苯乙烯装置ESD系统设计

李忠明

(辽宁石化职业技术学院，辽宁 锦州 121001)

在苯乙烯生产装置中，尾气压缩机和干气压缩机是关键设备，其运行情况直接影响着整个装置的安全稳定运行。李敏等在对某苯乙烯装置的尾气压缩机解体进行全面检查的过程中发现壳体内腔冲刷严重，出口侧及吸气、排气端座严重腐蚀，螺杆与壳体的最小侧间隙大小不一，局部达到4.50mm，如果压缩机继续运行，二者的间隙会进一步加大，并可能造成壳体泄漏的安全隐患[1]。

由于尾气压缩机和干气压缩机的重要性和操作控制的复杂性，所以必须采用高可靠的紧急停车系统(ESD)实现联锁保护。如果生产过程越限，ESD系统动作，保证装置的安全运行。ESD系统主要应用于生产过程的联锁保护控制、停车控制、燃气轮机、透平机及压缩机组等的控制。苯乙烯装置的ESD主要用于实现尾气压缩机和干气压缩机的联锁控制，采用TRICON设计实现。

1 TRICON简介①

TRICON是一种具有高容错能力的可编程逻辑与过程控制技术[2]。为了增加系统的可靠性，系统设有3个互为冗余的主处理器模件，每个I/O模件内都有3个独立的分电路，对来自现场的DI/DO进行表决和诊断，对AI进行取中值处理。系统的第一事故记录(SOE)功能可以快速、准确地判断引起联锁和保护的条件。

一个简单的TRICON包括：主处理器、电源模件、通信模件、各种I/O模件、安装模件的机架、端子板和编程工作站[3]。

2 硬件配置

ESD的硬件设计组态是控制系统的基础部分。苯乙烯装置ESD的硬件配置(图1)包括一个控制站、一个操作站、一个工程师站[4]和两个辅助操作台。通过互为冗余的HUB将控制站、操作站和工程师站连接起来。

苯乙烯装置配置了一个主机架和一个扩展机架，机架中安装了主处理器模件、电源模件、通信模件和各种I/O模件。工程师站和操作站选用DELL工业PC机，完成系统组态与维护工作；操作站用于监控和操作。辅操台上安装有急停按钮、复位按钮、确认按钮、手/自动切换开关及指示灯等。DCS、ESD和本特利3500之间通过RS-485通信接口，采用Modbus通信协议[5]实现信息共享。

3 ESD系统软件配置

苯乙烯生产装置的ESD系统软件配置了基于Windows的Tristation1131下位软件，上位软件采用Intouch。

下位软件Tristation1131实现系统的硬件配置、定义输入/输出点，完成控制程序的组态。该软件具有离线仿真和监控功能，能够对系统中的每一个硬件进行循环诊断，在线监控程序的运行，并支持程序的在线修改。

上位软件Intouch主要进行监控画面的组态工作。在Tristation1131定义了硬件地址后系统会自动生成软件地址，供上位软件直接引用。上、下位软件通过DDE通信协议连接。

4 控制程序组态

控制程序组态是实现ESD控制功能的核心。TRICON系统中，一个项目最多可以有256个程序，一个程序可以容纳两千个变量(包括内存变量)。

图1 TRICON系统的硬件配置

TRICON系统下位软件Tristation1131程序支持函数方块图(FBD)、梯形图(LD)、结构文本(ST)和因果矩阵(CEM)4种语言。前3种语言(FBD、LD和ST)完全符合IEC1131-3标准。

苯乙烯项目的主体程序编程采用函数方块图实现。程序主要分为装置自保程序和机组联锁程序。装置自保程序的功能是确保加热炉和反应器安全运行，一旦突发事故，强行停止加热炉和反应器，确保装置和设备的安全。

4.1 机组联锁系统

图2为压缩机的联锁逻辑组态程序。机组的联锁条件包括：透平超速、透平事故按钮、润滑油压力超低、封油液位超低、透平轴位移量过大、压缩机轴位移过大、压缩机出口压力过低和C101手动停车。装置的联锁条件有：加热炉联锁停炉和反应器联锁停止运行。上述任何一个条件存在，压缩机就自动联锁停车。

图2 压缩机联锁组态程序

4.2 转速控制

KOBO压缩机调速系统采用WoodWard150电子调速器，该调节系统控制精度高、工作稳定，而且可以根据工艺要求进行编程组态，实现不同的控制功能。其中尾气压缩机的调速原理如图3所示。当达到压缩机启动条件时，按启动压缩机按钮，汽轮机进气门打开，压缩机调速器开始按编好的升速程序调节转速，在不同的转速下进行变频调节，最后压缩机转速完全由程序控制，当转速达到一定值后就可以人为设定，进行相应的控制了。

图3 尾气压缩机转速控制

从图3可以看出，该控制方案是由尾气进气压力和压缩机转速组成了串级调节回路，实现了分程控制功能。主要控制参数是尾气进气压力，当压力调节回路输出在0～50%时，由尾气调节阀进行调节控制；当压力调节回路输出在50%～100%时，由调速器进行调节，增加或减小压缩机转速，以控制尾气进气量，达到控制尾气压力的目的。

苯乙烯装置压缩机根据机组制造厂给出的工作特性曲线，将整个工作过程分为9个模式，见表1。

表1 压缩机工作模式

每个模式有不同的稳定运行转速(即目标转速)和升速速率；根据启机方式，压缩机的暖机时间不同，正常工况下，冷态启机的暖机时间为30min，热态启机的暖机时间为15min。

5 系统调试

系统调试是ESD组态的关键阶段，具体包括：联锁的再次确认、检查系统的输入/输出值、联锁的调试(检查联锁输出状态，现场各执行机构动作的灵敏度和位置的正确性)、联锁画面和第一事故记录(SOE)功能。

系统调试分为离线调试和在线调试。离线调试由人为改变输入值，目的是测试程序是否满足工艺联锁要求；在线调试是在现场用标准信号发生器输出信号，对整个系统的输入/输出进行校对，以检查各个环节是否存在问题。

6 结束语

笔者设计的ESD系统实际投运一段时间后，证明其完全满足控制要求。可靠的硬件系统保障了不会因为系统的故障引起装置停车。根据记录，发生过一次因为润滑油压力低导致尾气压缩机联锁停机的故障，SOE在第一时间记录了造成联锁的条件，为查找停机原因提供了快速、准确的信息。ESD快速安全的动作，保证了压缩机的设备安全，也确保了装置的安全稳定运行。