高压蒸汽联锁逻辑控制

高压蒸汽联锁逻辑控制

马继岩

北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西省西安市，710199

摘要：一般石油化工装置内都会设置空分装置，它为全厂提供仪表空气、压缩空气、氮气等公辅气体。空分装置的压缩机是高压缩机，由高压蒸汽作为动力源。高压蒸汽操作压力为9.81MPa(G),操作温度为540℃。由于温度、压力都很高，属于重大危险安全隐患，所以在设计、采购、施工时都必须高度重视，为了更好的保护压缩机安全运行，使全厂蒸汽达到稳定平衡，能源不浪费的原则，所以在设计时，仪表的安全联锁尤为重要。

关键词：石油化工；压缩机；安全联锁；高压蒸汽

引言：

相较于其他行业，石油化工行业的风险性非常高，很多化工产品在生产过程中温度高、压力大，极大的影响了安全生产。还有很多石油化工产品，采用的工艺非常复杂，其中一个环节出现失误，不仅会影响产品的整体质量，还有可能影响产品的安全生产。空分装置的压缩机就是一个很重要的环节。所以在设计时必须要把相关安全的联锁考虑完善，确保所有的工况都在可控的范围内，即使发生超温、超压现象也必须由可靠的联锁逻辑触发，对人员及设备尽最大可能进行保护。

一、空分装置压缩机及高压蒸汽的工艺描述

供热装置：工厂设置供热装置，锅炉产生高压蒸汽。操作压力： 9.81MPa(G),设计压力：10.4MPa(G)，操作温度540℃。高压蒸汽给空分装置提供动力源。

空分装置：设置空压机组（包括空压机、增压机、汽轮机），机组需要高压蒸汽进行拖动。

主管廊：供热装置至空分装置通过DN250的管道进行对高压蒸汽进行输送，参数同供热装置。主蒸汽管线上设置3块压力变送器（PT-0101A/B/C）检测主管网压力。

减温减压器：当空压机组跳车时，联锁打开减温阀门(TV-0101)、减压阀门(PV-0101)，高压蒸汽通过减温减压器后进行放空。

放空阀：减温减压器下游设置1个放空阀门(PV-0102)，当联锁触发时，放空阀打开，把高压蒸汽排放至大气。

具体流程PID详见下图：

二、工艺要求

工况1：空分装置压缩机由于某种原因跳车，导致压缩机不能接收上游来的高压蒸汽，为了使供热装置的锅炉不停车，需要把多余的蒸汽紧急放空。

工况2：主管廊上主蒸汽管线超压（PT-0101A/B/C），容易引起系统风险，包含主蒸汽管线的超压风险和对下游压缩机产生超压风险，所以需要蒸汽紧急放空。

工况3：减温减压器包含减温阀(TV-0101)和减压阀(PV-0101)，两个阀门平时均处于关闭状态，当联锁发生时，需要将减温阀和减压阀联锁打开，减温阀通过对减温水调节，将减温水喷到减压阀内，使减压阀流过的高压蒸汽进行降压并降温，对高压蒸汽减温减压并顺利放空。

工况4：放空阀前设置压力变送器，当超压时联锁打开放空阀(PV-0102)，保护系统安全。

三、控制系统的设置

根据项目全厂系统架构要求，高压蒸汽系统仪表信号全部引入中心控制室的DCS系统进行控制、监视、管理、顺序控制、一般联锁和先进控制。

DCS系统由操作站、工程师站、打印机、控制站、I/O机柜、安全栅柜、端子柜、总线设备、配电柜及网络设备等组成。在工程师站用于系统组态维护、故障诊断及开车。

四、仪表联锁设计

当空分装置压缩机发生跳车时或主管廊上主蒸汽管线超压（PT-0101A/B/C），设置三块压力变送器，采用三取二的方式，任何两个变送器达到高高联锁值时，触发联锁。减温阀、减压阀、放空阀按规范要求均按故障安全型进行设计，在DCS系统控制器内设置两种逻辑状态，一种是固定阀门开度状态，即使阀门通过预先设定好的开度，通过定位器强制实现。另外一种是自动调节状态，通过自身管线设置的传感器进行相应的PID调节。具体联锁动作如下：

减温阀(TV-0101) 由关闭状态联锁打开，先执行固定阀门开度状态，三秒后由固定状态自动转为自动调节状态，通过减温减压器后管线上温度变送器进行调节减温阀。

减压阀(PV-0101) 由关闭状态联锁打开，先执行固定阀门开度状态，三秒后由固定状态自动转为自动调节状态，通过主蒸汽管线上压力变送器（三取中值）进行调节减压阀。

放空阀(PV-0102) 由关闭状态联锁打开，先执行固定阀门开度状态，使多余蒸汽迅速排出管网系统，三秒后由固定状态自动转为自动调节状态，通过放空阀前压力变送器进行调节放空阀。采用调节方式主要为了节省蒸汽，不至于蒸汽浪费。

当蒸汽管网压力恢复正常，放空阀前管线压力恢复正常，减压阀(PV-0101)的开度小于5%时，说明系统蒸汽管网恢复安全状态，联锁自动解除，减温阀、减压阀、放空阀均恢复关闭状态。逻辑处于联锁前状态。

采用本联锁的保护，大大提高了高压蒸汽管网的安全性，更好的保护下游大型机组的安全性，对全厂的操作人员及设备采取了提前预判系统风险，经过三年现场验证，联锁真实有效，而且优化了调节方案，节省了大量蒸汽，为企业节带来了巨大效益。

五、结束语

石油化工企业在生产过程中，必须要采取一系列的安全控制措施与安全技术来保证生产过程的安全性。仪表联锁合理的设置显得尤为关键，既能很好的避免危险的发生，又是最有效的节省投资的必要手段。只有这样才能促进石油化工行业平稳的发展，继续为我国经济发展作出强有力的贡献。

参考文献：

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[2] 分散型控制系统工程设计规范, HG/T 20573-2012.

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[4] 过程用二进制逻辑图,SHB-Z03-95.

[5] 李晓萍, 沙乔兵. 石油化工安全技术与安全控制[J]. 化工管理, 2020, No.549(06):72-73.

[6] 李海峰. 浅谈石油化工安全技术与安全控制策略[J]. 中国化工贸易, 2020, 012(002):30,32.

作者简介：马继岩（1984-）男，汉族，本科，工程师，研究方向：石油化工仪表设计。

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