力通过压力变送器输出的模拟量信号（4-20mA）输入至DCS系统，上位机根据DCS组态编程程序集散控制，同时上位机设定压力上限为2.0MPa，当压力大于2.0MPa时，发出声光报警信号，并由系统控制通过连锁给气动阀动作信号，气动阀切断氢气缓冲罐出口。

控制加氢过程，关键是控制加氢釜的通氢量。本次加氢属于间歇式反应，影响加氢还原过程的主要因素为加氢釜反应温度与加氢釜的压力。根据其生产工艺特点，采用UW500系统，对加氢釜的反应温度和压力与氢气缓冲罐出口的气动阀进行连锁控制。UW500系统网络结构图如下所示：

本论文的研究成果能够在化工生产过程中，完成间歇式加氢反应釜温度、压力和氢气缓冲罐出口的气动阀的连锁保护控制。通过控制通氢量，严格控制了加氢工艺过程。研究的连锁保护逻辑设计方案以及软件实现，同样适合控制其他的化工生产过程的物料输送量。其安全防爆生产具有良好的应用前景和潜在的应用价值。endprint