杜勇

(中国石油兰州石化公司 电仪事业部，甘肃 兰州 730060)

兰州石化公司有1套460 kt/a大乙烯装置和1套240 kt/a小乙烯装置。乙烯装置的关键设备为裂解炉和压缩机，其中以裂解炉工况最为复杂。为保证裂解炉正常运行，调节阀、切断阀能快速、有效动作，配置了大量电磁阀。电磁阀的稳定、可靠运行，对实现装置平稳运行，取得较好的经济效益，起到至关重要作用。

1 裂解炉工艺原理及SIS执行单元配置要求

乙烯装置多采用管式裂解炉，工艺流程可分为原料供给和预热、对流段、辐射段、高温裂解气急冷和热量回收几部分。该装置主要加工、处理大量石脑油、液化石油气(LPG)和轻烃等物料，均具有易燃易爆的特性，其中大部分物料的闪点低、爆炸范围广。若物料处理不当，易发生重大火灾和爆炸事故，危害性较大。裂解炉需在安全条件下稳定运行，在燃料、原料和预热等各个环节安装大量调节阀、切断阀。当遇到非正常工况和突发事件，不能保证裂解炉安全操作条件时，则需要紧急停车，以确保裂解炉设备和人员安全。

为确保在非正常工况和突发事件下及时安全停车，需配置相应的安全仪表系统(SIS)。SIS中的执行单元就是电磁阀依据逻辑程序，进行失电操作，进而控制调节阀、切断阀的打开或关闭动作。该乙烯装置共有11台各式裂解炉，用于燃料、原料、稀释蒸汽和汽包等单元的各类型调节阀、切断阀共计213台，对应配置两位三通电磁阀213台。

2 电磁阀工作原理

两位三通电磁阀利用电磁线圈通电时，静铁芯对于动铁芯产生电磁吸力使阀切换以改变气流方向。该类电磁阀分为常闭型和常开型。常闭型两位三通电磁阀给线圈通电时，气路接通，线圈一旦断电，气路就会断开。常开型两位三通电磁阀给线圈通电时，气路断开，线圈一旦断电，气路就会接通。该公司2套乙烯装置使用电磁阀全部为常闭型两位三通电磁阀，该类型电磁阀是2个位置3个通气口切换联通，3个通气口分别为进气口、工作口、排气口。当电磁阀带电时，进气口和工作口联通，排气口与大气相通；当电磁阀失电时，工作口和排气口联通，进气口关闭切断仪表气源供给，排气口将工作口内部气体释放至大气。两位三通电磁阀原理如图1所示，气路配置如图2所示。

图1 两位三通电磁阀原理示意

图2 两位三通单电磁阀气路配置示意

3 调节阀和切断阀单电磁阀配置

该装置裂解炉调节阀、切断阀配置的两位三通电磁阀原设计为单电磁阀。调节阀根据操作人员要求或DCS计算结果，通过DCS模拟量输出卡输出4～20 mA AO信号至阀门定位器，实现调节阀0～100%开度调节。单电磁阀安装于阀门定位器输出气路与执行机构之间，仪表气路通道位置。SIS依据相关检测仪表输入数据和联锁逻辑运算，输出逻辑动作结果，控制电磁阀的得失电。单电磁阀选用常闭型，通过得失电实现调节阀执行机构的仪表气路与大气排放口联通和关闭动作，进而保证联锁动作的目的。

裂解炉调节阀、切断阀单电磁阀配置存在的问题：因SIS输出DO信号线路故障，例如线路断路、短路或接地，端子接线松动等，单电磁阀失电误动作，造成裂解炉装置停车；因单电磁阀线圈断路、短路或接地等，单电磁阀失电误动作，造成裂解炉装置停车。

4 调节阀和切断阀双电磁阀配置

为解决单电磁阀配置中存在的问题，减少裂解炉装置非计划停车，利用装置大检修期间，对裂解炉调节阀、切断阀单电磁阀进行双电磁阀改造。配置双两位三通电磁阀，是在原单电磁阀位置再增加1台电磁阀，通过气路连接为双电磁阀。SIS依据相关检测仪表输入数据和联锁逻辑运算结果，控制双电磁阀同时得失电。双电磁阀选用常闭型，1号电磁阀的进气口与仪表气源入口连接，排气口与大气相通，工作口与2号电磁阀的排气口连接；2号电磁阀的进气口与仪表气源入口连接，排气口与1号电磁阀的工作口连接，工作口与调节阀的执行机构或切断阀的气缸联通。两位三通双电磁阀气路配置如图3所示。通过双电磁阀得失电及控制阀的动作，进而保证联锁动作的目的。在正常运行期间，若双电磁阀中一个电磁阀因误动作失电，而另外一个电磁阀正常得电工作时，被双电磁阀气路判断为其中一个信号线路或电磁阀线圈故障误动作，调节阀、切断阀仍正常工作，避免了裂解炉装置误动作停车。若双电磁阀都失电，被双电磁阀气路判断为联锁动作，调节阀、切断阀紧急动作，及时反应联锁逻辑输出结果，确保裂解炉装置安全停车。

图3 两位三通双电磁阀气路配置示意

裂解炉调节阀、切断阀双电磁阀配置存在的问题：双电磁阀改造后运行期间，发现双电磁阀存在多次联锁拒动作现象，造成裂解炉装置不能安全停车，存在较大隐患。通过拆卸电磁阀和分析数据，得出电磁阀拒动作原因为仪表气源空气管线传输较长，气源质量较差。双电磁阀改造后运行期间，因长时间处于得电状态，2号电磁阀排气口与1号电磁阀的工作口连接，仪表气源杂质通过1号电磁阀工作口进入2号电磁阀排气口，致使2号电磁主阀芯与动铁芯卡死概率增大，2号电磁阀不能失电关闭，双电磁阀功能失效。双电磁阀在正常生产期间，无法对故障电磁阀进行在线维护和处理，故障电磁阀更换必须在裂解炉装置停车情况下进行，增加了维护难度，易引发生产安全隐患。

5 调节阀和切断阀独立、冗余型双电磁阀配置

为解决双电磁阀配置中存在的拒动作问题，避免裂解炉不能安全停车隐患，实现在线运行状态下对故障电磁阀的维护和更换。该公司利用2020年装置大检修时间，对裂解炉调节阀、切断阀单电磁阀进行独立、冗余型双电磁阀改造。

独立、冗余型双电磁阀分别安装于调节阀仪表气源入口与调节阀定位器输入气路之间位置，或切断阀仪表气源入口与切断阀气缸仪表气路之间位置。SIS依据相关检测仪表输入数据和联锁逻辑运算结果，控制双电磁阀同时得失电。独立、冗余型双电磁阀也选用常闭型，1号电磁阀的进气口与仪表气源入口连接，排气口与大气相通，工作口与梭阀T1进气口连接；2号电磁阀的进气口与仪表气源入口连接，排气口与大气相通，工作口与梭阀T2进气口连接；梭阀T3排气口与调节阀的定位器输入气路或切断阀的气缸联通。通过独立、冗余型双电磁阀得失电，实现控制阀门动作，进而保证联锁动作的目的，两位三通独立、冗余型双电磁阀气路配置如图4所示。

图4 两位三通独立、冗余型双电磁阀气路配置示意

6 结束语

通过该裂解炉装置2019—2021年运行周期考验，独立、冗余型双电磁阀动作可靠，解决了单电磁阀配置中误动作的问题，减少了裂解炉装置非计划停车，也杜绝了双电磁阀配置中存在的拒动作问题，消除了该装置不能安全停车隐患，实现在线运行状态下对故障电磁阀的维护和更换，确保了裂解炉长周期、安全、稳定的运行。