水溶液全循环法尿素装置合成塔压力报警控制系统优化

张淑慧 段国光

(安徽晋煤中能化工股份有限公司安徽临泉236400)

水溶液全循环法尿素装置合成塔压力报警控制系统优化

张淑慧 段国光

(安徽晋煤中能化工股份有限公司安徽临泉236400)

目前，国内水溶液全循环法尿素装置合成塔压力都由合成塔出口压力调节阀开度来控制。尿素岗位DCS操作界面只能监控合成塔压力，不能够实现超压自动控制压缩机、一甲泵及液氨泵的急停，也不能发出区别于其他报警的特殊信号，只能依靠操作人员观察实时数据来进行判断。为此，安徽晋煤中能化工股份有限公司(以下简称中能公司)利用DCS系统的快速处理数据能力并结合用户设定的上限报警参数值，对合成塔压力是否异常和故障类别进行正确判断和处理，保证合成塔的安全稳定运行，并通过操作界面显示的不同颜色指示发出报警信息，实现出现险情时自动启动安全联锁装置的功能。

1 改造的必要性

中能公司水溶液全循环法尿素装置投运以来，装置连续运行周期逐渐延长，运行也较为稳定。由于装置自身设计特点，虽采用DCS集中控制，同时设置了合成塔压力超压报警，但没有安全联锁装置，在紧急情况下不能确保人身和设备安全。中能公司曾多次因合成塔超压造成合成塔塔盖垫泄漏而被迫进行停车泄压处理，对人身和设备安全均构成极大威胁。经认真研究、综合分析，发现影响合成塔压力的因素较多。针对仪表自控部分不足，如调节阀调节滞后、报警形式单一等问题，对其进行改进，以保证合成塔系统所测数据的准确性和及时性，确保合成塔安全稳定运行。

2 改造方案

2.1 控制仪表的改进

(1)针对合成塔压力调节阀(PV-204)阀芯上部有时有结晶现象，导致压力调节阀开关不灵活，工艺负荷调整时，特别是在加量情况下，极易造成合成塔超压的现象，故对压力调节阀阀芯形状进行改变，即由原来的平面改为有一定坡度的斜面，使阀芯上部的液体能自动流下，杜绝了阀门阀芯上部结晶的现象，保证压力调节阀开关灵活。

(2)针对仪表空气带水、气量不够等外界原因造成的气源气压低而致使调节阀不能开启、动作缓慢或仪表空气中断阀门关闭的情况，将仪表空气管管径由Φ6mm改为Φ14mm，保证了气量，确保了调节阀动作及时迅速;为了防止调节阀因仪表空气中断而关闭导致合成塔超压，用手轮对调节阀进行了机械限位，避免了因仪表空气压力异常引发调节阀立即关闭的可能性。

(3)调节阀流量系数的改进。调节阀流量系数过大，调节阀开度就相对变小，会造成调节品质下降，不利于实现自动控制，给稳定生产带来不利因素。为此，与调节阀生产企业技术人员进行沟通，经过理论计算，最终将调节阀流量系数由原24调整为20，调节阀开度由原20%～30%增大至40%～50%，提高了调节品质，有利于合成塔压力的自动调节。

2.2 检测仪表的改进

超温、超压、爆炸三者存在必然的联系，一旦合成塔超温势必会造成压力的升高。合成塔塔顶、塔底温度检测元件原采用热电偶检测方式，由于其校验过程复杂、受环境温度影响较大，给仪表人员校验及判断准确度带来一定难度。为了避免指示有偏差且不易判断测温误差大小等问题，将热电偶检测方式改为热电阻测温检测方式。热电阻本身受环境温度影响较小，且便于仪表人员校验，极易判断温度显示的准确与否，为操作人员提供了准确数据。

2.3 报警形式及方式的改进

因尿素装置仪表检测点较多、报警形式单一，操作人员有时不能及时发现合成塔压力超高，给人身安全构成极大威胁。为此，必须改进报警方式，由原压力高时只是在操作画面上所显示压力实时参数值变红改为整个合成塔颜色变化，即正常状态下合成塔为黄色，变成红色后安全联锁动作。

2.4 超压安全联锁设置

超压安全联锁设置的目的是最大限度地保证人身和设备安全，是为操作人员设置的最后一道安全防线。取合成塔系统压力检测的数据作为安全联锁系统输入值，利用DCS系统自身的资源用程序进行组态，在合成塔压力达到20MPa时即触发第1次报警程序，使画面上合成塔颜色变黄，此时操作人员能及时发现并采取措施控制合成塔压力不再继续上升。如果操作人员未及时发现或无法控制合成塔压力，当合成塔压力将继续上升至22MPa，则触发第2次报警程序，使画面上合成塔颜色变红，同时触发DCS系统开关量输出卡使其触点闭合，并发讯输出使与合成塔相对应的几组继电器相应动作，使压缩机、氨泵、一甲泵跳闸回路接通，各运行设备自动急停，从而确保合成塔安全稳定运行。

3 改进创新点

(1)报警方式的改进打破了DCS系统监控画面常规报警方式，超压时画面上整台合成塔颜色产生变化并发出急促的报警声，可及时提醒操作人员采取相应措施。

(2)DCS系统与电气控制的结合。如果操作人员不能及时控制合成塔压力，在压力继续升高的情况下，合成塔颜色变为红色即危险颜色，安全联锁装置动作，即压缩机、一甲泵、氨泵急停，确保合成塔在安全状态下运行，保证人身和设备安全。

4 改进效果

改进前，合成塔超压造成大盖泄漏2次，因调节阀故障停车1次。3次故障都是因为超压在非常危险的状态下停车，极易发生重大的安全事故，严重时可能会发生爆炸事故，严重超压势必造成合成塔的损伤、缩短其使用寿命。此改进方案在国内同行业应用较少，仪表检测数据准确及时，调节品质大幅提高。此改进方案科学合理、投资少，实施后效果明显，打破了DCS系统监画面常规报警方式，超压安全联锁装置的投用使合成塔在安全条件下运行，保证了人身和设备安全。

2014-04-07)