化工行业储罐自动化改造的方法

乔 鹏

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

1 化工行业储罐自动化改造的背景

加强安全生产，防止职业危害是国家的一项基本政策，是发展社会主义经济的重要条件，是企业管理的一项基本原则，具有重要的意义。

2006 年6 月27 日，全国安全生产标准化技术委员会成立大会暨第一次工作会议在京召开。时任国家安全生产监督管理总局局长李毅中在会上表示，全国安全生产标准化技术委员会的成立，标志着我国安全生产标准化专家队伍初步建立，安全标准工作开始步入正常发展的轨道。

化学工业在各国的国民经济中占有重要地位，是许多国家的基础产业和支柱产业。化学工业的发展速度和规模对社会经济的各个部门有着直接影响。目前，世界化工产品年产值已超过15000 亿美元。由于化学工业门类繁多、工艺复杂、产品多样，生产中排放的污染物种类多、数量大、毒性高，因此，化学工业是污染大户。同时，化工产品在加工、贮存、使用和废弃物处理等各个环节都有可能产生大量有毒物质而影响生态环境、危及人类健康。

鉴于以上种种因素，国家安全生产监督管理总局在2010－09－06 发布了《危险化学品重大源安全监控通用技术规范》(即中华人民共和国安全生产行业标准AQ3035－2010)以及《危险化学品重大危险源 罐区现场安全监控装备设置规范》(即中华人民共和国安全生产行业标准AQ3036－2010)两项行业标准，用以规范危险化学品重大源安全生产标准化建设。

本文将就实际的工程案列(山西省某化工厂液氨储罐自动化改造)结合以上标准讲述化工行业安全生产标准化建设的必要性。

2 储罐改造前现场情况简介

此项目为改造化工厂的液氨储罐。液氨储罐作为存放液态氨的存储压力容器，它为钢厂、医院、气体生产厂、食品饮料行业、化工等行业提供高纯度的所需液体，并降低用气成本，是目前各行业首选的液体储存容器，因此它在众多行业的生产工艺过程中起着非常重要的作用。但是，液氨储罐作为一个压力容器，它内部所储存的介质液态氨是无色液体。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。

现有的液氨储罐为4个，容积分别为6m3、6m3、6m3和30m3。这4个储罐现在分别装有压力表以及磁翻板液位计，但是只有现场查看功能，没有信号远传功能。另外此储罐安装的阀门为液动紧急切断阀，它与远距离手摇油泵配套使用，利用液压控制阀门开启－关闭，以便在管道或储罐上发生大量泄漏甚至起火时，快速手动使手摇油泵卸压，阀门迅速关闭而止漏，起安全保护作用。此操作只能现场操作，不能实现远程控制。鉴于液氨的化学危害性，现有设备有很大的安全隐患，因此，为了减少事故损失，提前发现事故隐患，液氨储罐自动化的改造就显得尤为重要，它不但可以使工作更加精细，而且实时的数据显示更有利于调控及记录。

3 储罐自动化改造的设备选型介绍

3.1 仪表的选择

在AQ3036－2010 标准的第6 章《储罐内安全监控装备的设置》中有对仪表的选择进行详细的阐述。

在这种已经投入生产运营的储罐自控改造过程中，仪表的选择尤为重要。我们优先选用不需要清理罐体就可以安装的仪表。我们选用的仪表分别如下:

(1)温度计

我们采用铂热电阻温度计。变送器选择带4 ～20 mA 输出，并且带数字式显示表头。

(2)压力传感器

根据现场情况，我们选用量程为1.5MPa，带智能HART协议，隔爆，材质为316L的压力传感器。

(3)磁翻板液位计

按照罐体的体积，选择恰当的磁翻板液位计，变送器选择带4 ～20 mA 输出，并且带数字式显示表头。

3.2 阀门选型

为了实现远程控制阀门开闭，我们将原有的液动紧急切断阀改为气动紧急切断阀并配套电磁阀使用。气动紧急切断阀是一种安全保护阀，它与远距离气源配套使用，利用气源控制阀门开启－关闭，以便在管道或储罐上发生大量泄漏甚至起火时，可以手动使气源卸压，阀门迅速关闭而止漏，起安全保护作用。配套使用电磁阀后，我们可以采用电信号实现远程控制阀门的开启－关闭，并且也可以现场手动关闭。

3.3 可燃气体和有毒气体监测报警系统

按照规范要求，并且结合现场实际情况及化学产品的特性，在危险区域设置了11 台探测器。分别为5 台固定式可燃(甲醇)气体探测器，5 台固定式可燃(氨气)气体探测器以及1 台固定式有毒(氯气)气体探测器。

4 储罐自动化改造控制系统设计

4.1 PLC 系统的选择

根据现场情况，统计测控点如下:

(1)液氨储罐A 压力传感器

用途:检测液氨储罐A 压力值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(2)液氨储罐A 温度传感器

用途:检测液氨储罐A 温度值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(3)液氨储罐A 液位传感器

用途:检测液氨储罐A 液位值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(4)液氨储罐B 压力传感器

用途:检测液氨储罐B 压力值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(5)液氨储罐B 温度传感器

用途:检测液氨储罐B 温度值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(6)液氨储罐B 液位传感器

用途:检测液氨储罐B 液位值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(7)液氨储罐C 压力传感器

用途:检测液氨储罐C 压力值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(8)液氨储罐C 温度传感器

用途:检测液氨储罐C 温度值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(9)液氨储罐C 液位传感器

用途:检测液氨储罐C 液位值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(10)液氨储罐D 压力传感器

用途:检测液氨储罐D 压力值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(11)液氨储罐D 温度传感器

用途:检测液氨储罐D 温度值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(12)液氨储罐D 液位传感器

用途:检测液氨储罐D 液位值

信号类型:4 ～20mA 数量:1 AI* 1

(13)液氨储罐A 电磁阀

用途:控制液氨储罐A 紧急切断阀

信号类型:I/O 数量:1 DI* 2 DO* 1

(14)液氨储罐B 电磁阀

用途:控制液氨储罐B 紧急切断阀

信号类型:I/O 数量:1 DI* 2 DO* 1

(15)液氨储罐C 电磁阀

用途:控制液氨储罐C 紧急切断阀

信号类型:I/O 数量:1 DI* 2 DO* 1

(16)液氨储罐D 电磁阀

用途:控制液氨储罐D 紧急切断阀

信号类型:I/O 数量:1 DI* 2 DO* 1

此系统输入信号分为模拟量输入信号及数字量输入信号。模拟量输入信号值为安装于4个储罐上的温度、压力、液位的仪表采样值。仪表采用4 ～10mA 信号输出。数字量输入信号为磁翻板液位计上下限报警值。输出信号为数字量输出信号，作用为输出电信号给电磁阀，用以开启－关闭紧急切断阀。考虑用户成本及现场实际情况，我们选用经济性比较好的S7－200 系统。

S7－200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7－200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7－200 系列具有极高的性价比。

4.2 传输线路的选择

现场仪表信号与控制室距离为200m，由于现场属于防爆区域，因此无法就近安放控制柜，只能将控制柜安置于控制室内。所以，现场只能布置屏蔽电缆使得信号传送至控制室内的控制柜中。

5 储罐自动化改造完毕后系统介绍

此系统改造完毕后，对比改造前可增加以下功能:

(1)系统管理:系统可实现多用户管理、权限管理、参数设置和现场所需要求;

(2)实时监控:新系统可在控制室内控制主机界面显示温度、压力、液位等现场仪表实时模拟量数值;

(3)列表显示:可列表显示模拟量、开关量、报警信息和系统日志等;

(4)数据备份:所有现场信号采集数值都可实现备份，便于操作员随时调取;

(5)报警管理:新系统可在控制室内控制主机界面显示数值超限报警功能，及时发现问题;

(6)设备控制:可通过控制主机人机界面实现现场电控设备的逻辑控制;

(7)报表:可归纳模拟量、开关量、报警信息、操作记录和系统日志等;

(8)打印:可随时打印相关报表信息;

(9)现场操作:当在极端情况下，自控系统出现问题状况下，还可以在罐区实现数据查看及手动关闭紧急切断阀，实现双重保险。

6 结束语

化工行业重大危险源的自动化改造完成后，操作人员可在控制室查看现场仪表情况，及实现自动控制设备开闭。因此可有效地减少人员在重大危险源的停留时间与次数，降低生产事故。在现有的工业生产条件下，从安全生产及降低成本的角度考虑，实现设备的自动化改造是势在必行的一件事情。

［1］苏昆哲.深入浅出西门子Wincc V6［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2004.

［2］吴宗之，关磊，刘骥，等.危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范AQ3035－2010［S］.国家安全生产监督管理总局，2010－09－06.

［3］吴宗之，关磊，魏利军，等.危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范AQ3036－2010［S］.国家安全生产监督管理总局，2010－09－06.