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1、- - 1 紧急停车系统在催化裂化装置主风机组中的应用Application of Emergency Shutdown System in Main Fan Unit for Catalytic Cracking Plant 吴颐轩 /吉林石化公司机动设备处赵岩/吉林化工学院摘要 ：以 140 万 t/a 催化裂化装置主风机组所采用的ESD（紧急停车）系统为例，介绍了ESD 系统的功能特点、软硬件配置以及在连锁控制和防喘振控制等方面的应用。关键词 ：轴流式压缩机紧急停车系统连锁控制防喘振中图分类号：TE646 文献标识码：B 文章编号： 1006-8155 （2005）05-0054-04
2、Abstract: Take ESD in Main fan unit of 1,400,000t/a FCCU as an example, the function and characteristics of ESD system, software and hardware configuration, application on interlock control and anti-surge control are introduced. Keywords: Axial compressor Emergency shutdown system Interlock control
3、Anti-surge 1 引言催化裂化装置是炼油厂原油二次加工环节的重要装置，主风机组是催化裂化装置最关键的设备，主风机组向再生器底部输送空气，使再生器和反应器内的催化剂处于流化循环状态，以满足催化裂化反应的需要。如果主风机组停运，催化裂化反应也将被迫停止，因此主风机组的的运行状况直接影响着整个催化裂化装置的安全稳定运行。主风机组的重要性和操作控制的复杂性决定了必须得采用高可靠性的ESD 系统来进行连锁保护控制。ESD（Emergency Shut Down system）即紧急停车系统，是应用于工业过程的一种安全连锁保护系统，能够对生产过程中可能发生的危险或不采取措施将会继续恶化的状态进行迅
4、速地响应和保护。吉林石化公司炼油厂 140 万 t/a 催化裂化装置主风机组采用的是美国Triconex 公司的 TRICON 紧急停车系统。2 ESD 系统介绍TRICON ESD 是美国 Triconex 公司开发的一种以微处理器为核心，由高可靠性硬件组成，具有高速处理能力、强大的控制功能以及方便、灵活的组态编程功能的逻辑与过程控制系统。TRICON ESD 最显著的特点是硬件实现容错功能（Hardware Implemented Fault Tolerance-HIFT ）和三重化模块冗余结构（Triple Modular Redundancy-TMR） 。HIFT 是指 ESD 通过硬
5、件电路而不是复杂的软件算法来实现故障的检测和冗余管理功能，与软件实现容错相比，它可减少处理器的工作负荷，而使过程控制功能速度更快，可靠性更高。TMR 是指 ESD 的关键电路均实现了三重化，每个支路都能独立地完成控制功能，并可与其它两个支路并行工作。3 个独立支路的输出信号在输出前要经过3 取 2 表决器表决，如果任何一个支路出现故障，表决器会自动屏蔽从故障支路来的信号，而输出经过表决后的正确信号，同时发生故障的模块会被自动检测出来，可以进行在线修理或更换。确保了ESD 运行的安全性和可靠性。图1 为 TRICON ESD 的三重化硬件冗余结构。如图 1 所示，现场传感器的输入信号经过接线端子
6、板进入ESD 的输入模块后，分成3 个支路，支路彼此之间光电隔离，再通过3 条独立的通信线路I/O Bus 分别送到 3 个主处理器参与控制程序运算。主处理器在 TriBus 总线上对信号进行传输表决，保证每一个主处理器使用同样的数据进行控制运算。当控制程序执行后，主处理器分别将处理结果输出至输出模块，在输出模块上再对输出信号进行3 取 2 表决，以保证输出信号的准确性。最后，输出信号经过接线端子板输出到现场。_ 收稿日期：2004-10-22 日吉林市132022 使用维护名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
7、心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - - - 2 由于 ESD 的每个支路之间是完全隔离的，任何一条支路出现故障都不会影响到其它两个支路的工作，拆卸和更换失效支路内的失效模件都可以在在线状态下进行，而不必中断系统运行。这样的硬件结构保证了 TRICON ESD 具有出色的可靠性和安全性。3 ESD 系统的构成3.1 硬件构成ESD 系统由主机、工程师站/操作站、操作面板以及SOE 打印机组成，系统结构如图2 所示。硬线连接操作面板工程师站输入信号自现场ESD 主机（操作站）SOE打印机输出信号至现场图 2 ESD 系统构成图ESD 主机
8、即 TRICON 控制器，包括主处理器卡、输入输出卡、电源卡、通讯卡等。所有卡件安装在主机架和扩展机架中，这些机架同电源单元、辅助仪表及接线端子排集成安装于机柜中。工程师站（操作站）选用DELL 公司的工业PC 机，机内装有系统组态软件和监控软件，兼具仪表工程组态维护和生产过程监控功能。利用口令登录的方式实现两种操作环境的转换。工程师站配以太网卡，通过基于 TCP/IP 的标准工业以太网与ESD 的通讯卡建立双向数据通讯，用于监控数据和组态数据的上传及下装。操作面板用于工艺操作及状态指示，上面装有连锁信号的投用/切除转换开关，手动操作按钮以及信号状态指示灯，它与ESD 主机之间通过硬线连接实现
9、信号传输。SOE（Sequence of Event）事件顺序是指在每次扫描期间，ESD 主处理器检查所指定的，被称为事件以太网通讯名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - - - 3 的离散变量的状态改变，当一个事件发生时，主处理器将变量的当前状态和时间作为SOE 记录存储在缓冲区内， SOE 记录由打印机输出或转换为SOELOG 文件存入操作站的硬盘中。SOE 记录按变量状态改变时间的先后顺序排列，非常有利于连锁动作后
10、的分析诊断。3.2 软件配置Triconex 公司为每套ESD 系统都提供了基于Windows 的系统组态软件TriStation 1131 ，该软件装在工程师站中， 用户可以利用它进行系统硬件配置、定义输入 /输出点， 还可以通过调用各种功能模块进行控制程序组态。 用户的组态程序经过编译后再下装到TRICON 控制器的主处理器中执行。该软件还具有硬件运行状态监视和仿真功能，可以用来做系统硬件的故障诊断、在线维护以及控制程序的调试和模拟试验。操作站中的监控软件采用的是美国Intellution 公司开发的交互式工控软件FIX7.0 。该软件功能丰富，可以进行工艺图表组态，绘制工艺流程图画面、控
11、制回路的调节画面、PID 参数整定画面，建立控制组画面、趋势组画面和报警画面等。FIX7.0 还能够与ESD 实现通讯， ESD 中的数据可以在FIX7.0 的各种画面中显示，操作人员也可以通过FIX7.0 修改 ESD 中的部分操作参数，以实现对生产过程的监控。4 ESD 系统的应用该 ESD 系统主要完成以下控制功能：（1）组的启动、停止程序控制；（2）机组的停机连通器锁保护程序控制；（3）机组的反喘振控制；（4）润滑油、动力油等辅助系统的自动控制。4.1 主风机组的启动程序图 3 为主风机组启动逻辑图，该图由 FIX7.0 软件绘制并在操作站上显示，直观地表现了机组启动过程中的每一个主要
12、控制点的状态，操作人员可以据此进行机组启动的操作。下面结合主风机组的启动逻辑图，介绍主风机组的启动程序。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - - - 4 （1）当机组启动时，首先按下操作台上的“紧急停车复位”按钮，“自紧急停车”指示灯亮，经过延时 900s 后， “预启动安全检查可进行”指示灯变为绿色，表明预启动检查可进行。（2）操作人员按下操作面板上的“预启动检查”按钮后，烟机入口闸阀关闭，烟机入口蝶阀关闭，风机出口
13、止回阀关闭，风机放空阀打开， 风机静叶角度关闭至最小，程序自动检查各个启动条件是否满足；各启动条件如图3 所示，若某一个条件满足，则相应的指示灯变为绿色，所有启动条件满足后，“启动待命-电机可合闸”指示灯变为绿色。（3）这时操作人员可以按下操作面板上的“电机合闸”按钮，电机启动；当风机实际转速大于额定转速的 97%时， “转速 97%NE ” 指示灯变为绿色，电气主断路器闭合后，“断路器闭合”指示灯变为绿色，这时， “主电机合闸”指示灯亮，表明主电机启动运行正常；再延时300s 后， “自动操作可进行”指示灯亮。（4）按下“自动操作”按钮后，“自动操作”指示灯亮，机组便进入“自动”运行状态，烟
14、机蝶阀投入自动控制，风机出口止回阀打开，风机放空阀由防喘振调节器自动控制，风机静叶伺服控制器投入控制，风机开始向再生器送风。至此，机组的启动过程全部完成。可以看出， 在操作站中设立逻辑控制图是ESD 应用的一大特点， 逻辑控制图的设立方便了生产操作，成为 ESD 系统监控的重要手段。4.2 主风机反喘振控制催化裂化装置的主风机组采用烟机-轴流式主风机 -电动机 /发电机的配置，而喘振是轴流式压缩机的固有特性，因此主风机必须要有防喘振措施。催化主风机的防喘振控制也是通过TRICON ESD 实现的，图冷油器出口温度 25动力油压7.0MPa 润滑油压0.24MPa 烟机闸阀关风机出口止回阀关烟机
15、蝶阀关风机静叶关防 喘 振 阀A、B 全开AND 启动待命电机可合闸转速 97%NE 断路器闭合主电机合闸指示自动操作可进行图 3 主风机组启动逻辑图预启动安全检查可进行名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - - - 5 4 为防喘振控制系统原理图。TRICON ESD 提供专门的防喘振控制模块，用户在TriStation 1131 系统软件环境下的控制程序组态中可以利用和调用这些模块，并将主风机进口压力、温度、 流量和
16、出口压力、温度等过程变量输入到模块中，在模块中进行喘振线、喘振点和工作点的计算。防喘振控制的原理方程式为p0=Kp C0/T0f(a)+b式中p 0主风机进口流量（进口喉部差压）K计算常数p C0主风机进、出口压差T0进口温度B设置反喘振安全裕度设定值f(a)静叶角度相对应函数操作站中的FIX7.0 软件可以读取这些数据，并做出喘振线和防喘振调节画面，使操作人员可以直观地监控防喘振调节状态。在主风机的实际运行中，防喘振控制系统可以根据工作点的变化，自动调节防喘振阀的开度，使工作点远离喘振线，当出现异常工况时，系统控制防喘振阀快速打开，避免主风机进入喘振状态，实现防喘振目的。4.3 机组运行监控
17、TRICON ESD 不仅可以完成连锁逻辑控制，还能够提供PID 等常规过程控制模块，实现同集散系统（DCS）相同的连续过程控制功能。以往多数ESD、PLC 系统很少应用其过程控制功能，其实这也是一种资源浪费， 由于 ESD 运算速度比DCS 快，而且可靠性、 安全性更高， 所以一些重要岗位的过程控制用ESD实现效果会更好。该主风机组所有的连续控制回路以及显示回路均由ESD 实现，主要包括： 润滑油、 动力油压力和温度主风机FIC HIC pC0反喘振阀放空线风机出口静叶f(a) 图 4 主风机防喘振控制系统原理图防喘振调节器手操器paT0风机进口名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
18、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - - - 6 显示调节回路；烟机轮盘冷却蒸汽温度调节回路；主风机进/出口流量、压力、温度显示回路等。在操作站中的流程图画面上可以显示各参数，通过控制回路的调节棒图、PID 参数画面分别调节工艺参数和整定PID参数，趋势组画面和报警画面分别提供了一段时间内工艺参数的趋势记录和实时报警信息等。这些画面可保证操作人员更有效地监控机组的运行。5 结束语催化装置主风机组的ESD 系统自 2002 年 7 月投用以来，运行一直稳定可靠，没有出现由于自身故障影响生产的情况，它所实现的各种控制功能也得到了工艺操作人员的好评，为机组和装置的安全运行提供了可靠的保障，取得了显著的经济效益。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -