PLC在硫磺回收装置投运与紧急停车系统中的应用（转载）

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PLC在硫磺回收装置投运与紧急停车系统中的应用

作者：黄晓玲 申亚芳

1 前 言　　
　  近年来，随着环保意识的不断提高，硫磺回收装置已成为石油化工行业不可缺少的重要设备。针对加工的进口含硫原油，国内已成功引进了多套硫磺回收装置的工艺及相关技术。著名的克劳斯工艺由于采用了新型的双反应器系统专利技术，使硫磺回收装置在低投资和低的运行成本下可实现99．5%以上的硫回收率。针对此装置的特殊工艺要求，设计并实现高可靠性的、易于操作的装置投运及紧急停车系统是十分关键的。
2 工艺原理及流程简介　　
　　含硫的原油在硫磺回收装置中要经过热反应，催化反应和加氢还原反应进行硫回收。硫磺回收的工艺流程如图2—1所示。
                    

                               
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    自装置外来的酸性气经酸性气分液罐（V3501）分液后，用蒸汽加热，和蒸汽加热的空气进入主燃烧器进行热反应。燃烧后高温过程气经废热锅炉和一级冷凝冷却器冷却，捕集分离液硫后，过程气与主燃烧炉的高温气流掺合进入一级反应器，在催化剂的作用下，发生克劳斯反应，过程气经二级冷凝冷却器冷却，捕集分离液硫后，再与炉内高温气流掺合进入二级反应器，经三级冷凝冷却器冷却，再经捕集器分出液流后至尾气处理部分，液硫经两段脱气后由液硫泵送出装置。
　　自硫磺回收部分来的尾气，进入SCOT燃烧器。该炉前段为还原气发生段，后段为混合段 。还原气与硫磺尾气混合，进入SCOT反应器，在催化剂作用下，发生加氢还原反应，此反应为放热反应。加氢后的气体进入急冷塔下部，用急冷水降温，降温后的尾气进入SCOT吸收塔下部。经吸收后的净化尾气进入焚烧炉燃烧器，进行完全燃烧，焚烧后的尾气经焚烧炉废热锅炉冷却后从烟囱排放。
　　当硫磺回收部分事故状态时，酸性气设专线送火炬顶焚烧；当尾气处理部分事故状态时 ，硫磺尾气管线可通过跨线直接进入焚烧炉焚烧后进入烟囱。
3 安全操作与保护系统硬件构成　
   该系统由PLC核心控制单元，损伤与监视系统和辅助硬件系统构成，如图3-1所示。
                          

                               
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3.1 核心控制单元
　　该系统的核心控制单元采用美国GEFanuc公司的HBR双重热备型PLC，整个系统开工及紧急关断的逻辑软件程序化后固化在PLC中。
　　HBR热备双网系统由GE公司标准PLC硬件加上冗余软件包组成，其基本的硬件包括两个PLC：主PLC和后备PLC。两个PLC分别装于两个5槽机架中，它们运行相同的应用软件。每个机架中还有两个通讯控制模块GBC构成热备A、B双网系统，主PLC和后备PLC相互通讯，并通过Genius网控制远程I／O的状态。当主PLC发生故障时，后备PLC自动接管，对远程I／O状态进行控制；当A网断线时，B网自动接管控制权。图3—2表示了PLC热备双网系统的构成。采用热备双网系统的目的是为了提高控制过程的可靠性，热备双网系统可在不中断过程控制的前提下实现从主机到备机的切换和从A网（主网）到B网（备网）的切换。
                        

                               
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    在正常操作下，主、后备PLC同步操作，通过Genius网相互通讯。每一个PLC在每一个Genius总线扫描周期中向另一个PLC发送特定的内部状态数据，这就保证了由一个PLC到另一个PLC控制权的平滑切换。主PLC和后备PLC通过总线接口模件同时从远程I／O接点接受输入数据，运行应用软件，计算输出结果。后备PLC的各种变量和输出结果总是自动地与主PLC的变量及输出结果进行同步，每一个远程I／O接点独立地选择主后备PLC两者之一的结果进行输出 。如果主PLC发生故障，远程I／O接点将在100 ms之内切换到后备PLC，并保持切换前后输出的状态。
　　在正常情况下，PLC处理器把信息同时传递到主网和备网，当主网断开时，备网自动接替与总线接口模件的通讯，并能平滑切换，即保持切换前后输出的状态不变。
3.2 操作及监视系统
　　操作和监视系统包括硫磺回收装置的监控站及手动操作系统。
3.2.1 工艺参数的监视与设定
　　在上位监控站，通过工艺流程、报警及参数设定几个画面来对工艺参数进行监视与设定 。工艺流程画面包括CLAUS炉，SCOT炉和焚烧炉的工艺流程图，在这些画面中显示出各种参数的数值和棒图，各自保阀、机、泵的ON／OFF状态，并用不同的颜色加以区分，各画面可方便地进行相互切换。报警画面显示出各参数正常／报警状态，参数设定画面是为模拟量输入而设定的画面，它可以设定模拟量联锁报警值。
3.2.2 程序操作
　　在监控站上由程序控制的操作画面包括开工操作和自保操作画面。开工联锁功能是为正确安全开工提供重要的辅助手段，使操作人员按装置操作规程的有关规定和步骤，借助开工联锁功能操作画面提供的手段，强化开工过程的程序性和安全性。自保操作画面的有关操作一方面使各炉的自保联锁投入正常运行，另一方面为整个装置提供安全保护的手段。
3.2.3 手动操作
　　硫磺回收装置的手操系统可实现手动操作、脱机操作、开工和投入自动联锁保护转换操作。手操系统包括CLAUS炉，SCOT炉和焚烧炉的开工转换开关、手动停炉开关、手动总切除开关和输入信号切除开关等。
3.3 辅助硬件系统
　　作为PLC核心控制单元与现场I／O的中间桥梁，辅助硬件系统主要起隔离和驱动的作用。由现场来的输入信号通过接线端子进入输入继电器后，分别送到DCS系统及PLC中，PLC及手操器控制开工和发出紧急停车信号，通过输出继电器带动现场的电磁阀和机电设备，实现开工和自动联锁保护功能。
4 操作程序
4.1 开工操作程序　　
    对于CLAUS炉、SCOT和焚烧炉，它们各自均有严格的开工逻辑及操作程序。CLAUS炉的开工过程包括CLA US炉吹扫程序，点火程序和引入酸性气程序；SCOT炉开工过程包括启动循环喷射器程序、CLAUS炉氮气吹扫程序、点火程序和引入尾气程序；焚烧炉开工操作包括吹扫程序和点火程序。
4.2 自保操作程序
　　自保操作程序由CLAUS炉，SCOT炉和焚烧炉的自保程序组成。自保联锁程序框图参见图4—1。
            

                               
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5 结束语　　

　　采用新型克劳斯技术的硫磺回收装置紧急停车系统以其高可靠性和友好的人机界面受到用户好评。该套紧急停车系统在国内某石油化工总厂硫磺回收装置上投运一年多以来，运行平稳，安全可靠，取得了良好的经济效益。