CN111966054B - 化工装置全厂大联锁保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供一种化工装置全厂大联锁保护方法及装置，属于联锁控制技术领域。方法包括：获取至少一个物料供应装置的跳车信号；依据至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行。本发明通过预先建立物料供应装置与物料消耗装置的关联关系，按预设优先级对对应的物料消耗装置的停车顺序进行排序，在获取到物料供应装置的跳车信号时，获取与其匹配的停车顺序表并按预设优先级控制对应的物料消耗装置停止运行，能有效降低物料的消耗，实现关键物料的新平衡，以确保全厂在事故和异常工况下全厂系统的稳定，将全厂的不稳定因素降低到最小，避免出现全厂的大面积停车。

Description

化工装置全厂大联锁保护方法及装置

技术领域

本发明涉及联锁控制技术领域，具体地涉及一种化工装置全厂大联锁保护方法及一种化工装置全厂大联锁保护装置。

背景技术

近年来，大型石油化工和煤制油化工装置在国内快速建设。以煤制油化工为例，在项目配置上往往动力占配置了多套锅炉，空分配置了多套空压机、气化配置了数量庞大的气化炉生产合成气，合成气进行净化后，合成反应甲醇、油品或其他化工产品。另外项目配套建设的公用工程也为多系列，系统非常庞大。

大型石油化工和煤制油化工装置系统极其复杂，系统与系统之间、系列与系列之间、装置与装置之间相互关联度非常高，某一装置、系列或系统的停车，都会引发全厂性的蒸汽、氧气及氮气等物料的不平衡，触发全厂大面积停车。一旦造成全厂性停车，不仅会造成重大经济损失，也可能会带来爆炸、火灾及人员伤亡等情况。此外，随着煤化工企业生产规模的不断扩大，工艺流程日趋复杂，事故发生的几率和危害程度也不断增加，联锁保护系统越来越成为化工装置不可缺少的一部分，但目前的联锁保护系统仅仅是建立在某一套装置内部，无法实现全厂性联锁。

发明内容

本发明实施方式的目的是建立在装置与装置之间、系列与系列之间、系统与系统之间，防止触发全厂停车的联锁保护方法，以解决现有技术只能对某装置内部联锁控制的问题。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种化工装置全厂大联锁保护方法，包括：

获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，所述跳车信号的生成方法，包括：

获取所述至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，所述监测数据包括温度、压力及流量。

可选地，所述跳车信号包括产生所述跳车信号的物料供应装置的第一编号；所述预设的停车顺序表包括所述至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与所述至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序。

可选地，依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行，包括：

解析所述跳车信号以获取所述第一编号；

将所述第一编号与所有所述第二编号进行匹配，若匹配成功，则读取对应的停车顺序表；

依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，所述至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，所述依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行，包括：

依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制所述第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制所述第一物料消耗装置停止运行；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制所述第二物料消耗装置停止运行；

所述第三阈值小于所述第二阈值。

在本发明的第二方面，提供一种化工装置全厂大联锁保护装置，包括：

数据获取模块，被配置为获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

控制模块，被配置为依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，所述跳车信号的生成方法，包括：

获取所述至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，所述监测数据包括温度、压力及流量。

可选地，所述跳车信号包括产生所述跳车信号的物料供应装置的第一编号；所述预设的停车顺序表包括所述至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与所述至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序。

可选地，所述控制模块，包括：

解析单元，被配置为解析所述跳车信号以获取所述第一编号；

匹配单元，被配置为将所述第一编号与所有所述第二编号进行匹配，若匹配成功，则读取对应的停车顺序表；

控制单元，被配置为依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，所述至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，所述控制单元，包括：

第一控制子单元，被配置为依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制所述第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

第二控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制所述第一物料消耗装置停止运行；

第三控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制所述第二物料消耗装置停止运行；

所述第三阈值小于所述第二阈值。

本发明上述技术方案通过预先建立物料供应装置与物料消耗装置的关联关系，按预设优先级对对应的物料消耗装置的停车顺序进行排序，并将相关数据写入停车顺序表进行存储，在获取到物料供应装置的跳车信号时，获取与其匹配的停车顺序表并按预设优先级控制对应的物料消耗装置停止运行，这样，当发生某一装置、系列或系统的关键设备跳车，造成装置、系列或系统停车，引发全厂或局部的某一关键物料中断时，按照预设的停车顺序，控制能优先停止运行的非关键装置停止运行，降低物料的消耗，实现关键物料的新平衡，以继续维持全厂运行，确保全厂在事故和异常工况下全厂系统的稳定，将全厂的不稳定因素降低到最小，避免出现全厂的大面积停车。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明优选实施方式提供的化工装置全厂大联锁保护方法的方法流程图；

图2是本发明优选实施方式提供的全厂大联锁控制流程图；

图3是本发明优选实施方式提供的气化炉联锁控制流程图；

图4是本发明优选实施方式提供的化工装置全厂大联锁保护装置结构示意图。

附图标记说明

201-数据获取模块，202-控制模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，在本实施方式的第一方面，提供一种化工装置全厂大联锁保护方法，包括：

S100、获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

S200、依据至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行。

如此，本实施方式通过预先建立物料供应装置与物料消耗装置的关联关系，按预设优先级对对应的物料消耗装置的停车顺序进行排序，并将相关数据写入停车顺序表进行存储，在获取到物料供应装置的跳车信号时，获取与其匹配的停车顺序表并按预设优先级控制对应的物料消耗装置停止运行，这样，当发生某一装置、系列或系统的关键设备跳车，造成装置、系列或系统停车，引发全厂或局部的某一关键物料中断时，按照预设的停车顺序，控制能优先停止运行的非关键装置停止运行，降低物料的消耗，实现关键物料的新平衡，以继续维持全厂运行，确保全厂在事故和异常工况下全厂系统的稳定，将全厂的不稳定因素降低到最小，避免出现全厂的大面积停车。

具体的，大型石化生产系统如大型石油化工和煤制油化工装置系统极其复杂，系统与系统之间、系列与系列之间、装置与装置之间相互关联度非常高，各大型化工装置之间存在复杂的物料供需关系，要保证生产系统平稳运行，需要生产系统中的物料供需保持平衡稳定的状态。当生产系统中突然发生装置间供应物料的关键设备发生停运后，引发全厂或局部的某一关键物料，如工艺物料：如氧气、合成气、油品等，及公用工程物料：蒸汽、氮气、空气以及循环水等的供应减少或中断时，会对生产系统的平稳运行造成重大影响。根据各生产装置的物料供需关系，将生产装置划分为物料供应装置及物料消耗装置，需要说明的是，物料供应装置与物料消耗装置为相对关系，例如，装置A相对其上游的装置B为物料消耗装置，但装置A相对其下游的装置C为物料供应装置，在预先建立停车顺序表时，例如建立装置A为物料供应装置时的停车顺序表时，装置A对应的停车顺序表中包括装置A对应的物料消耗装置C；建立装置B为物料供应装置时的停车顺序表时，装置B对应的停车顺序表中同样可以包括装置B对应的物料消耗装置A，即建立停车顺序表时，受到当前装置物料供应影响的所有装置，均认为是当前装置的物料消耗装置。针对每一生产装置，根据生产系统各装置之间的耦合关系，预先确定当该生产装置为物料供应装置时，与其关联，受其物料供应影响的生产装置作为当前装置的物料消耗装置，并根据生产工艺，根据物料消耗装置的停车对生产系统的影响对关停物料消耗装置的顺序进行排序，同时，所确定的物料消耗装置被关停后能使得生产系统中该物料的供应达到新的平衡以使得生产系统能继续平稳运行，避免大面积停车，基于上述预先建立各物料供应装置对应的停车顺序表并预存储在数据库中，在接收到物料供应装置发送的跳车信号后，生产系统能依据跳车信号从数据库中获取其对应的物料消耗装置的预设停车顺序表，从而实现对其关联装置的停车控制，从而避免生产中的关键物料供应中断对生产系统造成重大影响。对于停车顺序表中物料消耗装置的确定及停车顺序的确定，可根据生产工艺的具体情况确定，例如，确定主要物料用户；根据全厂物料情况确定物料的规模；根据各工况下全厂大联锁物料用量分析确定设备方案；根据系统动态分析和设备方案确定控制方案；通过动态模拟检验、优化控制方案，最终确定全厂大联锁方案，从而确定物料消耗装置的停车顺序。具体停车顺序的确定可以根据实际情况确定，此处不再赘述。本实施方式的方法可以基于CPU或MCU运行，运行本方法的CPU或MCU通过交换机接收各物料供应装置产生的跳车信号，以及向对应的物料消耗装置发送控制信号。

在步骤S100中，跳车信号的生成方法，包括：

获取至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，监测数据包括温度、压力及流量。

对于每个物料供应装置，通过设置在物料供应装置中的多个传感器对该物料供应装置的物料参数进行监测数据的采集，以通过监测数据判断该物料供应是否异常，监测数据可以为单独的温度、压力及流量数据，或温度、压力及流量数据的组合。如图2所示，当监测数据低于预设的第一阈值时，例如，当压力数据低于预设的第一阈值时，判断该物料供应装置可能故障，其物料供应量无法满足当前生产系统的消耗量，可能导致生产系统的物料平衡失衡，为避免发生事故，该装置的保护系统关停该装置，同时生成该物料供应装置的跳车信号，以触发全厂大联锁保护，按预设的停车顺序控制对应的物料消耗装置停止运行，以使得生产系统的物料消耗重新达到平衡，同时，工作人员可根据产生的跳车信号对该物料供应装置进行故障处理、启动备用物料供应装置，从而能在关键设备停运时停运非关键设备减少物料消耗使物料消耗达到新的平衡，进而在不中断生产的情况下恢复物料消耗装置的运行，使生产系统恢复正常运行。为了保证全厂大联锁控制的准确性，针对物料供应装置，本实施方式还设置旁路开关，以防止产生假信号、同时可以给手动操作提供一定的缓冲时间或考虑其它因素，以避免可能发生不必要的停车联锁结果。

在步骤S200中，跳车信号包括产生跳车信号的物料供应装置的第一编号；预设的停车顺序表包括至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序。其中，第一编号和第二编号可以是相同的编号，也可以是不相同的编号，建立第一编号与第二编号的映射关系，有利于在接收到跳车信号时，快速查找、匹配对应的停车顺序表。在步骤S200中，当接收到跳车信号后，首先解析跳车信号并获取第一编号；将第一编号与所有第二编号进行匹配，例如，判断第一编号与第二编号是否一致，若一致，则匹配成功，从数据库中读取对应的停车顺序表；依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行。

为了在物料供应装置发生故障时进一步缓和生产系统中物料供求变化量，同时为工作人员手动操作、故障处理赢取更多时间，本实施方式的至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行，包括：

依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制第一物料消耗装置停止运行；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制第二物料消耗装置停止运行；

第三阈值小于第二阈值。

如图3所示，例如，在某煤制油项目中，由于需要给气化装置供应的氧气量大，因此空分设置了2个系列，1系列空分装置为1-14#气化炉提供氧气，2系列空分装置为15-28#气化炉提供氧气。单台空分装置氧气产量为100500Nm³/h，总氧气产量为1201200Nm³/h，正常工况下，一台空分装置给两台气化炉供氧气。空分厂每系列有一套空分后备氧气贮存系统，液氧蒸发系统蒸发能力101500Nm³/h，与一套空分的氧气产量相当，可以以一套空分的设计工况供氧气8小时以上。在实际的生产中空分装置的主要设备如空压机、液氧泵等一旦出现故障、或动力站锅炉跳车引发空分装置跳车都可能造成氧气供应的中断。而一旦发生空分装置跳车，如果处理不及时，都会造成氧气管网压力下降，最终导致氧气管网压力和流向的下降，导致气化大面积停车。以其中1台空分装置跳车触发全厂大联锁为例，说明联锁控制过程如下：

1系列中1台空分装置跳车后，立即根据获取到的该装置产生的跳车信号控制其对应的气化装置——1-14#气化炉降负荷至37000Nm³，以降低氧气管网的下降速率；

同时紧急启动后备氧气系统、后备氮气系统；

当氧气管网的压力低于5.6MPa后，延迟第一延时t1后，控制1-14#气化炉中的1台气化炉停止运行；

如果氧气管网压力继续下降，当氧气管网的压力低于5.4MPa后，延迟第二延时t2后，控制1-14#气化炉中的第2台气化炉停止运行。

如图4所示，在本实施方式的第二方面，提供一种化工装置全厂大联锁保护装置，包括：

数据获取模块201，被配置为获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

控制模块202，被配置为依据至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，跳车信号的生成方法，包括：

获取至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，监测数据包括温度、压力及流量。

可选地，跳车信号包括产生跳车信号的物料供应装置的第一编号；预设的停车顺序表包括至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序。

可选地，控制模块202，包括：

解析单元，被配置为解析跳车信号以获取第一编号；

匹配单元，被配置为将第一编号与所有第二编号进行匹配，若匹配成功，则读取对应的停车顺序表；

控制单元，被配置为依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行。

可选地，至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，控制单元，包括：

第一控制子单元，被配置为依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

第二控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制第一物料消耗装置停止运行；

第三控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制第二物料消耗装置停止运行；

第三阈值小于第二阈值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上，本实施方式通过预先建立物料供应装置与物料消耗装置的关联关系，按预设优先级对对应的物料消耗装置的停车顺序进行排序，并将相关数据写入停车顺序表进行存储，在获取到物料供应装置的跳车信号时，获取与其匹配的停车顺序表并按预设优先级控制对应的物料消耗装置停止运行，这样，当发生某一装置、系列或系统的关键设备跳车，造成装置、系列或系统停车，引发全厂或局部的某一关键物料中断时，立即触发联锁保护系统，按照预设的停车顺序，控制能优先停止运行的非关键装置停止运行，降低物料的消耗，实现关键物料的新平衡，以继续维持全厂运行，待事故排除后，恢复正常运行工况，确保全厂在事故和异常工况下全厂系统的稳定，将全厂的不稳定因素降低到最小，避免出现全厂的大面积停车。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (4)

1.一种化工装置全厂大联锁保护方法，其特征在于，包括：

获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行；

所述跳车信号包括产生所述跳车信号的物料供应装置的第一编号；所述预设的停车顺序表包括所述至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与所述至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序；

依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行，包括：

解析所述跳车信号以获取所述第一编号；

将所述第一编号与所有所述第二编号进行匹配，若匹配成功，则读取对应的停车顺序表；

依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行；

所述至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，所述依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行，包括：

依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制所述第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制所述第一物料消耗装置停止运行；

持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制所述第二物料消耗装置停止运行；

所述第三阈值小于所述第二阈值。

2.根据权利要求1所述的化工装置全厂大联锁保护方法，其特征在于，所述跳车信号的生成方法，包括：

获取所述至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，所述监测数据包括温度、压力及流量。

3.一种化工装置全厂大联锁保护装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，被配置为获取至少一个物料供应装置的跳车信号；

控制模块，被配置为依据所述至少一个物料供应装置的跳车信号获取预设的停车顺序表，依据所述停车顺序表控制对应的物料消耗装置停止运行；

所述跳车信号包括产生所述跳车信号的物料供应装置的第一编号；所述预设的停车顺序表包括所述至少一个物料供应装置的第二编号，以及按预设的优先级进行排序的与所述至少一个物料供应装置关联的至少一个物料消耗装置的停车顺序；

所述控制模块，包括：

解析单元，被配置为解析所述跳车信号以获取所述第一编号；

匹配单元，被配置为将所述第一编号与所有所述第二编号进行匹配，若匹配成功，则读取对应的停车顺序表；

控制单元，被配置为依据读取到的停车顺序表依次控制对应的物料消耗装置停止运行；

所述至少一个物料消耗装置包括第一物料消耗装置及第二物料消耗装置，所述控制单元，包括：

第一控制子单元，被配置为依据读取到的停车顺序表，按预设的优先级控制所述第一物料消耗装置的工作负荷降低至第一负荷；

第二控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第二阈值时，延迟第一延时，控制所述第一物料消耗装置停止运行；

第三控制子单元，被配置为持续获取所述物料供应装置的监测数据，当产生所述跳车信号的物料供应装置的监测数据低于第三阈值时，延迟第二延时，控制所述第二物料消耗装置停止运行；

所述第三阈值小于所述第二阈值。

4.根据权利要求3所述的化工装置全厂大联锁保护装置，其特征在于，所述跳车信号的生成方法，包括：

获取所述至少一个物料供应装置的监测数据；

生成监测数据低于第一阈值的物料供应装置的跳车信号，所述监测数据包括温度、压力及流量。