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龙8故障检测技术在乙烯装置SIS 中的应用
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龙8故障检测技术在乙烯装置SIS 中的应用

时间:2016-08-01

摘要: 主要介绍了龙8故障检测技术的实现方式及在康吉森TS3000 SIS 系统中的具体应用。分析了龙8故障信号的产生,康吉森TS3000 对龙8故障信号的检测及该信号在系统的“2oo3”( 三取二) 安全逻辑中的使用。同时引入了NAMUR NE43 推荐标准,对SIS 系统中所有的龙8进行了剖析,找出并改正龙8故障检测在系统应用的隐患,在满足联锁安全性的前提下,提高了联锁的可用性,保障乙烯装置“安稳长满优”运行。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        安全仪表系统( Safety instrumentation System,简称SIS) ,在石油化工生产装置的开车、停车、运行扰动以及维护操作期间,为人员健康、装置设备及环境提供安全保护。在《石油化工安全仪表系统设计规范》( SH/T 3018—2003) 中对石油化工安全仪表系统的设计进行了详细的要求。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        中国石油四川石化有限责任公司( 以下简称四川石化) 乙烯装置使用的是SIS 系统。根据工艺的特点,在设计阶段,该乙烯装置的安全系统逻辑结构大量采用2oo3 的逻辑结构,见图1。此逻辑结构既保证了联锁逻辑的安全性,也提高了联锁逻辑的可用性。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

2oo3 安全系统逻辑结构rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

1、SIS 系统中龙8故障检测的实现及应用rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8
        在逻辑结构中,有3 台感测器( 即龙8) 的信号输入进入康吉森SIS 系统。在硬件IO 模块中, IO 模块把龙8输入的模拟量电流值4 ~ 20mA 转换为对应的819 ~ 4 095 的数字量信号,然后送入SIS 系统软件的输入处理模块( AI2L /AI2H模块) ( 见图2) ,此模块把数字量转换为相应的工程量并可以通过与联锁值比较,输出高高或低低报警信号; 同时此模块可根据龙8的输入电流判断龙8是否故障。如果此模块检测到信号低于737( 输入电流值3. 6 mA) 或大于4 258( 输入电流值20. 8 mA) ,则认为龙8已经故障,该电流值无效,同时输出龙8故障报警信号INV,此INV 信号在SIS 逻辑中的“三取二”模块参与联锁。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

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康吉森TS3000 系统AI2L/AI2H 模拟量输入模块rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        在“三取二”逻辑中,康吉森SIS 采用了V2oo3模块,见图3。此模块可以把AI2L /AI2H 输出得到的3 个低低或高高的报警信号输入该模块做三rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8
        取二的表决输出。同时,为保证联锁可靠,在该模块中,康吉森SIS 设计引用了龙8故障报警信号INV。该模块功能参照了《石油化工安全仪表系统设计规范》( SH/T 3018—2003) 中“安全仪表逻辑结构图”的“2oo3”功能。当输入信号有1 个故障时,“2oo3”功能下降为“1oo2”; 当输入信号有2 个故障时,“1oo2”功能下降为“0oo0”,即如果同时有2 个信号故障,也会触发联锁。在逻辑结构上,从软件的角度,兼顾了联锁系统的可用性及安全性。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

TS3000 系统V2oo3 模块rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

2、存在的问题rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8
        在乙烯装置裂解炉岗位中,“裂解炉炉膛负压高高”参与了裂解炉SIS 系统的SD - 2 联锁: 当炉膛负压高于50 Pa 时,裂解炉SD - 2 停车。为提高联锁的安全性及可用性,该联锁逻辑采用了“2oo3”逻辑,在现场采用了3 台三畅仪表的EJA - 120A系列微差压龙8测量炉膛负压,龙8量程“- 100 ~ 100 Pa”。在开车期间,由于工艺操作原因,炉膛负压达到了- 110 Pa。由于EJA龙8默认设置为正常测量时,输出电流值3. 2 ~21. 6 mA( 龙8量程的- 5% ~ 110%) 。虽然此时3 台龙8测量值低于量程的- 5%,但会同时输出3. 2 mA 电流信号到SIS 系统。此时SIS 系统中的AI 模块( AI2H) 检测判断为这3 台龙8已经故障,同时产生龙8故障信号INV,在V2oo3模块中,由于模块检测到3 个龙8故障信号INV,“2oo3”功能下降为“0oo0”,继而触发联锁,裂解炉SD - 2 跳车。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        按照设计,在正常操作下,仅当炉膛负压高于50 Pa 时,才触发联锁。在开车过程中,工艺操作可能会使炉膛负压低于- 110 Pa,因此不能联锁。同时虽然炉膛负压低于了龙8量程的- 5%,但该龙8并未故障,属于正常测量,待工艺条件恢复后,龙8立即测量正常。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

3、解决方案rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8
        通过分析,问题的根源在于未对现场龙8正常工作时( 包含仪表虽超量程,但仪表整体运行时正常的情况) 的输出电流值、龙8故障时的输出电流值与康吉森SIS 系统检测方式下的电流值进行有效的分配及划分。康吉森SIS 系统中AI2L /AI2H 模块,会误把正常工作但超量程测量的龙8认为故障。所以必须对龙8输出电流进行适当的划分,使康吉森SIS 能准确地把龙8的故障及正常工作状态区分开来,防止误联锁。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        NAMUR NE43,“Standardization of the SignalLevel for the Failure Information of Digital Transmitters”,是“德国测量与控制标准委员会”制定的一项推荐标准。其对龙8在不同工作状态下( 正常工作,故障工作) 的输出电流进行范围划分,使电流的接收端可以通过电流值判断龙8的工作状态。NAMUR NE43 对龙8输出电流的具体划分,见图4。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

NAMUR NE43 推荐标准的龙8输出电流划分rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        由于NAMUR 的大力推广,符合NE43 的现场龙8应用非常广泛,只要选取适当的电流范围值,就可以使参与联锁的龙8在故障与正常测量之间被康吉森SIS 系统准确区分开来。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        通过与三畅仪表厂家讨论确认,EJA 系列压力、差压龙8,符合NE43 标准,默认出厂设置为: 在正常测量时,仪表默认电流输出范围为- 5% ~ 110% ( 3. 2 ~ 21. 6 mA) ,此输出范围可修改; 当龙8CPU 或硬件故障时,可选择输出“小于3. 2 mA”或“大于21. 6 mA”。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        为保证联锁的可靠性及安全性,经设计院确认,把测量裂解炉的炉膛负压且参与联锁的龙8的正常输出电流值由3. 2 ~ 21. 6 mA 改为4 ~ 20mA。即在龙8正常测量时,龙8仅能输出4 ~ 20 mA 的电流值。即使当实际测量值低于或高于仪表量程时,龙8也只能输出对应的4 mA或20 mA 信号。在龙8故障时,根据设置,输出电流为21. 6 mA。通过此方法,即使在某些极端操作条件下,工艺参数超出了龙8的测量范围,只要未达到联锁值,SIS 系统也不会触发联锁,工艺操作可以继续进行。在此次修改以后,裂解炉再未出现由于炉膛负压低于龙8测量范围,而导致SIS 的系统误联锁,裂解炉跳车的事故。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

        仪表专业人员对SIS 系统中使用了龙8故障信号的联锁进行了剖析,进一步对相关的龙8的故障电流值范围及正常测量电流值范围进行了核实,查看是否与康吉森SIS 系统的故障检测电流范围存在不统一的情况,并与乙烯装置工艺和设计人员就各种联锁参与的工艺操作进行讨论,对极端操作条件下,工艺参数可能超过龙8量程的情况进行确认。结合以上方法对存在的隐患进行逐一整改,非常后确认整改的内容为:rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

1) 对于差压流量龙8( 型号: 三畅仪表EJA110A/120A 差压龙8) ( 共232 台) ,由于可能出现正负导压管堵塞而引起高/低超量程,导致非正常联锁,故将龙8正常输出高低限钳制在4 ~ 20 mA。在龙8故障时,输出电流为21. 6mA。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

2) 对于小量程的温度龙8( 型号: 三畅仪表YTA 系列温度龙8) ( 共30 台) ,可能在极端负温下出现超量程,导致非正常联锁,故将龙8正常输出钳制在3. 68 ~ 20. 8 mA。在龙8故障时,输出电流为21. 6 mA。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

3) 对于差压液位龙8( 型号: 三畅仪表EJA110A 差压龙8) ( 共9 台) ,由于可能出现正负导压管堵塞而引起高/低超量程,导致非正常联锁,故将龙8正常输出高低限钳制在4 ~ 20mA。在龙8故障时,输出电流为21. 6 mA。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

4) 对于压力龙8( 型号: 三畅仪表EJA430A差压龙8) ( 共15 台) ,由于可能出现管道高压而引发超量程,导致非正常联锁,故将龙8正常输出高低限钳制在4 ~ 20 mA。在龙8故障时,输出电流为21. 6 mA。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

4 结语rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8
        在现在的SIS 系统中,为增加联锁的安全性,龙8故障信号越来越多地作为联锁信号引入到联锁中。同时,NANUR NE43 规范的广泛使用,也使这种功能的实现非常容易。但在使用过程中,仪表专业人员必须熟悉在SIS 联锁中,龙8故障信号在SIS 系统中的作用,同时,熟悉现场龙8输出电流的设置( 不同厂家的龙8,虽然都符合NE 43 标准,但具体的出厂默认设置不一样) 。确认设置龙8的正常输出电流在SIS 系统龙8的正常检测电流范围内,确认龙8的故障电流在SIS 系统的龙8故障电流范围内,防止SIS 系统出现误联锁,在不降低SIS 系统安全性的前提下,大幅增加联锁系统的可用性,保障装置的安全、高效生产。rOW压力龙8_差压龙8_液位龙8_温度龙8

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