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沈阳爱科森科技有限公司
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自动化技术 石化行业的安全保障

  福建炼油乙烯一体化项目位于中国东南沿海的福建省泉州市泉港区,总占地面积约480公顷。它是目前我国第一个炼油、化工和成品油营销全面一体化的中外合资项目,也是至今为止一次性整体规划、一次性设计、一次性施工建设、一次性投产成功、实施投资最大的炼油乙烯一体化项目,创新地采用了集成自动化系统和MICC项目执行策略。

  北京康吉森作为MICC的重要组成成员,参与了项目集成自动化系统的实现,承担了项目ITCC/SIS/FGS安全与关键系统一体化工程,与其它单位一起实现了整个工程项目MICC的顺利完成, 取得了良好的应用效果和工程效益。ITCC/SIS/FGS是项目MICC中重要的组成部分之一,承担了项目所有装置的安全控制和所有大型旋转设备的控制任务。ITCC/SIS/FGS安全与关键系统全厂一体化的成功实现为项目各装置顺利开车提供了安全保证,为一体化项目管理提供了系统平台,为实现不同工艺、不同装置、不同设备、不同EPC条件下实现ITCC/SIS/FGS安全与关键系统全厂一体化提供了典范。

  三大系统 关键保障

  参考国外石油化工智能化生产技术现状与发展趋势,借鉴国内外著名石油化工企业(如BP-Amoco、Exxon-Mobil、Shell Oil、上海赛科乙烯、南海壳牌乙烯、扬巴一体化乙烯等)的全厂智能化总体解决方案和实际应用情况,福建炼油乙烯一体化项目的全厂智能化总体解决方案采用自动控制和信息管理系统集成的“管控一体化”方案。整个系统分为三层,即生产操作控制层(PCS)、生产运行管理层(MES)和生产经营管理层(ERP)。

  以过程控制系统(PCS)为代表的生产操作控制层,又称为基础自动化层。主要包括:分散控制系统/现场总线控制系统(DCS/FCS)、安全仪表系统(SIS)、火灾及气体检测系统(FGS)、储运自动化系统(MAS)、压缩机组控制系统(CCS)、大型机组状态监测系统(MMS)、设备包控制系统(PLC)、在线分析仪系统(PAS)、仪表设备管理系统(AMS)、操作员培训仿真系统(OTS)、过程控制计算机系统(PCCS)(实施先进控制APC和实时优化RTO等)及实时数据库(RTDB)等系统,其核心是DCS/FCS系统。

  生产操作控制层能实时监控生产操作、原料及产品储运、公用工程和产品质量等全过程。并且使生产操作安全、可靠、稳定、长周期及满负荷运行。

  安全仪表系统(SIS)

  根据各工艺装置不同的特点,装置重要的联锁保护、紧急停车系统及关键设备联锁保护都设置成自动联锁,统一采用安全仪表系统(SIS)

  根据国内外设计规范,SIS设置独立的控制器,以确保人员及生产装置、重要机组和关键设备的安全。SIS按事故安全型设置,采用双重或三重冗余、容错系统。

  自动联锁保护系统分为两部分:装置联锁保护系统和机组设备的联锁保护系统。原则上在同一设置内,设一套SIS系统。我们建议全公司采用同一型号的SIS系统,以减少今后的维护工作量和维护成本。

  为了尽可能避免联锁事故的发生,设置予报警、报警信息,按程度分为3种优先级别,并配3种不同音调加以区分。

  与DCS/FCS的设计方式相同,将SIS控制器或远程I/O机架安装在现场机柜室内,通过光缆接入中央控制室(CCR)操作站。根据需要在较远的现场机柜室适当设置辅助操作台,用于就地监控、机组试车和装置开停工时使用。

  保证自控系统正常运行的主要安全技术措施如下:

  (1)现场仪表及控制系统均选用先进可靠的产品。DCS控制器、电源单元、通信网络、控制类I/O卡等都采用冗余配置;

  (2)联锁保护系统及机组控制系统采用三重化或双重化的冗余、容错系统重要的联锁系统检测元件或输入信号按冗余方式设置。SIS检测元件和执行机构按事故安全型设置,即SIS故障或一旦能源中断,执行机构的最终位置应能确保工艺过程和设备处于安全状态;

  (3)SIS设置事件序列记录站,用于记录设备状态和连锁事件,以便事故原因的追溯;

  (4)自动控制系统设置独立的冗余的UPS电源,其供电安全、接地保护等问题在设计时应引起足够的重视;

  (5)操作站与机柜采用冗余的通讯电缆或电缆连接,室外光缆通过不同的路径敷设,以确保通信的安全;

  (6)为减少局域网对生产过程控制系统的干扰,建设公司控制网络,独立于公司的管理信息网。通过网络物理隔离设备(与防火墙不同。防火墙在受攻击成功后使两网畅通,物理隔离设备在受攻击成功后使两网隔离)与管理信息网连接。决不允许在两网信息互交时,因病毒、黑客或用户通过管理信息网侵害控制网,提高控制网络的可靠性,保证生产控制系统的安全运行;

  (7)FREP现场处于高雷区,对DCS/FCS、SIS、FGS、CCS/ITCC、PLC等主要系统需充分考虑防雷措施,确保过程控制系统及仪表安全。

  安全仪表系统(SIS)安装在中央控制室(CCR)和现场控制机柜室(FAR)里。安全仪表系统(SIS)的设计必须满足根据IEC61508/IEC61511所定义的安全度等级(SIL)。

  安全仪表系统(SIS)独立于DCS系统和其它子系统单独设置,采用故障安全型设计,确保装置的安全性和可靠性。

  安全仪表系统(SIS)采用经TUV/IEC安全认证的三重化(TMR)可编程序控制器(PLC)完成各工艺装置的紧急停车和紧急泄压。SIS应具有SOE功能。

  紧急停车信号通过冗余MODBUS-RTU通信接口连接到DCS。所有的过程报警、旁路、复位等信号能在DCS操作站上显示。

  火灾及气体检测系统(FGS)

  火灾及气体检测系统(简称FGS)包括各工艺装置、公用工程、油品储运的可燃气体、有毒气体和火灾检测系统,以及建筑物的火灾检测系统。FGS系统与过程和设备的安全仪表系统(SIS)相独立。

  根据目前国内外有关规程,FGS可以单独设置,也可以采用独立的火灾报警系统(FGS)。建议在炼油、化工及其灌区等爆炸危险场所采用FGS系统,其他公用工程与中央控制室(CCR)、总变电所、中心化验室等建筑物采用FAS。FGS通过光缆与在中央控制室(CCR)的监控站进行通信。在中央控制室(CCR)内设置一个独立的控制站(与DCS的操作站相同)用于FGS系统,并有独立的顺序记录。设置报警指示灯和控制开关。全厂可燃气、有毒气及火灾报警系统控制器安装在各现场机柜室内。FGS系统与DCS/FCS系统通信,同时与自动灭火等系统实现数据联网,通过公司管理信息网提供消防队、环安等部门监控。全公司的FGS系统需要统一型号。

  火灾及气体检测系统(FGS)独立于DCS系统、SIS系统和其它子系统单独设置。采用TUV/IEC安全认证的三重化(TMR)可编程控制器(PLC),接受来自现场(包括装置区、灌区等场所)的火灾、可燃气体、有毒气体探测器的信号及手动报警信号,启动警报系统并产生消防联动和装置的紧急停车,同时将经过确认的火警信号传送到全厂消防控制中心。FGS应具有SOE功能。FGS系统与DCS系统可实现实时数据通信,在DCS系统操作站上显示报警及打印。

  机组控制系统(ITCC/CCS)

  大型机组控制系统由两部分组成:压缩机组控制系统(CCS,又称ITCC)和大型机组状态监测系统(MMS)。它们是独立的控制系统。

  压缩机组控制系统(CCS/ITCC)CCS/ITCC系统用于压缩机的防喘振调节和连锁保护。CCS/ITCC系统根据工艺过程的要求,使压缩机系统在最小流量喘振曲线下维持压缩机最佳的性能和功效。

  CCS/ITCC系统采用三重化或双重化的冗余、容错系统。重要的联锁系统控制元件,或输入信息按三取二的方式设置。

  CCS/ITCC系统的硬件设置在现场机柜室(FAR)中。防喘振调节的特殊、高速的电子设备完成,并存储工艺气体补偿的喘振模型曲线。

  大型机组状态监测系统(MMS)MMS系统用于透平机、压缩机和泵等主要转动设备参数的在线监控,对转动设备的性能进行分析和诊断,支持转动设备的故障预维护。重要运行参数(轴振动、轴位移、转速等)直接传动到MMS系统,操作人员在管理站上直接读取转动设备运行参数,在线诊断分析结果。

  MMS系统数据处理器设在现场机柜室(FAR),服务器和管理站设在中央控制室(CCR)。各现场机柜室(FAR)之间及中央控制室(CCR)的MMS系统通过双重冗余的光纤电缆进行数据通信,构成MMS系统局域网。MMS系统的信息数据采用通信方式传送至DCS/FCS系统。用于连锁保护的数据,通过硬接线方式传送至SIS系统,通过局域网供管理层分析处理,为预防性维修提供依据。

  大型机组控制系统由于机组制造商不同,相应的控制系统配置、型号均不相同,因此尤其要统一仪表及控制系统型号,减少今后的维护工作。

  大型机组(如:裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、二元制冷压缩机、甲烷膨胀/压缩机等)的控制系统由两部分组成:透平/压缩机组综合控制系统(ITCC/CCS)和转动设备在线检测系统(MMS)。机组控制系统是独立于DCS的控制系统。其它机组和设备包(如:循环气压缩机、尾气压缩机、空压机、氢压机、氮压机、急冷油泵、急冷水泵、冷冻机、干燥器、挤压造粒机及风送系统等)的控制系统一般采用PLC或DCS。

  ITCC/CCS系统用于透平/压缩机组的调速、防喘振控制、负荷控制和联锁保护。ITCC系统根据工艺过程的控制要求,使压缩机系统在最小流量喘振曲线下维持压缩机最佳的性能和功效。

  ITCC/CCS系统采用三重化(TMR)或双重化的冗余、容错系统。重要的联锁系统输入传感器按三取二的方式设置。ITCC系统应具有SOE功能。

  机组状态监测系统(MMS)

  MMS系统用于透平/压缩机和高速泵等主要转动设备参数的在线监控,对转动设备的性能进行分析和诊断,支持转动设备的故障预维护和资产管理。重要运行参数(轴振动、轴位移、转速等)直接传送到MMS系统,操作人员在管理转上直接读取转动设备运行参数,在线诊断分析结果。

  MMS系统包含本特利3500机架和System 1 两部分。

  ITCC和MMS系统应能与DCS系统进行实时通信。

  由于控制系统运行稳定、操作灵活,安全保护系统安全、可靠,其它系统(OTS、RTDB、MES、ERP等)均已在线运行,自动化系统及信息管理系统集成度高,保证了大型炼油乙烯一体化工厂能够“安全、稳定、长周期、满负荷、产品质量优良”地生产,创造了良好的经济效益。据粗略统计,该项目每年为工厂创造的直接经济效益达1.068亿元以上。

  创新突出 赢得好评

  从上面详细的系统描述中,我们就可以想象出福建炼化一体化项目的复杂程度,正如康吉森福建炼化一体化项目负责人陈光所说:“福建炼化一体化项目是迄今投产的最大规模的中外合资大型炼油化工一体化建设项目,同时建设的装置数量和复杂程度、涉及的旋转设备数量和类型都创造了国内石化行业建设项目的纪录。项目要在不同工艺、不同装置、不同设备、不同EPC、长期建设条件下,实现ITCC/SIS/FGS安全与关键系统全厂一体化,对供应商的产品性能、应用适应性、技术服务能力、项目管理能力、工程执行能力、现场服务能力、售后服务能力、商务执行能力、财务支持能力、人力资源管理能力等都提出了史无前例的挑战。”

  这个项目的成功标志着我国石化项目建设管理水平达到了国际先进水平。福建炼化一体化项目实现了国内第一个炼化一体化建设、国内第一个IGCC、大规模现场总线应用、全集成自动化、MICC等多项工艺技术、产品技术、项目管理等方面的创新。

  值得一提的是,福建炼化一体化项目是中外合资大型炼油化工一体化建设项目,项目的主要特点除了项目规模大、装置数量多、工艺复杂之外,更重要的是该项目还采用了全新的以国内人员为主的OWNER+PMC+IPMT+EPC+MICC的管理模式。每个团队都是多个单位甚至多个国家的人员组成。

  虽然面对空前的挑战,但是北京康吉森自动化设备技术有限责任公司却凭借一流的技术实力,认真负责的工作态度赢得了客户的高度评价。福建炼化项目负责人李伟玲说:“福建炼化一体化项目投产至今,无一例因为ITCC/SIS/FGS产品故障导致的停工, I/O卡件故障率很低,这一点远远超出了最初的要求。其工程质量、稳定性、可靠性值得赞许,不仅减少了维护风险,同时也使得系统后期维护成本降低。”李伟玲还告诉记者,康吉森在福炼现场常年驻扎一个维护工程师,对系统定期巡检,定期汇报,采集信息后对系统进行分析,对于有故障的系统提出解决方案,在保证系统安全的情况,在线进行处理。同时,康吉森的售后服务团队及时有效的支持与沟通,对我们帮助非常大。

  福建炼化一体化项目的控制系统运行稳定、操作灵活;安全保护系统安全、可靠,智能化仪表预测诊断先进,大大降低了事故排放及能耗,满足了健康、安全、环保与节能减排的社会需求。该开发项目的成功实施,对于大型炼油化工一体化工厂的工程设计有很好的示范作用。据悉,该项目的技术规定经过二次开发已经成为中国石化集团公司企业标准系列的“中国石化炼化工程建设标准。同时,该项目开发的大量技术文件、应用软件及模板已广泛被借鉴应用到惠州大炼油、天津炼油乙烯、镇海乙烯、武汉乙烯等大型炼油乙烯项目上,取得了很好的效果,推广前景广阔。

 

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