探讨催化裂化两器自动保护

探讨催化裂化两器自动保护
探讨催化裂化两器自动保护
摘要：从应用角度对影响催化裂化两器自保系统可靠性的因素进行了分析，提出了解决办法，并结合自己多年的实际应用与维护经验，可对自保系统的维护应用工作提出一些改进措施。

关键词：自保系统安全性可靠性措施
一、问题的提出
做为大型石化工业生产的催化裂化装置，两器反再系统具有保障人身和装置设备的安全责任，其重要性是不言而喻的。

配置一套安全可靠的保护系统涉及众多的参数与条件和过程因素，也是一个难而复杂的问题。

其主要目的是在危机情况下执行自动跟踪保护功能，而又不能因系统本身的故障误动作导致系统装置停车，给生产造成损失。

这就对自保系统的安全性、可靠性、正确性提出了很高的要求。

因此，在自保系统的应用与维护中存在许多值得商榷的问题。

二、系统安全性和可靠性要求
1.系统安全性
系统的安全性是指在出现故障的情况下，避免发生人身伤害和设备损坏的能力。

安全性的目标在于避免事故的发生。

系统的安全性是对实现自保系统作用的要求，它要求自保系统在事故发生时能使装置处于安全状态，因此自保系统的设计与配置要把握环节全面考虑影响安全的各种危机因素，采取正确的措施避免事故的发生，它使全局性的安全指标。

也是实现安全运行的宗旨。

2.系统的可靠性
系统的可靠性是指在规定的条件下、规定的时间内完成规定动作的能力。

可靠性的目标在于避免系统自身的故障，即具有高效的平均无故障时间。

系统的可靠性是对系统的安全运行自身的要求，对两器系统来说，故障监测点、动作执行点、被控制点都很多，单个点的误动作就会打乱装置的正常运行，甚至导致人身伤害和设备损坏的事故。

一个自保方案的论证应用与配置，安全性较易得到完善，而其可靠性则需进一步分析。

需采取正确的措施并得到切实有效的维护才能实现。

下面对影响系统可靠性的因素进行探讨、分析。

三、自保系统可靠性分析及对策
1.系统构成及各部分的功能
催化裂化反再系统一般由三个部分组成：故障检测单元、逻辑控制单元（PLC、DCS）和执行单元。

如下基本原则框图（1）所示：一次检测单元……现场仪表
PLC、DCS单元……室内仪表
执行机构单元……现场设备
图（1）自保系统基本原则框图
故障检测单元担负着事故信息检测变换，为逻辑单元提供逻辑信息或模拟信息；逻辑控制PLC负责输入信号的逻辑运算、分析处理、判断故障状态，发出联锁动作信号，执行联锁自保功能，动作执行单元接受来自控制单元的指挥信号，执行规定的自保动作任务。

2.各组成部分对系统可靠性的影响及对策
2.1故障检测单元
催化裂化两器自保系统的故障检测单元一般由一次检测变送器、压力开关和属于二次仪表的报警开关、相关参数设定系统，如：DCS 等。

以设计规范，作为自保系统的故障检测仪表与操作控制仪表（二次设定仪表及DCS），在物理上相互独立（如进料流量的故障检测与控制是两个独立的回路）。

自动状态下运行自保系统由检测单元的错误信息将导致自动系统的误动作，使装置停车造成一定的经济损失或在装置发生事故时（如：主风流量低、流化风流量低）检测单元失灵导致险情发生。

按常规解决办法，一般采用“双重”、“三重”设置以提高系统的可靠性，“三重”化设置会大幅增加系统的投资，同时也使系统过于复杂，对催化裂化装置自保系统来说也未必可取；“单重化”设置无疑使风险很高，一般不能保证满足装置平稳、安全、可靠、长周期运行的要求。

采用“三重化”（三取二）设置就可较好地解决故障检测单元的可靠性问题。

对催化裂化两器自保系统，每个故障检测点都有相应的控制仪表来实现过程控制，如：反应温度、两器差压、再生压力、主风流量等。

由于它们是独立设置，互不干扰。

可利用其中的两个来实现“双重化”设置。

将它们的输出报警信息构成一个完整的“双重化”“与门”输入回路，只有在两个输入单元同时发出事故信息时，“与门”才能发出控制动作命令，自保联锁才能动作，使执行系统切换变位。

这样既可防止仪表失灵也排除了操作人员的误动作引起的联动作用，保证了生产装置的安全正常运行。

同时还可以将这两个信号的比较值送入相应的报警装置（当两个信号一致时不报警，不一致时报警）提示维护人员检查处理。

采用这样的“二取一”设计配置方案既节约了投资有提高了系统的可靠性。

“与”逻辑的实现对PLC系统的组合是非常合理而容易的。

2.2逻辑控制单元
PLC作为逻辑控制单元的通用产品，是在较完善的标准模式下形成的，它有完备的质量保证体系。

可在系统故障状态下使系统的输出保持在规定的安全状态。

具有较高的可用性，这也是继电器型或其它类型系统不能所具备的特点。

另外，PLC的输出控制信号对系统的可靠性有很大的影响。

如果系统的控制信号在装置正常时为“常开”形式，即正常时节点“闭合”，线路带电，执行机构的换向电磁阀也长期带电处于工作状态。

这涉及到节点和电磁阀的质量和寿命。

特别是电磁阀长期带电，易造成线圈温度过高，烧坏电磁阀。

使电磁阀本身的故障导致误动作，自保系统个别点的误动作会给装置造成极大的危害损失，甚至造成重大的事故，这是决不允许的。

因此，对两器自保系统来说PLC的输出信号应为“常开”式，即“正常”时“断开”，控制阀线路不带电；其缺点是：这样构成的回路系统危险性较高，称之为“故障自保系统”。

因为会由于机构的自身故障造成在自动投入时执行机构不动作实现不了自动保护功能。

只有采取切实有效的维护措施才能避免这种现象的发生。

另外某个部件在使用中出现问题也不易发现，同样也给维护带来很大的难度和责任感。

2.3动作执行单元
动作执行单元一般由电磁阀和执行机构组成两器自保系统的执行机构一般包括：气动薄膜快速切断阀、气缸式单向阻尼阀、气缸式快速切断阀、蝶阀、电液滑阀、塞阀或风动滑阀等。

要在事故状态下“打开”或“关闭”相应的控制对象使装置处于安全状态。

在这个单元中影响系统可靠性的因素主要有两个，一个是电磁阀，一个是执行机构的动作时间。

电磁阀用于执行机构和气路切换，处于“常开”状态下的电磁阀，其主要故障表现在阀芯由于长期不动作而被空气中的水、油、灰尘等杂质锈死或塞住而不能实现快速切换功能。

为避免这种故障必须进行定期检查清理，处于“常闭”中的电磁阀还要特别注意本身线圈的质量和使用寿命，还要勤查细看，以避免事故的发生。

执行机构动作时间的长短式自保系统重要的一项安全指标，因为它标志着在事故状态下，将事故状态隔离的快慢，只有满足系统的时间要求，自保才有实际上的防护意义。

自保系统中动作时间较长的执行机构是膜头较大的气动薄膜切断阀（如进料流量切断阀）；执行机构配装电磁阀后，它的动作时间与下列因素有关：电磁阀、减压阀、保位阀、管线容量、供气压力、执行机构的弹簧范围、膜头大小等。

其动作时间与具体因素现在还没有一个合理的计算过程和公式。

但对使用较多的CV3000型调节阀，生产厂家提供给一个经验公式，可计算出气动薄膜执行机构的动作时间。

如下式：
T=0.47f/CVs
式中：t ――动作时间（s）
f ――执行机构系数
CVs ――电磁阀容量（英制）
对于执行机构而言，不同的执行机构其行程和机构系数f也不同。

所以f 的不同t也不同。

如下表所示：
对于系统中的其它执行机构，如：滑阀、单向阻尼阀、蝶阀一般都有足够的动作时间，完全可以满足系统要求。

另外，在自保系统使用中，对于气动执行机构，有时采用二位三
通电磁阀来控制指挥阀带动错气排气阀的动作方式实现气路切换，这样使系统过于复杂。

故障率增大。

对此类执行机构应选用单电控二位四通电磁阀实现气路切换，减少中间环节，减低故障率，方便维护工作。

以上对催化裂化两器自保系统的可靠性从实际角度作了分析，要保证系统安全可靠必须做好系统的维护工组。

四、系统维护
自保系统的维护历来是一个比较困难的问题，尤其是对催化裂化两器自保，因它涉及众多的动作执行机构，并且部分系统还与主风机有关，要进行系统检查与维护必须将这些机构从系统中脱离出来，使执行机构的动作不影响装置的生产，按以往常规的方法是将诸如进料自保阀，事故蒸汽阀等执行机构从工艺系统旁路掉，这要由工艺操作人员打开付线，关闭前后阀，做很多准备工作，影响面大，时间长，其维护的重点也是电磁阀。

针对这一特点若采取下述改进措施将大大减少检修电磁阀的工作量，节省维护时间。

如下图2、图3所示的电磁阀气路中增加小型切断阀V1、V2、V3、V4，正常时V2、V3、V4打开。

关闭V1。

要进行维护时首先打开V1
阀然后关闭V2、V3、V4阀，这样就将电磁阀切出系统，可进行电磁阀的检查与维修。

而不会导致执行机构的动作而引。

（图2）电磁阀+气动薄膜切断阀
（图3）电气阀+气缸阀
图2、图3为典型的执行机构形式
对于执行机构的检查，一般是在停工的情况下进行，特别是滑阀、阻尼阀、蝶阀、快速切断阀，决不允许在自保情况下进行自保测验。

五、结束语
综上所述，为提高催化裂化反再自保的可靠性，使用性，应从实际情况出发，做好系统的设计选型工作，同时充分考虑对系统故障易发环节；对生产装置及其配套设备的细致分析，从而争取有效的措施保证长周期、安全、可靠的运行。

最终实现自动控制保护。

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