化工装置紧急停车系统(ESD)改造探索

化工装置紧急停车系统(ESD)改造探索

丁宁

天津渤化永利化工股份有限公司天津市300452

摘要：化工装置的原料、产品和生产过程中多存在高温高压、有毒有害、易燃易爆等情况。因此，越来越多的化工装置采用了较先进的紧急停车系统，辅助操作员进行生产状况的安全操作和监控，在提高工作效率的同时也大大降低了操作人员所面临的危害性。为化工装置的安全生产提供更加有力的保证。

关键词：紧急停车系统；ESD；化工装置

化工装置的原料、产品和生产过程中多存在高温高压、有毒有害、易燃易爆等情况。因此，越来越多的化工装置采用了较先进的紧急停车系统，辅助操作员进行生产状况的安全操作和监控，在提高工作效率的同时也大大降低了操作人员所面临的危害性。目前，先进的科技可以为生产单位提供了更加可靠、稳定、方便、快捷、精确的控制系统，为化工装置的安全生产提供了更加有利的保证。

一、概述

1、在进行安全系统设备选型的过程中，对于装置的设计、使用、安装等各个方面都做了充足的考虑，使整个安全生产装置自身具备一定的安全性能。但这种降低风险的安全保障远远无法满足化学生产的实际需要。

2、过程控制系统。在紧急停车系统装置中，分布着不同的系统控制设备，如集散控制系统（DCS）、可编程控制器（PLC）等过程控制系统。它能够对化工工艺中的生产过程进行连续性的动态控制，使整个装置能够保持一个平稳操作的状态，从而降低整个化工装置所具有的风险值。

3、紧急停车系统（ESD）是控制系统之外的独立系统，它能够对整个化工生产的过程进行监控，对生产中存在的风险进行预判，进而降低可能存在的事故。可以说它是用于确保安全生产的最高层级。

二、慨况

该装置的工艺控制部分采用的是HONEYWELL的PKS300系统，最初的设计没有紧急停车系统。为了适应当前安全生产的形式以及当前设计规范的最新要求，经过调研，决定新增TRICONEX公司的TRICONESD系统。

1、新增TRICONESD系统

（1）改造将保持原有PKS系统中的涉及重要联锁I/O控制回路单独剥离出来，控制方式不变，DC控制点用硬接线的方式接入ESD系统(继电器隔离输入，放在ESD系统内)。ESD系统联锁及工艺参数的数据通讯地址列表给DCS，与DCS现场配合完成MODBUS通讯。

（2）以原联锁方案为依据，将其转换成TRISTATION1131的语言编写功能块图进行编程组态，待系统硬件安装调试完成后下装。组态中保持原系统的要求：针对DI信号，现场触点闭合的状态作为工艺正常状态；而DO信号，高电平输出激励电磁阀为工艺正常控制状态。它的目的是保证装置安全；对于DI输入无论是实际工艺要求还是由于回路断线原因，一旦系统检测到失电信号，马上逻辑自保；而对于DO输出要求正常高电平、联锁低电平，而现场设备均按照电激励正常，失电自保功能设置，以保障装置、人员的安全。

（3）新增TRICONESD系统使用的工程师站、SOE站和工艺操作人员监控用的操作站。增加时钟同步功能，每24hDCS会与TRICONESD通讯1次，以保持时钟信号的同步。

2、新系统性能

（1）硬件。主处理器和I/O卡件完全三重化。避免单点故障造成系统失效。I/O逻辑槽位设计(提供工作和备用两个槽位)保障故障卡件全部在线更换。I/O卡件上每一个通道中的采样器、信号放大器、A/D转换器（D/A转换器）、通讯单元全部独立（一个现场信号点进入系统后将被分成三个独立的通道）。32位芯片保证了系统的快速运行。高度的系统诊断覆盖率，诊断功能皆为系统内置，不需编写应用程序。系统维护和故障诊断非常方便。所有模拟卡件（AI、AO、PI）精确度高，并可以定期自动校验。主处理器的更换与I/O卡件的更换一样方便。

（2）软件。TRISTATION1131是TRICONEX系统的基本软件开发平台，编程语言有：功能块（FBD）、梯形图（LD）、结构文本（ST），并具有在线修改程序和在线下装功能，该软件支持IEC1131-3标准图库，使编程更加方便。

（3）SOE功能。TRICOEX系统主处理器可分配16个存储区域，用于SOE的记录存储，最大记录100000个事件，SOE分辨率为毫秒级,记录文件也可存储在硬盘中作为永久包存，并可打印出来。

3、ESD系统改造后的实际案例。该装置氧化反应单元氧进料部分发生联锁停车。DCS上未发现报警记录，工艺各项指标正常，大约0.5h后恢复投氧。在氧量提至2500kg/h左右时，氧进料部分又发生联锁，工艺确认各个工艺参数正常，将PDALL-107A（位号107A的压差控制仪表）打旁路再次投氧，装置运行正常。仪表人员通过检查SOE记录，出现PDALL-107A低低报警3次跳变，这一条件是直接导致了氧进料部分原因。此后仪表人员对现场变送器进行了校验，确认变送器工作正常；又对整个线路逐段检查，也未发现异常，于是将接线恢复。在将PDALL-107A打旁路后再次投氧，投氧后装置运行正常。这时继续对这块表进行观察，在SOE记录上发现PDALL-107A又出现瞬间的报警，于是重新对线路进行检查，在较长时间测量PDALL-107A从MARSHALLING柜到现场接线箱电缆时，发现负线单根对地电阻有跳变现象，于是用备用线替换此电缆对，更换电缆后此点未发生报警。更验证了PDALL-107A的电缆负线从MARSHALLING柜到现场接线箱之间对地阻值不稳定致使导电性能不稳定，而发生瞬间跳变现象，造成PDALL-107A出现瞬时的低低报警，触发氧气系统联锁。由于PDALL-107A出现瞬时低低报警的时间非常短（即在1s以内恢复正常），而DCS的采集周期是1s，所以这才出现了DCS捕捉不到报警信息的情况，而新改造的TRICONESD系统的SOE记录是毫秒级，它能捕捉到毫秒时间内发生的事件，所以TRICONESD系统的SOE记录在这次的氧气联锁故障分析中发挥了重要作用，为尽快恢复生产、保证装置安全、可靠运行提供了有力依据。经过实际验证该装置本次用TRICONESD系统替代LM的改造是成功的。

ESD在整个系统中所能发挥的作用非常明显，它不仅能够对整个系统中的安全稳定性提供一定的保障。同时，如果发生事故，它还能够针对于事故进行记录。一旦运行状态出现异常就会进行记录，每次的跳变情况。包括系统内部的定时器、计数器等数据。以及被强制归零的变量以及复位的系统，ESD系统的自检功能都能够如实地将记录打印出来，给相关的工作人员提供一定的参考依据，更加准确地找出事故的原因。

紧急停车系统的可靠性能及可用性与系统中的各个单元、环节密切相关。在设计过程中必须严格依照安全设计标准，结合化工生产工艺进行逐级推敲，从而确保紧急停车系统在化学装置中能够发挥其真正的作用。

参考文献：

[1]仵亚婷，刘磊，高加强.过程自动化现场总线技术[M]西南师范大学出版社,2017.

[2]曲丽萍.集散控制系统及其应用实例[M].北京:化学工业出版社,2017.

[3]朱和平,杨金城.650kt/a乙烯装置ESD系统设计综述[J].世界仪表与自动化,2016,6:20-24.