安全仪表系统在降粘树脂中的应用

2021-07-23李家帅

天津化工 2021年4期

李家帅

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

降粘树脂采用水作连续相，将氯乙烯（VCM）单体、引发剂、分散剂等加入反应釜中搅拌、加热，达到反应温度后开启聚合釜夹套强制循环撤热使之保持在一定温度下进行聚合反应。在上述生产过程中，聚合反应是放热反应，最为危险。在反应失控时，釜内温度会迅速升高，反应速度加快，体系内压力增大，易造成容器破裂，高压物料喷出，发生火灾爆炸事故，造成较大的安全事故。本文的目的在于提供一种降粘树脂生产用安全仪表系统，在降粘树脂聚合装置中采用一套安全仪表系统，在反应系统发生超压的情况下，通过安全仪表系统对相应阀门进行开关联锁，安全停车，使整个系统处于安全可控状态。

1 降粘树脂生产项目的HAZOP分析

降粘树脂工艺由于存在聚合反应（属于安监局首批重点监管的危险化工工艺），使用氯乙烯和氨（属于重点监管的危险化学品）和存在氯乙烯球罐（属于重大危险源），涉及到“两重点一重大”，根据2013年国家安全生产监督管理总局发布76号文，关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知[1]，需要对该工艺进行HAZOP分析。HAZOP（即危险与可操作性分析）是以系统工程为基础，针对装置工艺过程开发的危害辨识技术，是目前工艺危害辨识中应用最广泛的技术[1]。经过分析，确定在聚合反应中，需要重点监控工艺参数有：聚合反应釜内温度、压力；聚合反应釜内搅拌速率；引发剂流量、分散剂流量、单体流量；冷却水流量；可燃气体监控等。

2 SIS设计

为保证降粘树脂聚合装置的安全生产，HAZOP分析后，设置了联锁控制优先级别更高、与装置安全等级相适应的安全仪表系统（SIS），用于生产装置紧急事故切断和联锁控制，作为工业过程中更为重要的安全控制措施。SIS的联锁控制独立于DCS设置，可与DCS进行通信，但DCS不能通过数据链向SIS写入数据[2]。针对降粘树脂工艺聚合反应，本文将聚合反应釜内温度、压力、聚合单体流量、引发剂加入量、聚合反应釜夹套冷却水进水阀形成联锁关系，在聚合反应釜处设立紧急停车系统。当反应超温、超压、搅拌失效或冷却失效时，能及时加入聚合反应终止剂[3]。

3 结合具体工况进一步说明（见图1）

下面结合具体工况对聚合装置SIS设计进一步详细说明：

1）当压力检测元件10检测到聚合釜1压力大于等于1.0MPa时，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警，同时开关相关阀门：图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，不加入紧急终止剂。

图1 降粘树脂生产用安全仪表系统中的控制原理图

图3 降粘聚合釜紧急终止剂加入控制方案

2）当压力检测元件10检测到聚合釜1压力大于等于1.15MPa时，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警，同时开关相关阀门：图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21；同时加入紧急终止剂：图2中紧急终止剂加入控制阀23打开，通过高压氮气瓶中的高压氮气将紧急终止剂推入到降粘聚合釜1中。

图2 降粘树脂生产用安全仪表系统的结构示意图

3）当温度检测元件32检测到聚合釜1温度高于预设值时（图1中三个温度检测点任一处达到），SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警，开关相关阀门，图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，同时加入紧急终止剂：图2中紧急终止剂加入控制阀23打开，通过高压氮气瓶中的高压氮气将紧急终止剂推入到降粘聚合釜1中。

4）当电机状态监测组件检测到搅拌电机29故障时，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警、开关相关阀门，图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，同时加入紧急终止剂。

5）当现场紧急终止剂注入按钮34被按下后，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警、开关相关阀门，图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，同时加入紧急终止剂。

6）辅操台上的紧急停车按钮33被按下后，当聚合釜1压力小于1.0MPa时，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警、同时开关相关阀门，图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，不会加入紧急终止剂。当聚合釜1压力大于等于1.0MPa时，SIS系统动作：控制器11控制报警器12报警、开关相关阀门，图1中关闭引发剂流量控制阀、分散剂流量控制阀和第一根部阀15，关闭氯乙烯（VCM）的单体流量调节阀16和第二根部阀17，关闭聚合釜1夹套9热水进水温度调节阀18及热水回水切断阀19，打开聚合釜1夹套9冷水进水温度调节阀20及冷水回水切断阀21，加入紧急终止剂。

7）引发剂进料流量、分散剂进料流量、单体加入流量、冷水流量达到报警值时，SIS系统只报警，不会开关相关阀门，也不会加入紧急终止剂。

通过这一系列安全联锁，当反应过程中出现异常，无需人为判断，安全仪表系统可以根据压力状态等的实时检测，第一时间及时做出正确反应，使反应时处在可控状态，避免了压力过高造成反应容器的冲击和损坏，同时消除了由于反应失控造成严重的人员的财产损失的可能性。