一、概述
隨著石油化工裝置的日趨大型化，工藝過程的不斷復雜化，生產(chǎn)過程中發(fā)生危險的可能性也呈增大趨勢，加之人們對產(chǎn)品的質(zhì)量、設備、人身、環(huán)境的保護等因素的要求使得獨立于控制系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖顯得十分必要，這種專用的安全保護系統(tǒng)就是——ESD緊急停車系統(tǒng)（Emergency Shutdown Device）。ESD適用于高溫、高壓、易燃、易爆等場合，可以對生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行及時響應和保護，使生產(chǎn)裝置進入一個預定義的安全停車工況，從而使危險降低到可以接受的最低程度，以保證人員、設備、生產(chǎn)裝置和環(huán)境的安全。在講究高效安全生產(chǎn)的石油化工行業(yè)，如今投入ESD系統(tǒng)已是眾多企業(yè)的選擇，并成為保證生產(chǎn)可靠性與安全性，提高經(jīng)濟效益的必要手段之一。
重慶紫光蛋氨酸有限責任公司1萬噸/年蛋氨酸項目為該公司年產(chǎn)5萬噸蛋氨酸項目的一期工程。作為一個典型的精細化工裝置，反應溫度壓力高、易燃易爆且中間產(chǎn)物含劇毒易揮發(fā)，此外整個項目工藝流程復雜，中間環(huán)節(jié)眾多，任何一個環(huán)節(jié)出錯均會導致其他環(huán)節(jié)不能正常工作，甚至前功盡棄，因此要實現(xiàn)整個裝置的安全穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)，這就要求必須配置先進的、高可靠的設備，配置能充分滿足石油化工裝置及機組的緊急停車和安全聯(lián)鎖的ESD系統(tǒng)?；诖丝紤]，其選用了GE智能平臺公司的90-70 GMR表決系統(tǒng)。GMR（Genius Modular Redundancy）控制系統(tǒng)是基于GE 智能平臺公司的90-70 PLC以及先進的智能化輸入/輸出模塊（Genius I/O）構(gòu)成的三重化表決控制系統(tǒng)。
二、GMR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、系統(tǒng)配置的選用
重慶紫光蛋氨酸項目的現(xiàn)場條件惡劣，系統(tǒng)要求較高。要求系統(tǒng)的冗余原則為：
a. 系統(tǒng)應具有完備的冗余和容錯技術(shù)，包括設備冗余和工作性能冗余。
b. 各級網(wǎng)絡通訊設備、部件和總線三重冗余。
c. 控制站處理器等功能卡冗余。
d. 所有電源設備和部件冗余。
e. 對要求冗余配置的I/O卡三重冗余。
要求系統(tǒng)的可用性為：
a.系統(tǒng)的可用率應不低于99.99%。
b.系統(tǒng)的設計應是故障安全型的，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時，應能按照故障安全的方式停機。
c.系統(tǒng)必須具有完善的硬件、軟件故障診斷及自診斷功能，自動記錄故障報警并能提示維護人員進行維護。
d.冗余設備具備在線自診斷，排錯報警，無差錯切換功能。
e.系統(tǒng)的各種插卡應支持熱插拔。
基于以上冗余原則及可用性的考慮，選用GMR系統(tǒng)中的雙重化配置，系統(tǒng)包含兩個獨立的90-70PLC以及運行在每個單獨系統(tǒng)中的診斷程序，每個PLC上各配置了3個總線控制器。通過三選二的表決，系統(tǒng)為用戶提供了高可靠性和無誤差操作。還包含了輸入子系統(tǒng)及輸出子系統(tǒng)。輸入輸出子系統(tǒng)由智能的、可組態(tài)的Genius I/O模塊組成，每個模塊都有微處理器并提供通訊診斷功能，同時對輸出和輸入通道有電子保護功能，而且模擬量、開關(guān)量等所有模塊都可以用在同一總線中。傳感器信號被引入到隔離的Genius輸入模塊，設置在獨立機架中，各自獨立的CPU從每條Genius總線上接受這些輸入信號并對這些信號進行表決，然后，兩個CPU中的每一個CPU通過三重化的Genius I/O總線將邏輯狀態(tài)結(jié)果送至輸出子系統(tǒng)，Genius輸出模塊對三重化的輸出數(shù)據(jù)進行表決，然后送至負載。
2、工藝簡介和系統(tǒng)規(guī)模
重慶紫光蛋氨酸項目根據(jù)工藝劃分為七個單元，一單元是用甲烷和硫磺在高溫下反應生成二硫化碳和硫化氫，將反應生成的二硫化碳和硫化氫經(jīng)分離后，獲得純凈的二硫化碳和硫化氫，其中二硫化碳作為產(chǎn)品送入貯罐，硫化氫送入三單元與甲醇在催化劑、一定溫度和壓力下反應生成甲硫醇和甲硫醚，經(jīng)精餾純化后，甲硫醚繼續(xù)與硫化氫反應生成甲硫醇，而純凈的甲硫醇送入二單元與丙烯醛反應制取甲硫基代丙醛。其中丙烯醛是通過丙烯和空氣在催化劑作用下經(jīng)過分離純化制取的。甲硫醇與丙烯醛反應制得甲硫基代丙醛，在四單元分離后，純甲硫基代丙醛與五單元的氰化鈉、氨水和二氧化碳反應生成海因，經(jīng)水解后，送入六單元中和、結(jié)晶、過濾、干燥和包裝制得純品蛋氨酸。六單元產(chǎn)生的硫酸鈉副產(chǎn)品溶液送入七單元進行純化制得硫酸鈉副產(chǎn)品。
本項目ESD主要作用在二和三單元，二單元的丙烯與空氣反應是強放熱反應，并且反應原料之間的爆炸極限范圍寬，而原料的配比要在反應過程中一定要越過爆炸曲線，必須避免原料配比在爆炸曲線區(qū)域內(nèi)進行。另外生成的產(chǎn)物丙烯醛也是重要危險品，具有強烈催淚作用，曾經(jīng)還用于戰(zhàn)爭作為化學武器，泄露后其危險性極大，會造成嚴重的社會影響。三單元是用劇毒硫化氫純品和甲醇反應制取甲硫醇，反應的壓力和溫度較高，同時會產(chǎn)生副產(chǎn)物甲硫醚，以上三種物品均為重要的危險源，高濃度的硫化氫會使人閃電性死亡，微量的甲硫醇和甲硫醚具有強烈的惡臭味。這些危險源幾乎存在于生產(chǎn)車間的每個設備和管線內(nèi)，絕不容許微量物質(zhì)泄露到現(xiàn)場。這就對設備和控制系統(tǒng)提出了極高地要求。
系統(tǒng)具體配置如下表所示。
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重慶紫光1萬噸/年蛋氨酸項目 |
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GE系統(tǒng)配置 |
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