天炼催化自保联锁及数据采集运算系统

摘要：

       采用通讯手段将自保联锁、数据采集运算、OP-37 显示操作站、自保联锁操作面板、 硬手操完美的结在一起，使自保联锁及数据采集运算系统成为一个独立的整体。再加上 对信号采取三取二等处理方法及自保联锁系统硬件采用三容余的容错方式使系统更具有自 身的特色。

1、前言

        我厂在一九九八年大检修中对催化裂化装置反应器-再生器系统简称“反-再系统” 进行改造并引进了美国UOP公司技术，在满足UOP技术条件下，我厂经过与中石化洛阳石 油化工工程公司设计院共同研讨并经过多次修改，最终一致认为自保联锁系统采用德国西 门子公司可编程控制器S5-115H容错系统组成三容余的SD系统，相应的仪表信号通过通讯手段将西门子可编程控制器S7系列组成数据采集运算系统互通并通过OP-37显示操作站 进行显示。“自保联锁及数据采集运算系统”由天津协力高科技有限公司配套实施。

2 、 ESD 系统原理

1)紧急自动停车系统ESD 紧急自动停车系统ESD（Emergency Shutdown Device） 是指装置在开工、停工和生 产过程中可能危机生产安全、造成重大设备事故、重大经济损失和人身安全时的紧急安全自动保护联锁系统。 在正常工艺操作条件下突然发生紧急事故，ESD 系统自动启动联锁，对工艺流程实行联锁保护或紧急停车。在操作室内，操作人员通过ESD 系统也能对工艺流程操作进行手动启/停联锁。
2）数据采集运算系统
核心单元采用德国SIMATIC 公司的可编程控制器S7系列，整个系统通过通讯数据 总线和S5-115H 通讯。其显示采用SIMATIC 公司的盘式操作站OP-37 ，可把自保联锁系统 功能。 和数据采集系统采集的数据在OP-37屏幕上显示出来。并具有事件记录、打印各种报警等。

3 、系统的组成

1）催化裂化装置（反-再系统）自保联锁系统

核心单元是德国SIMATIC 公司的可编程控制器S5-115H容错系统，它具有系统可靠性、稳定性高的特点，被广泛应用在工业领域自保联锁系统中。

2)自保联锁及数采系统硬件连接图如<图一>。三、反-再系统自保联锁系统构成 I）自保联锁系统的硬件及逻辑联锁图 。

采用SIMATIC 公司的S5-115H组成三容余容错PLC系统，其逻辑系统通过软件固化在PLC中。 自保联锁系统主逻辑联锁关系图如<图二>。

3）反-再自保联锁系统操作面板 自保联锁系统操作面板，供操作员通过操作面板来监视和控制工艺自保联锁的工作状态。自保联锁操作面板布置图如<图三>。

A)操作面板说明：

a) 按键操作功能

①. 输入切除键

为双重命令键，第一次键入组合键“双重命令+输入切除”键，该输入被“切除”并有灯显示，此后该信号不再参与自动联锁，进入半自动联锁。第二次键入组合键“双重命令+输入切除”键，该输入切除信号“复位”且显示灯灭，此后该信号进入自动联锁。

②. 输出切除键

为双重命令键，键入组合键“双重命令+输出切除”键，该输出被“切除”并有灯显示，此后该信号不再输出只能通过硬手动联锁，键入组合键“双重命令+输出复位”键，该输出切除信号“复位”且显示灯灭，此后该信号进入自动联锁状态。它的作用主要供设备定期检查或维修使用。

③. 手动键

手动键相当于应急手操器，自保联锁由自动改为半自动方式时，操作员可以通过手动键手动联锁（输出复位键复位后操作才有效），各手动键之间仍然保持各输出之间的联锁关系。

b) 状态指示灯

① 输入信号报警灯

有输入信号报警时，面板上发光二极管（红）显示亮，此信号报警不受输入切除功能的影响。

② 输入切除灯

输入切除键有效键入后，面板上“切除”发光二极管（绿）显示亮，该信号不再参与自动联锁，进入半自动联锁。当输入切除“复位”后绿灯灭，该项又恢复为全自动联锁方式。

③ 输出切除灯

输出切除键有效键入后，面板上输出“切除”发光二极管（绿）显示亮，该信号输出被切除，当输出切除“复位”后绿灯灭，该项又恢复为全自动联锁方式。

④ 输出信号报警灯

面板上有输出时发光二极管（红）亮，以显示联锁的工作状态。 B)硬手操系统说明

硬手操系统如<图四>包括切断进料、切断两器、切断主风、切断增压风、切断提升风、主风事故蒸汽伐、外取热增压风事故蒸汽伐、待生提升管提升风事故蒸汽伐等八个三档开关和“允许切除”、“允许脱机（切除）电源”， 两个两档开关。当开关拨向“复位（自动）”时，系统处于自动联锁状态；当开关拨向中间档，处于“切除（脱机）”

位置，联锁输出信号被切除，系统处于脱机状态。装置正常运行时，硬手动开关置于

“复位（自动）”位置。硬手动开关操作要特别注意，以免误操作而造成紧急停车。

4）继电器组系统
用于带动现场的电磁阀和机电设备，它通过接受可编程控制器PLC或硬手动开关发出紧急停车信号而动作，实现自动或手动联锁保护功能。另外利用继电器组可以实现PLC脱机，使得维修PLC更方便、更安全。

5)数据通讯系统

通过PROFIBUS-DP 通讯总线将数据传送给OP-37，并在OP-37上显示工艺流程、仪表维护、运算等功能。

6)数据采集运算系统

XI-102 再生器开工速度计算
XI-102 再生器开工速度计算需从模拟量模块采集， PT-114 再生器操作压力；TT-102 再生器顶出口温度；FY-621 再生器主风流量；FT-802 外取热器提升风流量，经过处理后按如下公式计算：

V=（pb/pa）×(Ta/Tb) ×(Qr+Qs+Qc)/3600A

计算符号与仪表位号对照表：

计算符号 仪表位号

V 再生器开工速度（m/sec） XI-102

pb 标准状态下压力(101.33KPa绝压) 常数

pa 再生器操作压力（操作压力+101.33KPa绝压） PT-114

Tb 标准状态下温度（0℃+273.15°K） 常数

Ta 再生器顶出口温度(操作温度+273.15°K) TT-102

Qr 至再生器主风流量（m 3 n/hr） FT-621

Qs 至待生立管提升风流量（m 3 n/hr） FY-107B

Qc 至外取热器增压风流量（m 3 n/hr） FT-802

A 再生器截面积，小于旋风分离器面积（59.1m 2 ） 常数

说明 ：

操作压力设计值 0.166MPa(G)

操作温度设计值 709℃

至再生器主风流量设计值 91246m 3 n/hr

至待生立管提升风流量计算值 19024m 3 n/hr

计算结果在反-再系统操作画面和数据采集运算画面中显示并将自动计算的结果显示在趋势记录画面中。

催化剂循环率计算： （FY-111）
催化剂循环率计算需从模拟量模块采集，ZI-112再生滑阀阀位；XT-107再生滑阀前催化剂密度；PdT-119再生滑阀压降，经过处理后按如下公式计算：

W=[K(ZI-BIAS)√DENSI(DP) ]/11600

计算符号与仪表位号对照表：

计算符号 仪表位号

W 催化剂循环率（ton/hr） FY-111

ZI 再生滑阀阀位（％） ZI-112

K 与再生滑阀尺寸和开度有关的常数（47640） 常数

BLAS 用于抵消阀座开度计算的偏值（初始设定：19％） 常数

DENSI 再生滑阀前催化剂密度（设计密度=560kg/m 3 ） XT-107

DP 再生滑阀压降(MPa) PdT-119

说明：

催化循环率设计值 1210ton/hr,计算结果在反-再系统操作画面和数据采集运算画面中显示并将自动计算的结果显示在趋势记录画面中。

提升管提升段线速计算：（XI-105）
提升管提升段线速计算需从模拟量模块采集，F - T-112提升管提升蒸汽流量；FT-115提升管提升干气流量；PT-115再生催化剂压力；TT-118再生催化剂温度；FY-111催化剂循环率数值，经过处理后按如下公式计算：

V={[W 1 /M 1 +W 2 /M 2 +(0.00135)(W 3 )/M 3 ]*8.315+Q 4 *Pbase/Tbase}(hour/3600sec)[(Tactual+273.15°K)/Pactual

计算符号与仪表位号对照表：

计算符号 仪表位号

V 提升管提升段线速(ton/hr) XI-105

W 1 提升管提升蒸汽流量(ton/hr) FT-112

W 2 提升管开工蒸<