聚丙烯装置PK101控制系统优化

2020-10-20屈建奎柯超

名城绘 2020年6期

屈建奎　柯超

摘要：PK101系统是环管聚丙烯装置的催化剂计量单元，用于准确计量聚合生产所需的催化剂用量。PK101系统的程序逻辑关系复杂，且操作频繁，操作难度大，操作中容易出现失误。极易因操作失误导致装置非计划停工，聚合装置已因为PK101操作失误导致装置多次停工。本文总结了PK101系统易引起误操作的原因，就如何运行好PK101系统进行了分析和探讨。

关键词：聚丙烯;控制;操作;催化剂计量;对策

1、前言

我厂10万吨/年聚丙烯装置采用双环管全液相本体聚合工艺。PK101系统作为装置的催化剂计量单元，采用机-电-液-气共同控制的方式。其程序逻辑关系复杂，操作难度大，容易操作失误而引起催化剂加入量的波动，轻则堵塞管线，重则引起环管暴聚。在近几年聚合由于操作失误造成多次非计划停工，在公司造成不良影响。

2、PK101控制系统简介

2.1 PK101系统的组成：

包括2个催化剂注入器D108A/B，2台催化剂计量泵P108A/B，1个四通阀HV141（简称V1），1个三通阀HV145（简称V4），8个不锈钢球阀HV142A1和HV142A2（简称V2A）、HV143A1和HV143A2（简称V3A）、HV142B1和HV142B2（简称V2B）、HV143B1和HV143B2（简称V3B），2台增压油泵P107A/B，一个现场操作柜和控制仪表、开关、按钮若干。

2.2 PK101系统的工作过程

催化剂注入器D108A/B是内部带有一个活塞的圆筒型容器，活塞上部充入液压油推动活塞运动，活塞下部接收和输送催化剂。

生产运行过程中，D108A/B接收来自催化剂分散罐D106的膏状催化剂进行充料。充料完毕后，为防止出现催化剂沉降、催化剂颗粒分布不均匀的现象，还需进行自D108A/B向D106的倒料操作，通过增压油泵？P107A/B向D108A/B活塞上部充入液压油将催化剂重新压回至D106。倒料后，再次将D108A/B充填并加压备用。出料时，通过催化剂计量泵P108A/B向D108A/B活塞上部充入计量油推动活塞运动的方式，将膏状催化剂定量地压送至聚合反应单元。生产中D108A/B交替使用，以保证催化剂的输送连续进行。

不同工作状态下各阀门的动作状态如表1所示。

表1.PK101系统相关阀門动作说明

注：“ ”表示液压油自P108A/B进D108A ，出D108B至D107;“O”表示液压油自P108A/B进D108B，出D108A至D107。“加压”表示增压油自P107A/B经HV145进入D108A/B;“卸压”表示增压油自D108A/B经HV145进入D107。

2.3 PK101系统的特点

PK101系统是环管聚丙烯装置中的事故多发一个部位。其控制程序逻辑关系复杂、操作难度大，操作不当容易引起设备及管线堵塞，甚至造成停车和环管暴聚。PK101系统的操作在现场操作面板上进行，面板上操作按钮和选择开关多达25个，有自动和手动两种模式，易按错按钮，导致事故发生。另外，PK101系统的日常操作频繁（一般每天需对D108充填、倒料、切换各两次），易使操作人员思想麻痹造成误操作。

3 、生产中常见事故分析

根据国内同类装置运行状况和兄弟单位的经验教训分析，造成PK101系统运行事故的原因有以下几个方面：

（1）D108A/B切换时操作不当，使正投用的D108A/B突然卸压，造成丙烯从FV204以及预聚物料从R200倒窜进入Z203、D201，再进入催化剂注入管线，造成D20l及周围物料管线堵塞。

（2）PK101系统有气泡（如D108顶部、催化剂管线及P108泵体内）会造成P108A/B出口压力波动大、催化剂出料不上量。

（3）P108A/B冲程漂移，过多地加入催化剂造成反应失控而停车。

（4）因为紧张或用量不够等因素，操作盘的按钮并没有被按到位，阀门并未动作造成事故。

4、经验总结及改进措施

4.1操作经验总结

（1）不允许V2A和V3A（V2B和V3B）同时打开，即不允许D108A或D108B的进口阀和出口阀同时打开。

（2）不允许V2A和V2B（V3A和V3B）同时打开，即不允许D108A和D108B的进口阀或出口阀同时打开。

（3）V1换向必须在V3A和V3B全部关闭时进行

（4）三通阀V4应跟随进料阀V2动作，即开V2时V4应指向泄压，关V2时V4应指向加压。

（5）PK10l的操作必须严格按照操作法，而且实施双岗操作，每一步必须一个人操作，另一个人随之确认，若万一不当，随即纠正，迅即采取补救措施以消除故障。

4.2改造思路

实施思路一：

在PLC原程序上增加手动操作逻辑连锁条件，控制面板按钮需从新连线至PLC，然后通过PLC进行控制操作。此法需修改原逻辑程序对自动造成影响，当PLC故障状态时造成设备无法进行操作存在很大安全隐患。原设计自动状态无法工作时切换硬手动操作互不影响。

实施思路二：

保持原设计思路不修改PLC自动控制逻辑，在硬手动状态进行继电器控制，控制逻辑采用硬接线逻辑，继电器控制是传统的控制方式，即通过常规接线直接用控制元件（如按钮、旋钮、信号等）驱动最终设备。利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑。当PLC故障无法进行自动操作时，手动操作仍可继续安全操作。

变更前：

在手动模式下充料阀V2A、V2B、出料阀V3A、V3B、四通转向阀V1、三通转向阀V4，可自由开关操作。按钮无状态显示，操作完后不清楚阀门是否开关到位。

变更后：

（1）将手动操作分为两大区域，及催化剂计量出料区和催化剂充料区，这样减少误操作。

（2）将原操作面板上的手动阀门旋钮开和关分解成单体按钮，并使按钮带阀门状态反馈灯，可清楚显示操作。

（3）在手动模式下V2A、V2B、V3A、V3B、V1、V4阀增加逻辑连锁条件，一但条件不能满足，操作面板不能使V2A、V2B、V3A、V3B、V1阀自由开关。

4.3改造方案

1. 将原操作面板上的阀门旋钮开关更换成带反馈灯的按钮

2. 在原面板上重新布局开孔，使手动操作阀门开关按钮布局更加合理。

3. 这样布局后，更加直观的提示操作人员按照流程开启关闭阀门的顺序。

4. 重新布线，将阀门的反馈信号接入新增的带灯按钮相应端子上。

5. 将下级阀门按钮的指令点（常开节点），串联上级阀门反馈继电器开点，从而实现只有上级阀门动作后，才允许下级阀门指令动作