环氧乙烷乙二醇装置安全生产自控系统设计分析

环氧乙烷乙二醇装置安全生产自控系统设计分析

汤刘 ,许耀 ,高谡

中国石油四川石化  四川彭州 6119000

摘要：EO/EG装置，工艺颇为复杂，容易出现燃烧与爆炸，因此提出了较高的操作条件，控制质量要求极为严格，因此对于自控设计而言，安全系统设计为其关键所在。装置选择控制仪表构成一般控制，在安全联锁系统中有机结合可编程序控制器，下文就装置优化后的自控系统设计与相关的安全举措进行了阐述，可供参考。

关键词：EO/EG装置；ESS系统；联锁系统；安全举措

引言：某企业EO/EG装置为提升产品质量、实现增产，借助联合碳化物（UCC）来开展技术改造，采取氧气直接氧化工艺，同时把甲烷当作制稳气体，让环氧乙烷生产能力提高至7875kg/h，生产MEG7675kg/h。设计按照基础工艺包开展，成功实现了开车，长时间以来装置工作正常，经济效益突出。改造后，装置因为选择直接氧化工艺，增加了氧气与乙烯的供应，促使系统处在高氧与高乙烯状态，提高了装置危险程度。以安全生产为切入点，设置了紧急停车系统与联锁系统且实施了系列安全举措。

一、环氧乙烷与乙二醇简介

1.环氧乙烷（EO）。EO属于有机化合物，属于致癌物质，过去被用来生产杀菌剂。EO易燃易爆，不便于长途运输，在洗涤与印染等领域被大力推广。EO是简单的环醚，为普通的石化产品。处于低温环境时为无色透明液体，有刺激性气味。

2.乙二醇。也被叫做甘醇，表达式是EG，为一种重要的二元醇。EG无色无臭，有一定的毒性，在剂量达到1.6g/kg时能致人死亡。EG可以和水、丙酮互溶，不过在醚类中溶解度不高。在防冻剂、涤纶制作上，常常被当作原料来使用。PEG为相转移催化剂，也推广在细胞融合中[1]。

二、装置优化后的安全生产自控系统设计

为了避免因为参数超限或者其他因素而造成事故，设计ESS系统（即紧急停车系统），同时引入了表决激励原理。结合生产过程特征，选择了这几种表决逻辑系统。

1.表决逻辑系统。1）1/1表决逻辑系统。该系统有着普遍的应用，由发讯器至逻辑系统都为单一的回路。该系统无法在必要的情况下触发ESS动作，避免因为仪表系统元件故障而导致假停车。在ESS功能出现问题的情况下，没有造成灾难性后果，还有假停车时没有产生危险情况及经济损失问题，都可以应用这一系统，其仪表安装十分可靠。2）1/2表决逻辑系统。该系统包含两个发讯器，只要其中一个表决断路，那么ESS就会动作。该系统可以保证ESS动作，然而却无法避免因为系统元件故障而导致的假停车问题。在由于紧急停车功能出现故障而导致灾难性事故以及假停车没有发生危险问题而造成较大的经济损失的情况下，可以应用该系统。3）2/2表决逻辑系统。该系统包含两个回路及独立启动器，在两个发讯器一起表决断路之后，ESS才会动作。该系统可以避免因为单一元件问题而导致假停车的现象，当某元件出现故障之后，该系统会变为1/2系统。在假停车导致危险情况或造成较大经济损失时，ESS功能故障为灾难性的情况下，会运用该系统。4）2/3表决逻辑系统。该系统包含三个回路及单独的发讯器。在两个发讯器进行表决断路过程中，ESS会停车动作。该系统可以确保必要情况下ESS工作，避免因为系统某个元件出现故障而导致假停车。在ESS功能故障导致灾难性后果，同时假停车会导致危险问题及造成较大经济损失的情况下，会使用该系统。

2.选用硬件设备组成。装置ESS系统一共有七套，联锁系统19套，联锁信号接近250个，十台泵、三台压缩机，同时有五台氧分析设备等参加联锁，两台色谱仪检测，分析八个组分，参与LOV，自然点等的计算。显而易见，选择一般继电器无法保证系统安全，对此，引入了可编程序控制器，对于开关量控制，它有着很好的适用性，响应迅速，控制准确度有保障，智能化水平高。为促使系统更加稳定选择热后备装置，把两台控制器进行连接继而产生冗余系统，保证生产设备正常工作。并且选择显示操作系统，有着资料收集与监视作用。其能够显示节点位置等，能够借助打印机智能打印出事故出现的情况，释放警报信息，全面监视生产状况，助于事故分析。硬件设备组成主要包括：两台控制器，一台热后备装置，一个存储器，32个输入组件，33个输出组件，六个槽底板，六个双槽电源，两台显示操作系统，两台打印机，一个运行软件，三台通道分配器，两根电缆等。

三、该装置采取的安全设计措施

第一，仪表安装设计。对于设置在危险部位的变频器，一般要安装于操作台附近；针对EO系统及氧气和乙烯进料过程中使用的阀门，都借助美国API标准进行密封。这样才能保证连锁动作之后所有环节的切断，从而避免泄露问题；对于极易接触EO的部位，应避免采取石棉密封材料，应借助金属缠绕聚四氟垫片，从而防止出现灾难性事故；对可燃性气体检测器，应基于EO泵附近、在线分析仪器室及反应器区域等部位进行应用。第二，一次仪表安装设计。对于大部分系统控制及停车来看，其一次仪表应避免使用相同的仪表，避免因为一次故障而导致失控，从而影响停车效果

[2]。

第三，报警设计。对于关键工艺参数，应借助三重报警及连锁来完成。在越线之后，能够开展第一次预报警，提高有关操作者对注意力，让他们开展重点监视，对于第二次报警来看，会对参数超限值进行支出，而第三次报警则可以实现连锁停车。第四，电源安全设计。在进行改造设计之前，其前系统通常是气动仪表，在改造完成之后，为促进逻辑监控系统有序运行，电源起着重要作用。因此，借助UPS无间断电源，可以更好确保控制仪表及系统供电安全。针对停车的电源系统和继电器，应单独设置于柜中，防止二者相互影响。

第五，执行器与元件选型。为促进ESS和氧气混合器连锁系统第一时间切断，可借助美国FISER开展切断，这一过程的时间通常是0.2秒。对于反应器测温来看，可借助快速响应热电偶，降低测量滞后性，保证其温度控温精准度。第六，分析器选型。比如氧分析仪，应保证其为顺磁体型，并且重复性要低于±0.003，精准度应在±0.02%以内。将其应用到ESS系统中，在二十秒内，分析仪的总变化达90%，也就是实际开展氧气操作时，有1.0mol%的阶越变化，在这20秒时间内，分析仪需看到90%的变化。除此之外，对于取样系统来看，应用到ESS系统的取样，要求其之后时间在15秒以下。应避免采样系统阻塞，避免样品成分发生变化，从而避免不安全因素的出现。针对取样管线而言，应保证足够段，这样在样品进行传输时，其在线中的停留时间才会在10秒以下。第七，安全措施。为全面保证生产安全，基于控制盘上，应对关键连锁切断按钮开展标记，运用科学的安全措施。

结论：总而言之，即便为系统采取了系列安全举措，也很难从根本上避免事故的发生，仅能将危险发生的概率减小至相对满意的水平。实现开车之后，生产状况较为稳定，仪表正常工作，表明在装置技术中，系统的设计是成功的。

参考文献：

[1]任国伟.环氧乙烷/乙二醇装置的优化与改造[J].新型工业化，2021,(03):237-239.

[2]李文立.环氧乙烷/乙二醇装置风险分析[J].石化技术，2020,(09):152-153.