化工行業(yè)儲罐自動化改造的方法

喬 鵬

(山西省自動化研究所，山西 太原 030012)

1 化工行業(yè)儲罐自動化改造的背景

加強安全生產(chǎn)，防止職業(yè)危害是國家的一項基本政策，是發(fā)展社會主義經(jīng)濟的重要條件，是企業(yè)管理的一項基本原則，具有重要的意義。

2006 年6 月27 日，全國安全生產(chǎn)標準化技術委員會成立大會暨第一次工作會議在京召開。時任國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局局長李毅中在會上表示，全國安全生產(chǎn)標準化技術委員會的成立，標志著我國安全生產(chǎn)標準化專家隊伍初步建立，安全標準工作開始步入正常發(fā)展的軌道。

化學工業(yè)在各國的國民經(jīng)濟中占有重要地位，是許多國家的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。化學工業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模對社會經(jīng)濟的各個部門有著直接影響。目前，世界化工產(chǎn)品年產(chǎn)值已超過15000 億美元。由于化學工業(yè)門類繁多、工藝復雜、產(chǎn)品多樣，生產(chǎn)中排放的污染物種類多、數(shù)量大、毒性高，因此，化學工業(yè)是污染大戶。同時，化工產(chǎn)品在加工、貯存、使用和廢棄物處理等各個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生大量有毒物質(zhì)而影響生態(tài)環(huán)境、危及人類健康。

鑒于以上種種因素，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局在2010－09－06 發(fā)布了《危險化學品重大源安全監(jiān)控通用技術規(guī)范》(即中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標準AQ3035－2010)以及《危險化學品重大危險源 罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設置規(guī)范》(即中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標準AQ3036－2010)兩項行業(yè)標準，用以規(guī)范危險化學品重大源安全生產(chǎn)標準化建設。

本文將就實際的工程案列(山西省某化工廠液氨儲罐自動化改造)結(jié)合以上標準講述化工行業(yè)安全生產(chǎn)標準化建設的必要性。

2 儲罐改造前現(xiàn)場情況簡介

此項目為改造化工廠的液氨儲罐。液氨儲罐作為存放液態(tài)氨的存儲壓力容器，它為鋼廠、醫(yī)院、氣體生產(chǎn)廠、食品飲料行業(yè)、化工等行業(yè)提供高純度的所需液體，并降低用氣成本，是目前各行業(yè)首選的液體儲存容器，因此它在眾多行業(yè)的生產(chǎn)工藝過程中起著非常重要的作用。但是，液氨儲罐作為一個壓力容器，它內(nèi)部所儲存的介質(zhì)液態(tài)氨是無色液體。液氨在工業(yè)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。

現(xiàn)有的液氨儲罐為4個，容積分別為6m3、6m3、6m3和30m3。這4個儲罐現(xiàn)在分別裝有壓力表以及磁翻板液位計，但是只有現(xiàn)場查看功能，沒有信號遠傳功能。另外此儲罐安裝的閥門為液動緊急切斷閥，它與遠距離手搖油泵配套使用，利用液壓控制閥門開啟－關閉，以便在管道或儲罐上發(fā)生大量泄漏甚至起火時，快速手動使手搖油泵卸壓，閥門迅速關閉而止漏，起安全保護作用。此操作只能現(xiàn)場操作，不能實現(xiàn)遠程控制。鑒于液氨的化學危害性，現(xiàn)有設備有很大的安全隱患，因此，為了減少事故損失，提前發(fā)現(xiàn)事故隱患，液氨儲罐自動化的改造就顯得尤為重要，它不但可以使工作更加精細，而且實時的數(shù)據(jù)顯示更有利于調(diào)控及記錄。

3 儲罐自動化改造的設備選型介紹

3.1 儀表的選擇

在AQ3036－2010 標準的第6 章《儲罐內(nèi)安全監(jiān)控裝備的設置》中有對儀表的選擇進行詳細的闡述。

在這種已經(jīng)投入生產(chǎn)運營的儲罐自控改造過程中，儀表的選擇尤為重要。我們優(yōu)先選用不需要清理罐體就可以安裝的儀表。我們選用的儀表分別如下:

(1)溫度計

我們采用鉑熱電阻溫度計。變送器選擇帶4 ～20 mA 輸出，并且?guī)?shù)字式顯示表頭。

(2)壓力傳感器

根據(jù)現(xiàn)場情況，我們選用量程為1.5MPa，帶智能HART協(xié)議，隔爆，材質(zhì)為316L的壓力傳感器。

(3)磁翻板液位計

按照罐體的體積，選擇恰當?shù)拇欧逡何挥?，變送器選擇帶4 ～20 mA 輸出，并且?guī)?shù)字式顯示表頭。

3.2 閥門選型

為了實現(xiàn)遠程控制閥門開閉，我們將原有的液動緊急切斷閥改為氣動緊急切斷閥并配套電磁閥使用。氣動緊急切斷閥是一種安全保護閥，它與遠距離氣源配套使用，利用氣源控制閥門開啟－關閉，以便在管道或儲罐上發(fā)生大量泄漏甚至起火時，可以手動使氣源卸壓，閥門迅速關閉而止漏，起安全保護作用。配套使用電磁閥后，我們可以采用電信號實現(xiàn)遠程控制閥門的開啟－關閉，并且也可以現(xiàn)場手動關閉。

3.3 可燃氣體和有毒氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)

按照規(guī)范要求，并且結(jié)合現(xiàn)場實際情況及化學產(chǎn)品的特性，在危險區(qū)域設置了11 臺探測器。分別為5 臺固定式可燃(甲醇)氣體探測器，5 臺固定式可燃(氨氣)氣體探測器以及1 臺固定式有毒(氯氣)氣體探測器。

4 儲罐自動化改造控制系統(tǒng)設計

4.1 PLC 系統(tǒng)的選擇

根據(jù)現(xiàn)場情況，統(tǒng)計測控點如下:

(1)液氨儲罐A 壓力傳感器

用途:檢測液氨儲罐A 壓力值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(2)液氨儲罐A 溫度傳感器

用途:檢測液氨儲罐A 溫度值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(3)液氨儲罐A 液位傳感器

用途:檢測液氨儲罐A 液位值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(4)液氨儲罐B 壓力傳感器

用途:檢測液氨儲罐B 壓力值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(5)液氨儲罐B 溫度傳感器

用途:檢測液氨儲罐B 溫度值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(6)液氨儲罐B 液位傳感器

用途:檢測液氨儲罐B 液位值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(7)液氨儲罐C 壓力傳感器

用途:檢測液氨儲罐C 壓力值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(8)液氨儲罐C 溫度傳感器

用途:檢測液氨儲罐C 溫度值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(9)液氨儲罐C 液位傳感器

用途:檢測液氨儲罐C 液位值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(10)液氨儲罐D(zhuǎn) 壓力傳感器

用途:檢測液氨儲罐D(zhuǎn) 壓力值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(11)液氨儲罐D(zhuǎn) 溫度傳感器

用途:檢測液氨儲罐D(zhuǎn) 溫度值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(12)液氨儲罐D(zhuǎn) 液位傳感器

用途:檢測液氨儲罐D(zhuǎn) 液位值

信號類型:4 ～20mA 數(shù)量:1 AI* 1

(13)液氨儲罐A 電磁閥

用途:控制液氨儲罐A 緊急切斷閥

信號類型:I/O 數(shù)量:1 DI* 2 DO* 1

(14)液氨儲罐B 電磁閥

用途:控制液氨儲罐B 緊急切斷閥

信號類型:I/O 數(shù)量:1 DI* 2 DO* 1

(15)液氨儲罐C 電磁閥

用途:控制液氨儲罐C 緊急切斷閥

信號類型:I/O 數(shù)量:1 DI* 2 DO* 1

(16)液氨儲罐D(zhuǎn) 電磁閥

用途:控制液氨儲罐D(zhuǎn) 緊急切斷閥

信號類型:I/O 數(shù)量:1 DI* 2 DO* 1

此系統(tǒng)輸入信號分為模擬量輸入信號及數(shù)字量輸入信號。模擬量輸入信號值為安裝于4個儲罐上的溫度、壓力、液位的儀表采樣值。儀表采用4 ～10mA 信號輸出。數(shù)字量輸入信號為磁翻板液位計上下限報警值。輸出信號為數(shù)字量輸出信號，作用為輸出電信號給電磁閥，用以開啟－關閉緊急切斷閥?？紤]用戶成本及現(xiàn)場實際情況，我們選用經(jīng)濟性比較好的S7－200 系統(tǒng)。

S7－200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7－200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。因此S7－200 系列具有極高的性價比。

4.2 傳輸線路的選擇

現(xiàn)場儀表信號與控制室距離為200m，由于現(xiàn)場屬于防爆區(qū)域，因此無法就近安放控制柜，只能將控制柜安置于控制室內(nèi)。所以，現(xiàn)場只能布置屏蔽電纜使得信號傳送至控制室內(nèi)的控制柜中。

5 儲罐自動化改造完畢后系統(tǒng)介紹

此系統(tǒng)改造完畢后，對比改造前可增加以下功能:

(1)系統(tǒng)管理:系統(tǒng)可實現(xiàn)多用戶管理、權(quán)限管理、參數(shù)設置和現(xiàn)場所需要求;

(2)實時監(jiān)控:新系統(tǒng)可在控制室內(nèi)控制主機界面顯示溫度、壓力、液位等現(xiàn)場儀表實時模擬量數(shù)值;

(3)列表顯示:可列表顯示模擬量、開關量、報警信息和系統(tǒng)日志等;

(4)數(shù)據(jù)備份:所有現(xiàn)場信號采集數(shù)值都可實現(xiàn)備份，便于操作員隨時調(diào)取;

(5)報警管理:新系統(tǒng)可在控制室內(nèi)控制主機界面顯示數(shù)值超限報警功能，及時發(fā)現(xiàn)問題;

(6)設備控制:可通過控制主機人機界面實現(xiàn)現(xiàn)場電控設備的邏輯控制;

(7)報表:可歸納模擬量、開關量、報警信息、操作記錄和系統(tǒng)日志等;

(8)打印:可隨時打印相關報表信息;

(9)現(xiàn)場操作:當在極端情況下，自控系統(tǒng)出現(xiàn)問題狀況下，還可以在罐區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)查看及手動關閉緊急切斷閥，實現(xiàn)雙重保險。

6 結(jié)束語

化工行業(yè)重大危險源的自動化改造完成后，操作人員可在控制室查看現(xiàn)場儀表情況，及實現(xiàn)自動控制設備開閉。因此可有效地減少人員在重大危險源的停留時間與次數(shù)，降低生產(chǎn)事故。在現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)條件下，從安全生產(chǎn)及降低成本的角度考慮，實現(xiàn)設備的自動化改造是勢在必行的一件事情。

［1］蘇昆哲.深入淺出西門子Wincc V6［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2004.

［2］吳宗之，關磊，劉驥，等.危險化學品重大危險源安全監(jiān)控通用技術規(guī)范AQ3035－2010［S］.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2010－09－06.

［3］吳宗之，關磊，魏利軍，等.危險化學品重大危險源罐區(qū)現(xiàn)場安全監(jiān)控裝備設置規(guī)范AQ3036－2010［S］.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2010－09－06.