陈富强

（中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆,400037）

针对加氢装置安全仪表系统设计

陈富强

（中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆,400037）

安全仪表系统是独立的连锁系统，它可以单独完成对工艺装置的保护，因此也被称之为紧急停车系统。在操作的时候常常来面临氢、高温、高压、易爆、易燃等集合的加氢装置，因此想要进行安全生产就要将安全仪表系统设置好。目前对加氢装置设计的重要内容之一就是设计安全仪表系统的方法，让其在面对各种危险情况的时候都可以进行有效的连锁操作来控制。

安全仪表系统；加氢装置；安全度等级联锁

为了发展造成环境污染，造成环境污染的重要因素之一就是石油利用，因此想要减少石油带来的环境污染就要对石油产品质量进行控制，正是在这样的思想下，加氢技术得到广泛应用与发展。炼油中需要加氢技术的支持，炼油中所使用的原料油以及产品需求都不同，而且催化剂以及反映条件、加工过程也是各不相同，但是根据我国划分的习惯，可以将其划分为两种，分别是加氢精制和加氢裂化，前者是利用加氢技术中的氢解反应来去除原料油中的杂质，比如硫、氧等，再利用加氢技术进行饱和烯烃和芳烃，从而让产品达到所需标准。后者则是把原料油中的大烃分子转变为小烃分子，从而提高燃料油以及化工原料的精度。

不过炼油往往是在高温以及高压环境下进行，而且还有很多氢气和油气，加氢反应会发热的，因此所使用的装置十分容易出现超温的现象，不及时处理就有可能造成火灾、停电等事故。当出现事故时，最先要确保生产人员和设备的安全，同时对装置设备保护要采取紧急泄压等措施来实现。因此对压缩机、泵、加热炉等重要设备要进行安全联锁保护的有效设置。

1 安全仪表系统的设计

安全仪表系统的设置就是为了应对紧急情况出现可以独立实现安全保护功能。对危险程度来划分安全系统等级，同时根据不同等级来采取不同的有效措施，而联锁仪表可以有效切断危险源，最大程度保护工作人员和设备安全。

1.1 确定安全度等级

安全度等级，简称SIL是安全仪表系统中十分重要的一个组成部分，是对安全仪表系统进行综合评价的直接表现，不过当安全度等级提升，安全系统出现故障的机率也就逐渐减少，适用度则会越来越强。根据国际标准，把安全度等级划分为四个等级分别是，SIL1级、SIL2级、SIL3级和SIL4级。SIL1级发生故障的机率比较小，就算发生事故对产品以及设备的影响也不大，不会对环境带来污染和对人身安全造成威胁。SIL2级则会偶尔发生事故，事故出现时会对产品和设备带来一定程度的影响，还会造成较大的经济损失和环境污染等。SIL3级发生事故的机率与SIL2级相比大大提高，事故带来的影响非常大，对环境带来严重污染和经济损失。SIL4级就是灾害性的事故，一般在核工业中出现，一旦出现事故，灾害是毁天灭地的，经济损失不可估量。

第一，对装置的操作性和危险性，从工艺以及安全等各方面开始分析，形成HAZOP分析报告，在该报告中会对设备存在的潜在影响和危险性进行分析并提出相关整改意见。第二，要根据管道仪表流程图等相关图纸、报告、安全等级划分来进行设计规定，特别是对连锁保护的设备还要进行审查。相关设计单位可以根据这些审查报告为依据来对安全仪表系统维护与完善。

表1 国内某加氢装置主要联锁安全度等级Table1 Main interlock safety level in certain domestic

1.2 确定安全仪表系统级别

上述介绍中把安全度等级划分为四个等级，不过第二等级到第四等级的安全仪表系统是需要进行单独设置的，而第一等级由于操作简单可以和控制系统一起使用，比如污油罐液位比较高的时候联锁设置就会启动，而当液位低下去的时候则会停止。而当很多个单元的保护功能都集合在一个安全仪表系统上时，公共部分的安全等级就要达到最高等级的要求。而加氢装置的安全仪表系统就是根据SIL3级来设计规划的，系统中的电源、处理器以及输入输出模块都是多余设置，因此系统在设计的时候要被设置成故障安全型，确保其具有故障自诊功能。

加氢装置比较大的配置中常会出现PLC多余配置和PCC三重化专用系统。该两种配置都有第一报警事件的记录功能，方便之后对事故产生原因进行查看、分析。TMR又被称作三重化冗余容错控制器具有极佳的可行性和可靠性，不管是系统的硬件还是软件都趋向完美。可行性具体表现在系统工作时间的概率上，而可靠性则表现在工作时间中发生事故的概率。

1.3 确定安全仪表系统逻辑图

联锁逻辑图的设计需要管道仪表流程图、安全联锁的说明及逻辑框图和故障安全型原则等共同作用形成。

表1 制氢装置联锁条件和联锁动作对应表

逻辑图的完整内容包括三个方面：第一，输入信号的仪表位置，信号来源说明以及对信号的处理方式，有保持、延时、信号差等主要处理方式，还要对连锁动作值进行注明（0或者1）。第二，要具有逻辑关系。依据想要的工艺来选择符合的逻辑，常用逻辑有“与”“或”“非”“2取2”“3取2”等等。第三，输出信号的仪表位置，信号传输目标和使用说明以及对信号采用的隔离方式。

逻辑图在设计时还要注意两个问题：第一，连锁停车信号在输入端的处理方式，比如为了避免因为瞬间颤动导致联锁停车现象出现，泵出口流量信号就要添加15秒的延时器。第二，联锁输出信号端处理。输出信号基本上都是在现场电气装置上，但是到该装置则需要对信号进行加继电器隔离，避免输出信号受到强大电力的干扰和损坏。去电磁阀信号是否需要添加继电器则要依据电磁阀电源和功率来决定。不添加继电器则需要输出信号能量能够满足供电需求，不然就需要添加继电器来作为外接电源来使用。

2 加氢装置中的联锁系统

加氢装置联锁系统由多个系统共同组成，分别是装置紧急泄压联锁系统、加氢反应进料泵联锁系统、空冷器部分联锁系统等等。虽然制作所需的工艺不同，而且制作出来的产品也不同，导致联锁系统也不尽相同，但联锁系统内容大部分相似。

2.1 反应进料加热炉联锁系统

在反应设备中反应进料加热炉是十分重要的设备，它的存在就是为了保证反应器入口温度的稳定性，温度稳定才能让反应器正常运转。

2.1.1 联锁熄灭主火嘴条件

联锁熄灭主火嘴的条件之一就是下列条件有一个存在就会进行：装置进行紧急泄压的时候；氢压缩机停止运转；反应器中的氢流量比较低；加氢出口的流量不高；加氢进料泵停止运行；反应器温度超过标准温度；常明火嘴熄灭的次数大于百分之五十，主燃料的气压不高；手动进行紧急熄火主火嘴等条件。联锁熄火主火嘴一起施行的动作就是将主燃料气调节阀和切断阀关闭。而用于加热的加热炉在10秒内开风门必须要打开的次数要根据加热炉初始设计的最低通风量来决定，基本上在60%上下移动。

2.1.2 联锁停炉(熄灭常明火嘴)条件

联锁熄灭常明火嘴进行操作的条件就是：燃料气压不高、燃料室的压力过高、出现紧急情况进行手动停炉等，而与联锁熄灭常明火嘴一起的动作就是将常明燃料气切断阀以及主火嘴的切断阀关闭。

2.2 循环氢压缩机联锁系统

在所有的设备中循环氢压缩机是最重要以及核心的设备，主要由两部分组成，分别是汽轮机和离心式压缩机。为各种设备提供不同量以及不同类型的氢气，氢气有循环氢和新氢两种，当循环氢压缩机停止运作后将会对进料装置进行联锁切断。

压缩机综合控制系统和安全仪表系统是两个主要系统，循环氢压缩机联锁保护系统可以分别在这两个系统中进行与实行，在最初的设计阶段会决定施行哪种控制方案就选择哪种系统。

2.2.1 启动联锁条件

当设备满足下列条件的时候才可以进行启东：第一，温度以及油箱液位中的高位正常；第二，用于隔离气流量的压缩机运行正常；第三，用于密封气流的压缩机功能正常；第四，反喘振阀全开；第五，全部打开汽轮机蒸汽入口；第六，汽轮机蒸汽入口的切断阀要全部开启；第七，全部开启压缩机的进出口电动阀；第八，压缩机结构中的盘车机构与主机构脱离；第九，设备接收不倒任何停止信号；第十，人工操作启动。

2.2.2 停车联锁条件

联锁停车出现的时候需要满足以下条件中的一个：压缩机样式中的离心式振动幅度以及汽轮机振动幅度太大；压缩机以及汽轮机的轴位移距离太大；放火炬气流量和压力都过高；二级密封气流量不高；汽轮机用于排气的设备压力值不高；紧急泄压装置启动；手动停车等等。这些条件中的一个出现或者存在就会导致联锁停车，并且同时出现的动作就是将汽轮机蒸汽入口的所有气阀都关闭。

2.3 装置紧急泄压联锁系统

紧急泄压联锁系统有加氢精制装置以及处理装置，还有速度0.7MPa每分钟的低速泄压。不过加氢裂化的紧急泄压速度分两个等级，一等级是0.7MPa每分钟，二等级是2.1MPa每分钟，一级是低速，而二级则是高速泄压。

3 结束语

联锁保护系统在20年前我国就已经实现，当时我国的第一套加氢裂化装置通过继电器和硬线的连接从而实现，不过当时有3个输入信号环节，包括现场变送器、隔离栅还有报警预定期三个。但是现在的输入信号环节则减少很多，除了变送器依旧存在外，其他都没有，让信号传输变得更加稳定可靠。随着时代进步，电子技术的发展，加氢装置安全仪表系统不管是在设计上还是造型上都在不断改变，让其趋于完美。

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[4] 张志刚，余齐杰.安全仪表系统的设计[J].炼油技术与工程,2005,5(5):56-59.

陈富强.从事工作：工业安全仪表及监控系统研发.职称：工程师

Design of safety instrument system for hydrogenation unit

Chen Fuqiang
（Chongqing Research Institute of coal science and Industry Group Co., Ltd.CHONGQING,400037)

Safety instrumented system is independent of the chain system,it can be done independently of the process units of protection,it is also called the emergency shutdown system. When in operation often be faced with hydrogen hydrogenation unit,high temperature,high pressure,explosive,flammable and other collections, so you want to be safe production should be set a safety instrumented system.Content is one of the important safety instrumented system design methods currently hydrogenation apparatus designed so that in the face of various dangerous situations can be effective when they are used to control the operation of the chain.

Safety Instrumented Systems;hydrogenation unit;interlock safety rating