CN103941673B - 一种化工装置的分层次停车系统及设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种化工装置的分层次停车系统，其包括安全PLC、隔离电路、检测器、执行器、人机器界面控制指示装置；所述安全PLC为控制单元，实现控制策略的运行；所述隔离电路实现本质安全电路与非本质安全电路的隔离；所述检测器用于对仪表的在线监测与安全管理；所述执行器用于实现快速有效的切断物料。该停车系统能提高化工装置应对突发事件时的自动保护能力；确保紧急停车时操作的快速、有效，保障工人的安全，避免重大事故发生；防止不必要的非计划停车。

Description

一种化工装置的分层次停车系统及设定方法

技术领域

本发明涉及化工安全控制技术领域，尤其涉及一种化工装置的分层次停车系统。

背景技术

随着经济技术水平的发展，化工装置日益朝大型化、复杂化及集成化等方向发展。然而，很多化工装置涉及氧化、硝化、聚合等危险反应，温度、压力较高，装置内含大量易燃易爆物质等危险因素，在设备故障、仪表失效或误操作时，可能造成物料泄漏，继而引起火灾爆炸事故，危险性较大。为了保障设备及人员的安全，在紧急情况下需要快速的停止装置运行。

装置常用的停车设备有“安全仪表系统”(SIS)，此外使用的名称还有“紧急停车设备”(ESD)。美国标准IEC-61508、IEC-61511及ISA-84.01-2004等，国标《电气／电子／可编程电子安全相关系统的功能安全》对安全仪表系统的设计进行了规范。不少专利及文献都介绍了安全仪表系统的设计与应用，如专利“安全仪表系统的功能安全评估方法”介绍了功能安全的评估方法，文献“SIL技术在镇海炼化的应用”介绍了安全仪表系统在镇海炼化的应用情况。这些资料普遍是方法论的介绍，缺少对系统性、层次性保护动作设计的考虑。

国内的紧急停车设备开发较晚，特别是针对于自主开发的化工装置，往往缺少紧急停车设备，或系统设计不完善，存在如下缺点：

关键部位没有切断阀，在紧急情况下需要工人现场操作，无法快速停车，且工人有人身伤害危险；

紧急停车设备与装置正常运行系统不独立，导致正常运行故障时，紧急停车设备也无法动作，起不到有效的安全保护作用；

紧急停车设备动作设计不合理，缺乏对停车动作层次性的考虑，要么动作过少，安全隐患仍然存在，要么动作过多，产生不必要的动作，增加了非计划停车风险。

发明内容

本发明所要解决的是化工装置紧急停车方面的三个问题，具体为：1.切断阀较少，需要人工现场操作；2.紧急停车设备与集散型控制系统(DCS)不独立；3.停车动作缺少层次性考虑，设计不合理，通过采用本发明提供的化工装置的分层次停车系统可以解决上述问题，从而降低工人的劳动强度，提高化工装置的安全自保能力，防止不必要的非计划停车。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种化工装置的分层次停车系统，包括安全PLC、隔离电路、检测器、执行器、人机器界面控制指示装置；

所述安全PLC为控制单元，实现控制策略的运行；

所述隔离电路实现本质安全电路与非本质安全电路的隔离；

所述检测器用于对仪表的在线监测与安全管理；

所述执行器用于实现快速有效的切断物料。

其中，所述安全PLC包括双冗佘的电源模块、三冗佘的CPU、双冗佘的I／O卡件、双冗佘通信模块。

其中，所述隔离电路包括隔离式安全栅和继电器，隔离式安全栅连接现场模拟仪表，继电器连接现场数字开关仪表。

其中，所述检测器为智能变送器。

其中，所述人际界面控制指示装置包括设备状态指示灯、分层次停车按键和复位按键。

其中，所述执行器为快速切断阀或带切断功能的调节阀。

其中，所述执行器安装的关键管路包括：对工艺影响较大的原料输入管线；进出口压差较大的管线；大型离心泵后管线；对产品质量要求较严的产品罐进料管线。

其中，所述切断阀采用气动活塞式执行机构，其包括带电磁阀、阀位讯回器、储气罐。

本发明还提供了上述分层次停车系统逻辑动作设定方法，具体为：

第一层次，停原料输入；

第二层次，停原料输入、物料输出及主物料流程(包括主循环)，受主物料流程停止影响不大，且有利于短期开车的副流程暂不停止；

第三层次，停所有流程。

本发明的有益效果：

相比现有联锁系统及人工停车方案，本发明提供的分层次停车设备具有以下优点：1.提高化工装置应对突发事件时的自动保护能力；2.确保紧急停车时操作的快速、有效，保障工人的安全，避免重大事故发生；3.防止不必要的非计划停车。

附图说明

图1为环己酮生产装置简单示意图；

图2为双氧水生产装置简单示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种化工装置的分层次停车系统，其包括安全PLC、隔离电路、检测器、执行器、人机器界面控制指示装置。

该停车系统在关键管线切断阀的选择、紧急停车逻辑动作的设定与控制系统的安装方面对现有紧急停车系统进行了优化。

进一步，所述分层次停车系统仅由上述装置构成。

所述安全PLC为控制单元，实现控制策略的运行，采用SIL等级较高的安全PLC防止误操作以及控制失效。

所述隔离电路实现本质安全电路与非本质安全电路的隔离。

所述检测器用于对仪表的在线监测与安全管理。

所述执行器用于实现快速有效的切断物料。

所述安全PLC包括双冗佘的电源模块、三冗佘的CPU、双冗佘的I／O卡件、双冗佘通信模块。

进一步，所述安全PLC仅由上述部件构成。

所述安全PLC采用电网通过UPS对安全PLC供电。

所述隔离电路包括隔离式安全栅和继电器，隔离式安全栅连接现场模拟仪表，继电器连接现场数字开关仪表。

进一步，所述隔离电路仅由隔离式安全栅和继电器构成。

所述检测器为智能变送器，其采用二线制4～20mA(叠加HART信号)输出，方便仪表安全管理，以及阀位讯回器的开关信号0／24V，指示切断阀的当前状态等。

所述人际界面控制指示装置包括设备状态指示灯、分层次停车按键和复位按键。

进一步，所述人际界面控制指示装置仅由设备状态指示灯、分层次停车按键和复位按键构成。

所述执行器为快速切断阀或带切断功能的调节阀，快速切断阀一般采用气动活塞式执行机构，包括带电磁阀、阀位讯回器、储气罐等，执行器安装在化工装置的管线上，包括：对工艺影响较大的原料输入管线；进出口压差较大的管线；大型离心泵后管线；对产品质量要求较严的产品罐进料管线等。

本发明提供的上述分层次停车系统主要在关键管线切断阀的选择、紧急停车逻辑动作的设定与控制系统的安装等方面对现有紧急停车系统进行了优化。

本发明还提供了上述分层次停车系统的设定方法，具体为：

第一个层次，停原料输入；

第二个层次，停原料输入及包括主循环的主物料流程，受主物料流程停止影响不大，且有利于短期开车的副流程暂不停止；

第三个层次，停原料输入及所有流程。

每个层次设一个手动按钮。

以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供的分层次停车系统由安全PLC、隔离电路、检测器、执行器、人机器界面控制指示装置组成，所述安全PLC为控制单元，实现控制策略的运行，采用安全完整性等级(SIL)为2或3的安全PLC防止误操作以及控制失效，所述隔离电路实现本质安全电路与非本质安全电路的隔离，所述检测器用于对仪表的在线监测与安全管理，所述执行器用于实现快速有效的切断物料，所述安全PLC由双冗佘的电源模块、三冗佘的CPU、双冗佘的I／O卡件、双冗佘通信模块构成，所述安全PLC采用电网通过UPS对安全PLC供电，所述隔离电路由隔离式安全栅和继电器构成，隔离式安全栅连接现场模拟仪表，继电器连接现场数字开关仪表，所述检测器为智能变送器，其采用二线制4～20mA(叠加HART信号)输出，方便仪表安全管理，以及阀位讯回器的开关信号0／24V，指示切断阀的当前状态等，所述人际界面控制指示装置由设备状态指示灯、分层次停车按键和复位按键。所述执行器为快速切断阀或带切断功能的调节阀，快速切断阀一般采用气动活塞式执行机构，包括带电磁阀、阀位讯回器、储气罐。

下面具体描述本发明提供的分层次停车系统在具体化工装置中的设定方法。

实施例1：

如图1所示，某环己酮生产装置，包括氧化单元、尾气吸收单元，分解皂化单元及烷精馏单元。由于环己酮生产装置中含大量易燃易爆物料，流程长，操作复杂，出现异常状况时极难处理，因此有必要设计分层次停车系统。

为设计环己酮装置的分层次停车系统，首先需要在关键部位安装独立于DCS系统的切断阀，在图示环己酮生产装置中，管线1、3、5、6、8、11、13、16、17、19上需要安装切断阀。

分层次停车系统设3个按钮：

a.按下第一层次停车按钮，关管线1、3切断阀。

b.按下第二层次按钮，关管线1、3、5、6、8、11、13、19切断阀。

c.按下第三层次按钮，关下所有切断阀，停搅拌。

实施例2

如图2所示，在图示双氧水生产装置中，管线1、4、5、8、11、13、15、19上需要安装切断阀，分层次停车系统设2个按钮：a.按下第一层次停车按钮，关管线1、5切断阀，b.按下第二层次按钮，关管线1、4、5、8、11、13、15、19切断阀。

通过分层次停车系统的开发及安装，可提高双氧水生产装置应对突发事件时的自动保护能力，确保紧急停车时操作的快速、有效，保障工人的安全，避免重大事故发生。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和／或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种化工装置的分层次停车系统，其特征在于：安全PLC、隔离电路、检测器、执行器、人机器界面控制指示装置；

所述执行器为快速切断阀或带切断功能的调节阀；

所述执行器安装的关键管路包括：对工艺影响较大的原料输入管线；进出口压差较大的管线；大型离心泵后管线；对产品质量要求较严的产品罐进料管线；

所述分层次停车系统的设定方法具体为：

第一个层次，停原料输入；

第二个层次，停原料输入及包括主循环的主物料流程，受主物料流程停止影响不大，且有利于短期开车的副流程暂不停止；

第三个层次，停原料输入及所有流程。

2.如权利要求1所述的化工装置的分层次停车系统，其特征在于：所述安全PLC包括双冗余的电源模块、三冗余的CPU、双冗余的I/O卡件、双冗余通信模块。

3.如权利要求1或2所述的化工装置的分层次停车系统，其特征在于：所述隔离电路包括隔离式安全栅和继电器，隔离式安全栅连接现场模拟仪表，继电器连接现场数字开关仪表。

4.如权利要求1或2所述的化工装置的分层次停车系统，其特征在于：所述检测器为智能变送器。

5.如权利要求1或2所述的化工装置的分层次停车系统，其特征在于：所述人机界面控制指示装置包括设备状态指示灯、分层次停车按键和复位按键。

6.如权利要求1或2所述的化工装置的分层次停车系统，其特征在于：所述切断阀采用气动活塞式执行机构，其包括带电磁阀、阀位讯回器、储气罐。

7.权利要求1至6任一项所述分层次停车系统的设定方法，其特征在于：

第一个层次，停原料输入；

第二个层次，停原料输入及包括主循环的主物料流程，受主物料流程停止影响不大，且有利于短期开车的副流程暂不停止；

第三个层次，停原料输入及所有流程。