CN110081313A - 一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统与联锁控制方法。补偿系统包括缓冲罐，缓冲罐安装在并联的主泵和备泵的出口总管上，缓冲罐出口设有控制阀；缓冲罐中加入有原料介质以及为原料介质进入出口总管中提供动力的高压保护气体(高压氮气)。本发明针对当前流程泵切换过程中存在的流程中断引发装置或重要单元停车等问题，提供了一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统。当流程泵由于故障中断时，联锁启动补偿系统用于临时替代备泵向流程中提供介质，避免由于备泵无法立即启动引发的事故。

Description

一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统与控制方法
技术领域
本发明属于流程工业技术领域，具体是涉及一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统与联锁控制方法。
背景技术
流程泵在当前石化等流程工业中应用十分广泛，其用于为液相介质输送提供动力。在一些特殊的流程系统中，一旦泵发生故障，往往会导致流程的中断并造成巨额经济损失。为确保流程的正常进行，一些重要的工艺往往要求配置两台泵，即一主泵一备泵，一旦主泵发生故障，则要求备泵在规定的时间内切换投入运行。泵的在线切换需要将主泵出口阀关闭、备泵的出口阀开启，同时完成备泵的安全检查，确认安全后才允许启动，一般切换过程需要时间数分钟到十几分钟不等。一些重要的工艺单元，如加氢装置经加热炉向反应器提供原料的泵一旦运行，需要立即联锁停炉，从而引发全装置停车，引发重大经济损失，如流程泵下游为物料加热炉时，物料中断可能导致加热炉干烧，具有严重风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统与联锁控制方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统，包括缓冲罐，所述缓冲罐安装在并联的主泵和备泵的出口总管上，所述缓冲罐出口设有控制阀；所述缓冲罐中加入有原料介质以及为所述原料介质进入出口总管中提供动力的高压保护气体。
进一步的方案：当缓冲罐向所述出口总管提供原料介质且缓冲罐内无持续的高压保护气体补充时：所述缓冲罐内高压保护气体(高压氮气)的初始体积所述缓冲罐的体积确定为：
当缓冲罐向所述出口总管提供原料介质且缓冲罐内有持续高压保护气体补充时，缓冲罐的体积确定为：V缓≥Q·t；
其中，t表示主泵停运时应急启动备泵所需的时间，Pmin表示主泵正常输送原料介质的最低压力，Q表示在等待备泵启动过程中相应装置维持正常运行所需原料介质的体积流量，PHP表示缓冲罐内高压保护气体的初始压力。
一种基于所述的预防流程泵备泵启动失败的补偿系统的联锁控制方法，包括以下步骤：
步骤1，设定泵正常运行时的信号指示为“1”，泵停止运行时信号指示为“0”；那么在主泵停止运行而备泵未启动时，主泵、备泵的运行信号均指示为“0”，此时两信号经或门后输出“0”，再送入与门后输出为“0”，当与门输出信号由“1”转为“0”时，启动停泵报警信号同时触发控制阀开阀信号；
步骤2，当接到停泵报警信号后，系统自动或通过人工操作开始执行备泵启动程序，同时控制阀开启，在备泵启动并达到正常工作状态前，由缓冲罐向出口总管中补充原料介质；
步骤3，当控制阀开启后，控制阀回讯信号指示为“1”，并开始进行计时，当缓冲罐排放原料介质的时间达到T1时，若备泵仍未正常启动则发送指示信号“0”，用于关闭控制阀，其中备泵启动所需的时间≤T1≤缓冲罐内原料介质排空的时间；若备泵启动成功，则备泵运行信号指示为“1”，此时延时T2时间以使得备泵达到要求流量后送出信号用于关闭控制阀。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明针对当前流程泵切换过程中存在的流程中断引发装置或重要单元停车等问题，提供了一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统。当流程泵由于故障中断时，联锁启动补偿系统用于临时替代备泵向流程中提供介质，避免由于备泵无法立即启动引发的事故。
(2)本发明所述补偿系统在泵系统正常工作时处于待机状态，不干扰系统的正常运行。当主泵故障且备泵无法立即启动时，联锁开启控制阀，本发明所述补偿系统可以替代泵系统，临时向管道内送入物料，避免物料中断引发全装置或装置单元停车。缓冲罐的容量、所盛装的原料介质的数量与备泵启动所需要的时间相适应，以满足备泵启动所需的时间为宜。
附图说明
图1为本发明补偿系统结构示意图。
图2为本发明控制方法流程图。
附图中标记的含义如下：
11-缓冲罐；12-控制阀；13-安全阀；20-主泵；30-备泵；40-出口总管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：
如图1所示：本发明所述预防流程泵备泵启动失败的补偿系统包括缓冲罐11，所述缓冲罐11安装在并联的主泵20和备泵30的出口总管40上，所述缓冲罐11出口设有控制阀12；所述缓冲罐11中加入有原料介质以及为所述原料介质进入出口总管40中提供动力的高压保护气体(如氮气，但不限于氮气)。所述控制阀12的形式不限于气动联锁阀、调节阀或电动阀。
设主泵停时应急启动备泵所需的时间为t秒，主泵正常输送原料介质的最低压力为Pmin，在等待备泵启动过程中相应装置维持正常运行所需原料介质的体积流量为Q，则t时间段所需持续输送的原料介质体积为V＝Qt。
依据缓冲罐工作过程中高压保护气实时补充情况，可分为不补充和连续补充两种情况。高压保护气不补充时随着介质外排，缓冲罐内压力将持续下降。连续补充时，缓冲罐内压力维持高压保护气操作压力。缓冲罐的体积按照以下两种情况分别计算确定：
(1)高压保护气不补充，即缓冲罐向所述出口总管提供原料介质时缓冲罐内无高压保护气体补充：
要使补偿系统正常工作，设高压保护气的初始压力为PHP，缓冲罐顶部所需的高压保护气初始体积为V1，缓冲罐内排出体积为V的原料介质后，此时罐内压力为P2，气相空间的体积为V1+V，假设整个过程为等温过程，不考虑介质液柱产生的压强时，则有：
PHP·V1＝P2·(V1+V)
则：
为确保流程不发生中断，要求P2至少要大于主泵正常输送原料介质的最低压力Pmin，即：
则可求得缓冲罐内要充入的高压氮气的初始体积至少为：
此时缓冲罐的体积要求至少为:
所述V1的体积不大于缓冲罐的体积。
如某炼化装置原料泵正常输送压力要求为3MPa(绝对压力)，高压氮气压力为4.5MPa(绝对压力)，要维持装置正常运行，介质输送的体积流量为 0.02m3/s，主泵突然停车后备泵启动所需的时间为20分钟，则依据上述公式，缓冲罐的体积至少为：
此时高压氮气在缓冲罐内的体积为：
(2)高压氮气连续补充，即当缓冲罐向所述出口总管提供原料介质时缓冲罐内有连续高压保护气体补充时：
当缓冲罐工作时，由于高压氮气持续补充，缓冲罐气相压力维持在高压氮气的操作压力，此时只要高压氮气压力高于介质输送所需的最低压力为 Pmin，且缓冲罐体积大于备泵启动所需的时间t内所需持续输送的介质体积即可满足装置不停车要求，即：
V＝Q·t
如某炼化装置原料泵正常输送压力要求为3MPa(绝对压力)，高压氮气压力为4.5MPa(绝对压力)，要维持装置正常运行，介质输送的体积流量为 0.02m3/s，主泵突然停车后备泵启动所需的时间为20分钟，则依据上述公式，缓冲罐的体积至少为：
V缓＝Q·t＝0.02×20×60＝24m3
如图2所示：基于所述的预防流程泵备泵启动失败的补偿系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，设定泵正常运行时的信号指示为“1”，泵停止运行时信号指示为“0”；那么在主泵停止运行而备泵未启动时，主泵、备泵的运行信号均指示为“0”，此时两信号经或门后输出“0”，再送入与门后输出为“0”，当与门输出信号由“1”转为“0”时，启动停泵报警信号同时触发控制阀开阀信号；
步骤2，当接到停泵报警信号后，系统自动或通过人工操作开始执行备泵启动程序，同时控制阀开启，在备泵启动并达到正常工作状态前，由缓冲罐向出口总管中补充原料介质；
步骤3，当控制阀开启后，控制阀回讯信号指示为“1”，并开始进行计时，当缓冲罐排放原料介质的时间达到T1时，若备泵仍未正常启动则发送指示信号“0”，用于关闭控制阀，其中备泵启动所需的时间≤T1≤缓冲罐内原料介质排空的时间；若备泵启动成功，则备泵运行信号指示为“1”，此时延时T2时间以使得备泵达到要求流量后送出信号用于关闭控制阀。此处无论是缓冲罐出口控制阀开启的时间达到T1，还是备泵启动达到正常流量所需的时间T2，以计时先到为准，都需要及时送出信号用于关闭缓冲罐出口控制阀。
当备泵正常运行后，补偿系统的出料控制阀关闭，重新将原料介质送入缓冲罐内达到指定容量，之后冲入高压氮气。送入缓冲罐的原料介质、高压氮气可以通过控制阀或其他管道送入。

Claims (3)

1.一种预防流程泵备泵启动失败的补偿系统，其特征在于：包括缓冲罐(11)，所述缓冲罐(11)安装在并联的主泵(20)和备泵(30)的出口总管(40)上，所述缓冲罐(11)出口设有控制阀(12)；所述缓冲罐(11)中加入有原料介质以及为所述原料介质进入出口总管(40)中提供动力的高压保护气体。
2.如权利要求1所述的预防流程泵备泵启动失败的补偿系统，其特征在于：当缓冲罐(11)向所述出口总管(40)提供原料介质且缓冲罐(11)内无高压保护气体补充时：所述缓冲罐(11)内高压保护气体的初始体积所述缓冲罐(11)的体积确定为：
当缓冲罐(11)向所述出口总管(40)提供原料介质且缓冲罐(11)内有连续高压保护气体补充时，缓冲罐(11)的体积确定为：V缓≥Q·t；
其中，t表示主泵停运时应急启动备泵所需的时间，Pmin表示主泵正常输送原料介质的最低压力，Q表示在等待备泵启动过程中相应装置维持正常运行所需原料介质的体积流量，PHP表示缓冲罐内高压保护气体的初始压力。
3.一种基于权利要求1或2所述的预防流程泵备泵启动失败的补偿系统的联锁控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，设定泵正常运行时的信号指示为“1”，泵停止运行时信号指示为“0”；那么在主泵(20)停止运行而备泵(30)未启动时，主泵(20)、备泵(30)的运行信号均指示为“0”，此时两信号经或门后输出“0”，再送入与门后输出为“0”，当与门输出信号由“1”转为“0”时，启动停泵报警信号同时触发控制阀(12)开阀信号；
步骤2，当接到停泵报警信号后，系统自动或通过人工操作开始执行备泵启动程序，同时控制阀(12)开启，在备泵(30)启动并达到正常工作状态前，由缓冲罐(11)向出口总管(40)中补充原料介质；
步骤3，当控制阀(12)开启后，控制阀回讯信号指示为“1”，并开始进行计时，当缓冲罐排放原料介质的时间达到T1时，若备泵仍未正常启动则发送指示信号“0”，用于关闭控制阀，其中备泵启动所需的时间≤T1≤缓冲罐内原料介质排空的时间；若备泵(30)启动成功，则备泵运行信号指示为“1”，此时延时T2时间以使得备泵达到要求流量后送出信号用于关闭控制阀(12)。
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