EO/EG装置OMS安全联锁系统中关键阀门的控制方案

张 扬

(中韩(武汉)石油化工有限公司，武汉 430080)

OMS安全联锁系统中，对各类关键阀门进行了控制方案的设计：一是完成包括氧气、乙烯、致稳剂及抑制剂等的进气过程，保证各类原料安全有序地进入反应系统；二是保证其安全有序地从反应系统中切出。整个控制方案的设计中安全是重中之重，同时要尽可能减少开工和停工过程中的原料浪费。环氧乙烷乙二醇(EO/EG)生产工艺中的反应选择性和氧气在循环气中的比例呈对数曲线关系，当氧气含量达到一定值时会引发爆炸。为了保证安全，并提高生产转化率，对氧气和乙烯的进料控制是关键。笔者以EO/EG工艺中的进氧系统、乙烯气系统和循环气系统中各阀门控制为例，介绍采用OMS安全联锁系统设计其控制方案和优化方案。

1 进氧系统15个阀门的控制方案①

OMS安全联锁系统中最重要的是进氧系统的15个阀门：大分布器一级切断阀HV-1624和二级切断阀HV-1625，双线圈阀，同时得失电，阀门状态保持；小分布器一级切断阀HV-1626和二级切断阀HV-1627，双线圈阀，同时得失电，阀门状态保持；小分布器，双线圈阀门，同时得失电，阀门状态保持；氧气流量调节阀FV-1619，气开调节阀，带电磁阀FY-1619；一级氧气切断阀XV-1620，气开式开关阀；一、二级氧气放空XV-1621和XV-1622，气关式开关阀；三级氧气切断阀XV-1623，气开式开关阀；氮气补给阀XV-1628、XV-1630，气开式开关阀；氮气吹扫阀XV-1629、XV-1631～3，气关式开关阀。主继电器MCR1给9个单线圈阀门的电磁阀(除了XV-1632和XV-1633)和4个双线圈阀门的开阀线圈供电。阀门的分布情况如图1所示，它们的逻辑控制方案有3个特点：联系紧密、层次分明和整体性强。联系紧密是指在控制逻辑和硬件接线中，三者都互相联系紧密，且共同参与并完成吹扫过程的顺控控制；层次分明是指针对不同的工艺阶段，每个阀门都能很好地参与顺控逻辑同时很好地单独完成控制功能；整体性强是指三者皆为进氧需要而设计的，在工艺位置上和逻辑控制中都安排在一起，和其他的原料阀有明显的区分。

图1 阀门布置方案

1.1 投氧前吹扫控制方案

首先，保证所有的阀门状态为OMS启动前的初始状态：XV-1621、XV-1622、XV-1629、XV-1631、XV-1632、XV-1633、XV-1525阀门处于开状态；XV-1620、XV-1619、XV-1840、XV-1623、XV-1628、XV-1630、XV-1626、XV-1627、XV-1624和XV-1625阀门处于关状态。

其次，保证联锁条件都恢复正常(表2)，这些联锁条件主要是反应吸收单元中重要的联锁点。启动前必须确认这些工艺联锁点正常，包括：循环水罐液位、再吸收塔顶压力、循环气压缩机出口压力、循环气压缩机紧急停车、氧混站前后温度差、吹扫氮气压力、氧气流量跟踪差、氧气流量信号、循环气流量跟踪差、循环气流量信号、氧气和循环气压力差信号、氧气和氧混站出口压力差、1号氮气吹扫罐压力、2号氮气吹扫罐压力、1号反应器大汽包液位、2号反应器大汽包液位、1号反应器小汽包液位、2号反应器小汽包液位、1号反应器出口温度、2号反应器出口温度、1号反应器入口温度、2号反应器入口温度、1号反应器出口气和水的温度差、2号反应器出口气和水的温度差、1号反应器出口水的温度差、2号反应器出口水的温度差、1号反应器大汽包出口压力和压力控制回路的设定值差、2号反应器大汽包出口压力和压力控制回路的设定值差、1号反应器入口氧含量、2号反应器入口氧含量、1号反应器出口氧含量、2号反应器出口氧含量、1&2号反应器入口氧表同时故障、1&2号反应器入口氧表故障和旁路同时存在、紧急停车按钮、吸收塔底循环气凝液液位。

投氧前吹扫控制方案的实现步骤如下：

a. 触发主继电器复位按钮HS-1601C，准备启动灯点亮，以确定OMS安全联锁系统中各阀门的状态和联锁条件的状态都正常，确保启动OMS的安全。

b. 按下OMS启动按钮，OMS启动，程序进入自动吹扫顺控。要求OMS允许启动信号灯点亮，准备启动信号灯点亮。此时阀门XV-1625、XV-1627和XV-1630打开。打开阀门XV-1625和XV-1627对大小分布器的后段进行吹扫，保证大小分布器管道后段中空气被吹扫干净；打开阀门XV-1630向氮气存储罐SP-1602充氮气，使得氮气存储罐中的氮气压力PI1631高于预定指标值。

c. 确认步骤b中的阀门动作和压力指标，保证顺控继续进行，对整个大小分布器管道进行吹扫。要求阀门XV-1625和XV-1627正常打开，开状态回讯信号正常；阀门XV-1620保持关状态，此顺控应用在投料前吹扫阶段；压力表PI1631高于要求指标，满足后续的工艺要求；大小分布器氮气吹扫流量表FI1632和FI1633高于指标要求。动作过程——阀门XV-1624和XV-1626打开5s后，阀门XV-1625和XV-1627关闭；阀门XV-1625和XV-1627关闭后，大小分布器压力表(PI1632、PI1633)、流量表(FI1632、FI1633)和氮气存储罐SP1602压力表PI1631指标都满足要求；而后阀门XV-1631关闭，5s后阀门XV-1624和XV-1626关闭。此过程的目的是打开阀门XV-1624和XV-1626，对整个大小分布器管道进行吹扫，保证整个大小分布器的前后段没有杂质；通过大小分布器管道的压力指标信号控制关闭阀门XV-1624和XV-1626，保证了大小分布器和存储罐的正压状态，从而保证吹扫效果。

d. 对XV-1623到FV-1619之间的管道进行反向对空吹扫。要求XV-1631、XV-1624和XV-1626关闭，阀门关状态回讯信号正常；调节阀FV-1619的阀位手动控制在0%之下。XV-1628打开，5s后XV-1622关闭。目的是对阀门XV-1623到FV-1619之间的管道进行反向对空吹扫，保证此段管线中充满纯净氮气。

e. 激活调节阀FV-1619的电磁阀，使其可控。要求阀门XV-1622关闭，阀门关状态回讯正常；氮气存储罐SP1601和压力表PI1629满足指标要求。调节阀FV-1619的电磁阀FY-1619带电打开，目的是实现对阀门XV-1620到阀门FV-1619之间的管道进行反向对空吹扫的准备条件。

f. 对阀门XV-1620到FV-1619之间的管道进行反向吹扫。要求FV-1619的开度在75%以上且接收到50%点的开回讯信号。上述要求满足，5s后XV-1621关闭，保证FV-1619到XV-1620之间的管道内充满纯净氮气。

g. 吹扫完成后的保护工作，以及为进乙烯和氧气的准备工作。要求阀门XV-1621关闭，关回讯信号正常；氮气存储罐SP1601的压力表PI1629满足指标要求。阀门XV-1629关闭，延时1s后发出吹扫完成逻辑信号，目的是保证管道干净，且带有正压；发出吹扫完成信号，激活乙烯进料阀XV-1840，氧气进料阀XV-1620和XV-1623，氩气阀FV-1862和FV-1831，抑制剂阀XV-1512和XV-1522。

1.2 投氧过程的控制方案

投氧过程的控制步骤如下：

a. 启动小分布器。要求吹扫完成信号正常，阀门FV-1619的阀位控制在0%之下且关回讯信号正常，乙烯原料已经开始进料。然后手动触发启动小分布器按钮HS-1602；阀门XV-1626和XV-1627打开并收到XV-1626和XV-1627的开回讯信号，小分布器吹扫氮气流量FI1633满足指标要求，阀门XV-1620和XV-1623打开；手动开调节阀FV-1619；差压表PDI1627和PDI1628满足指标要求，10s后XV-1633关闭。目的是手动介入触发，可以进一步增加安全性和主动性，操作人员可以根据经验和工艺状况，适时启动小分布器，保证吹扫完成后工艺调整需要的时间要求；进氧前，打开阀门XV1626和XV-1627，且保持XV1633继续输送氮气，避免小分布器管线压力下降导致的循环气溢出；打开FV-1619，氧气开始进入管道，当进氧管道压力有了保证后就可以关闭氮气阀XV-1633，以节省氮气。

b. 启动大分布器。要求XV-1633关闭，即小分布器已启动；吹扫小分布器的氮气流量FI1633满足指标要求。然后手动触发启动大分布器按钮HS-1603；XV-1633打开，XV-1625打开；XV-1633和XV-1625打开，开回讯信号正常，进大分布器的氮气流量FI1632满足指标要求，此时XV-1624打开；收到XV-1624阀门开回讯，30s后如果差压表PDI1628满足指标要求则关闭XV-1632和XV-1633；等到压差PD1628正常后，关闭XV-1632和XV-1633。目的是手动介入触发，进一步增加了安全性和主动性，操作人员可以根据经验和工艺状况适时启动大分布器，保证启动小分布器后工艺调整需要的时间要求；XV-1633重新打开，避免因大量进氧引起氧气管道压力急剧变化，而导致氧气管道和循环气管道差压的急剧变化，触发差压的联锁停车信号；打开XV-1625后，先对其真正状态进行判断，确认安全后打开XV-1624，保证安全的进气顺序，增强安全性，避免对工艺参数产生太大波动；30s的延时是确保在工艺条件稳定后及时关闭氮气进气，节省氮气，稳定循环气参数。

1.3 切断进氧的控制方案

首先，使主继电器失电，切断各个阀门的电磁阀的供电。要求联锁条件触发、手动触发紧急停车按钮。

总联锁信号状态由正常的高电位转变成联锁的低电位；联锁信号灯点亮；主继电器失电，切断XV-1620～3、XV-1630、XV-1629、XV-1631和XV-1628的电磁阀供电，使各阀门回归到故障状态位，XV-1621和XV-1622打开，XV-1620、XV-1623和FY-1619关闭，XV-1629、XV-1631～3打开，XV-1630和XV-1628关闭；切断阀门XV-1624～7的开电磁阀的供电。目的是切断进氧，并将大小分布器前管道中的氧气反吹入大气；吹扫并稀释大小分布器中的氧气到循环气中，进而稀释循环气，确保循环气状态稳定。

然后，依次关闭大小分布器上的切断阀。要求总联锁信号发生跳转、主继电器已经失电。5s后，关闭大小分布器的一级切断阀XV-1624和XV-1626；10s后，关闭大小分布器的二级切断阀XV-1625和XV-1627。目的是依次关闭大小分布器的阀门，确保大小分布器内无残留氧气。

2 乙烯进气阀门的控制方案

2.1 乙烯进气阀XV-1840的控制方案

要求阀门FV-1838的阀位在0%之下、吹扫完成后信号显示吹扫完成、OMS总联锁信号处于无联锁状态。此时触发开阀按钮HS1840；阀门打开；联锁发生，阀门关闭。

目的是确保在调节阀关闭的状态下才能打开乙烯阀，防止误操作，保证乙烯进料的平稳；联锁发生后保证切断进料。

2.2 乙烯界区进气阀XV-1850的控制和优化

SD的工艺设计方案：要求XV-1850的控制要与XV-1840的控制在不同的逻辑系统中，实现硬件上的隔离。启动开阀按钮HS1850，阀门打开；启动关阀按钮HS1850，阀门关闭。目的是对进装置的乙烯量进行控制。

笔者的改进方案是：要求XV-1850的控制与XV-1840的控制在不同的逻辑系统中，实现硬件上的隔离；吹扫完成信号显示吹扫完成；OMS总联锁信号处于无联锁状态。

动作过程是启动开阀按钮，阀门打开；联锁发生，或启动关阀按钮，阀门关闭。

目的是在OMS联锁发生后，保证两个阀门同时关闭，防止乙烯管道压力增加导致的乙烯管道上放空阀被打开，节省乙烯气。

3 循环气放空阀XV-1564的控制

方案一：要求压缩机正常运行信号消失，压缩机的联锁信号发出6s后，循环气低流量跟踪差报警，或是控制放空按钮切至放空位。

上述要求中提到的前3个条件任何一个发生，90s后打开XV-1564，放空循环气；针对放空按钮的动作，XV-1564没有延时直接放空。

目的是联锁条件触发后，延时90s，确保压缩机正常停机；放空按钮的设置，在紧急情况下能够保证安全。

方案二：要求隔离方案一使用的系统，独立设置一套电源系统和停车按钮。

首先启动放空按钮，XV-1564打开。目的是确保方案一使用的系统在发生系统和电源系统故障的状态下，还能进行循环气的放空操作。

旁路按钮的控制方案。要求一级切断阀XV-1620关闭，保持阀门XV-1564关闭状态，目的是保证循环气管线的封闭。

4 结束语

对EO/EG生产装置中的进氧系统、乙烯气系统和循环气系统中各阀门控制方案进行优化后，实现了装置中所有的危险点进行集中统一的管理，保证了生产安全有序地进行。同时，减少了开停工过程中的原料浪费。