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摘要：石油化工属流程工业，具有高温、高压，易燃、易爆等特征，在生产中具有极高的危险性，因此实现生产装置的安全、稳定、高效运行不仅是提高效益的关键，而且对生产人员、生产设备，以及整个社区安全都十分重要。
关键词：石油化工 乙烯ESD 控制系统
1 乙烯ESD系统部分的设计原则
1.1 为确保装置安全，稳定，可靠地运行，提高系统的运算速度，在扩建的新区设计中采用两套ESD系统分别控制两个重要的区域，一套用于控制裂解炉区，急冷区，压缩区，加氢区和公用工程区，另一套用于冷区和热区。
1.2 中央控制室(CCR)在原有控制室内进行扩容，DCS在原有系统的基础上进行扩容，US操作站与原系统保持统一.ESD系统主机安装在新机柜(NRR)间，装在DCS辅操台上的按钮，开关，报警灯的控制采用远程控制站(RXM)控制，远程控制站设在CCR，CCR和NRR之间的通信由三冗余的光缆构成。
1.3 为提高程序的扫描速率，ESD系统内部未设计第一事故报警程序，区分第一事故的设备选用美国Ronan公司的分体式报警器，报警器的灯屏部分安装在辅助操作台上，作为操作人员的一种人机界面，控制部分安装在机柜间。
1.4 本着安全高于控制的原则，所有关键联锁检测点采用先进ESD系统，再通过SMM(安全管理器模件)与DCS中的UCN(万能控制网络)通信，实现在US(通用操作站)上的数据显示。
1.5 新区和老区分别设计SOE(事故顺序记录仪)站，两套ESD系统共设有4个SOE站，各站间用以太网(Enternet)相连。
2 现场仪表的设计原则
2.1 SIS控制部分采用了SIL3级标准(SIL为美国ISA-S84.01标准要求的安全等级)，SIL3级ESD部分的检测仪表一律采用2oo3(3选2表决)的方式检测.如塔压和循环水的测量都采用3台变送器同时测量，电网电压采用3个电压检测器同时测量，压缩机轴位移采用3个探头和趋近器同时监测等。3个检测点的信号分别送入3个不同的三重化输入模块(TMR)，由主处理器执行3选2表决运算。
2.2 控制裂解炉，透平泵的联锁和其他一些常规联锁则采用单台检测仪表，信号被送入TMR型输入模块。
2.3 SIL3级紧急停车部分用于控制切断阀门的电磁阀一律采用2个串联方式设置，以防止某一个电磁阀失效而造成联锁动作失效；切断阀上应设置阀位变送器，将阀位的准确状态及时反馈给控制室。
2.4 输入ESD的测量仪表均独立设置，不与控制回路合用，无需分配器分配。
2.5 所有重要的切断阀要求独立设置，切断阀均采用密封等级高的球阀，阀位开关信号由限位开关发出并传送入DCS指示。
3 ESD系统的基本结构和技术特点
3.1 基本结构 根据乙烯工艺SIL3级的要求，选用的ESD系统必须具有TüV的AK6级认证(TüV认证是德国莱茵技术认证机构，该机构专门对电子产品的安全性进行认证，对安全型控制系统的认证具有最高权威性，TüV的AK6级标准对应于IEC和ISA安全标准的3级).经过技术交流和商务投标，最后美国Triconex公司的TRICON系统中标.该公司是较早生产ESD的专业公司，主要生产表决型安全系统，该系统中所有软硬件都通过了TüV的AK6级认证。TRICON系统是一套从主处理器到输入，输出模件完全三重化的容错控制系统。
3.2 主处理器的组成和硬件性能 TRICON系统有3个主处理器(MP)，用来控制系统的3个隔离的分电路，主处理器(3006)内含一个主CPU，一个通信CPU，一个I/O通信CPU。每个MP内有一个专用的I/O通信(IOP)，管理MP和I/O模件间的数据交换；另一个通信CPU(IOC)管理MP和通信模件间的数据交换.在每个输入模件采集数据的同时，新的输入数据通过I/O总线相应分电路传送到MP，存入输入表，通过专用TRIBus传送到相邻主处理器中，在传送的同时进行硬件表决出一个正确的输入值作为MP的输入，送到应用程序中(DI点采取三取二的方式，AI点采取取中值的方式).CPU记录下识别到的错误，在扫描的末期用容错程序进行错误分析以判断是否为卡件故障。
4 系统配置及网络结构
4.1 系统配置 乙烯装置的控制区域有裂解炉区，急冷区，压缩区，热区，冷区，汽油加氢区，包含设备有4台100kt/a裂解炉，压缩机，反应器，精馏塔等，接入ESD系统的数据类型有DI，DO，AI.由于I/O点众多，数据类型复杂，为确保系统的可靠性和运算速度，设计上应用两套TRICON V9系统构成整个装置的ESD控制.考虑到控制机柜间和中央控制室距离比较远(相距800m)，如将所有的操作开关及灯屏信号用信号电缆接入控制室，势必增大投资费用，为此充分利用了TRICON V9系统的远程扩展功能，将在中央控制室的操作信号接入远程机架，再利用光纤将其与在远方的主机架连接，实现远程通信.因为远程机架的连接也是三重化的，并且每个机架都采用了双路光纤进行通信，所以保证了信号的可靠性，并大大缩短了施工时间.另外，整个ESD大部分槽位都有热备卡，这样，可确保系统的可靠性。
4.2 软件编制 乙烯ESD编程软件是Tristation 1131，利用1131可进行系统组态，系统诊断 及应用软件编制。此软件在Windows NT操作系统下运行，它有3种编程语言: 功能块图，梯形图，结构语言。其中功能块图直接，易读。1131除自身带有大量常用的功能块外，还允许用户根据需要编制功能块，方便重复使用。在乙烯装置中是利用功能块图进行编程，SYS1和SYS2的应用程序分别为Program1.PT2和Program2.PT2。在Program1.PT2中编写了2oo3表决功能块，模拟量输入处理， 偏差报警等功能块，并输出至用户功能库ETHYLENE.LT2，在Program2.PT2中调用。在两个程序中均设3个SOE块，所有DI点和内存点都可用SOE记录下来，Program1.PT2和Program2.PT2的扫描时间分别为90ms，120ms。
4.3 现场仪表部分的ESD实现 根据TEC的要求，SIL3级的联锁切断阀采用调节阀与切断阀合二为一的方法，ESD的控制信号控制电磁阀的动作，DCS控制阀门的开度。阀门定位器采用具有位置检测功能的Fisher DVC6000系列，阀位信号通过Moore公司的SPART检测出来。SPART是一种Hart信号检测器，它从智能阀门定位器中读出HART信号，然后转换为4～20mA标准化信号输出到DCS显示；DCS系统再将此信号与该点的OP(输出信号)比较，当偏差大于*1%时系统发出报警。
在ASCO电磁阀和Fisher智能定位器相配合使用时，应注意电磁阀的CV(流通能力)值必须大于0.49，否则阀门定位器会引起振荡，从而使调节阀振荡。
用压力变送器代替压力开关，有利于信号在DCS上显示，同时防止压力开关出现动作不灵的弊病。
乙烯扩建装置建成投产以来，ESD系统运行十分稳定。分离塔系统实现了SIS控制，装置的安全可靠性得到大大提高；但发生停车的概率提高了，停车的面积也扩大了，这也就降低了系统的可用性，这是一对矛盾.在专利商的要求下，SIS系统已经投用，由于此种技术在国内尚属首次使用，如何处理好可靠性与可用性之间的关系，还要作深入的探讨，研究。乙烯装置ESD系统的设计是一项十分复杂的系统工程，必须遵循的最主要原则就是要建立统一的设计标准，使用有成熟经验的产品，确保系统安全可靠；在系统设计中要充分吸取以往工作中的经验和教训，结合工艺特点，并将此深刻地融化到设计中去，对于SIS系统的使用状况还要在投用后进行及时完善。
关键词：石油化工 乙烯ESD 控制系统
1 乙烯ESD系统部分的设计原则
1.1 为确保装置安全，稳定，可靠地运行，提高系统的运算速度，在扩建的新区设计中采用两套ESD系统分别控制两个重要的区域，一套用于控制裂解炉区，急冷区，压缩区，加氢区和公用工程区，另一套用于冷区和热区。
1.2 中央控制室(CCR)在原有控制室内进行扩容，DCS在原有系统的基础上进行扩容，US操作站与原系统保持统一.ESD系统主机安装在新机柜(NRR)间，装在DCS辅操台上的按钮，开关，报警灯的控制采用远程控制站(RXM)控制，远程控制站设在CCR，CCR和NRR之间的通信由三冗余的光缆构成。
1.3 为提高程序的扫描速率，ESD系统内部未设计第一事故报警程序，区分第一事故的设备选用美国Ronan公司的分体式报警器，报警器的灯屏部分安装在辅助操作台上，作为操作人员的一种人机界面，控制部分安装在机柜间。
1.4 本着安全高于控制的原则，所有关键联锁检测点采用先进ESD系统，再通过SMM(安全管理器模件)与DCS中的UCN(万能控制网络)通信，实现在US(通用操作站)上的数据显示。
1.5 新区和老区分别设计SOE(事故顺序记录仪)站，两套ESD系统共设有4个SOE站，各站间用以太网(Enternet)相连。
2 现场仪表的设计原则
2.1 SIS控制部分采用了SIL3级标准(SIL为美国ISA-S84.01标准要求的安全等级)，SIL3级ESD部分的检测仪表一律采用2oo3(3选2表决)的方式检测.如塔压和循环水的测量都采用3台变送器同时测量，电网电压采用3个电压检测器同时测量，压缩机轴位移采用3个探头和趋近器同时监测等。3个检测点的信号分别送入3个不同的三重化输入模块(TMR)，由主处理器执行3选2表决运算。
2.2 控制裂解炉，透平泵的联锁和其他一些常规联锁则采用单台检测仪表，信号被送入TMR型输入模块。
2.3 SIL3级紧急停车部分用于控制切断阀门的电磁阀一律采用2个串联方式设置，以防止某一个电磁阀失效而造成联锁动作失效；切断阀上应设置阀位变送器，将阀位的准确状态及时反馈给控制室。
2.4 输入ESD的测量仪表均独立设置，不与控制回路合用，无需分配器分配。
2.5 所有重要的切断阀要求独立设置，切断阀均采用密封等级高的球阀，阀位开关信号由限位开关发出并传送入DCS指示。
3 ESD系统的基本结构和技术特点
3.1 基本结构 根据乙烯工艺SIL3级的要求，选用的ESD系统必须具有TüV的AK6级认证(TüV认证是德国莱茵技术认证机构，该机构专门对电子产品的安全性进行认证，对安全型控制系统的认证具有最高权威性，TüV的AK6级标准对应于IEC和ISA安全标准的3级).经过技术交流和商务投标，最后美国Triconex公司的TRICON系统中标.该公司是较早生产ESD的专业公司，主要生产表决型安全系统，该系统中所有软硬件都通过了TüV的AK6级认证。TRICON系统是一套从主处理器到输入，输出模件完全三重化的容错控制系统。
3.2 主处理器的组成和硬件性能 TRICON系统有3个主处理器(MP)，用来控制系统的3个隔离的分电路，主处理器(3006)内含一个主CPU，一个通信CPU，一个I/O通信CPU。每个MP内有一个专用的I/O通信(IOP)，管理MP和I/O模件间的数据交换；另一个通信CPU(IOC)管理MP和通信模件间的数据交换.在每个输入模件采集数据的同时，新的输入数据通过I/O总线相应分电路传送到MP，存入输入表，通过专用TRIBus传送到相邻主处理器中，在传送的同时进行硬件表决出一个正确的输入值作为MP的输入，送到应用程序中(DI点采取三取二的方式，AI点采取取中值的方式).CPU记录下识别到的错误，在扫描的末期用容错程序进行错误分析以判断是否为卡件故障。
4 系统配置及网络结构
4.1 系统配置 乙烯装置的控制区域有裂解炉区，急冷区，压缩区，热区，冷区，汽油加氢区，包含设备有4台100kt/a裂解炉，压缩机，反应器，精馏塔等，接入ESD系统的数据类型有DI，DO，AI.由于I/O点众多，数据类型复杂，为确保系统的可靠性和运算速度，设计上应用两套TRICON V9系统构成整个装置的ESD控制.考虑到控制机柜间和中央控制室距离比较远(相距800m)，如将所有的操作开关及灯屏信号用信号电缆接入控制室，势必增大投资费用，为此充分利用了TRICON V9系统的远程扩展功能，将在中央控制室的操作信号接入远程机架，再利用光纤将其与在远方的主机架连接，实现远程通信.因为远程机架的连接也是三重化的，并且每个机架都采用了双路光纤进行通信，所以保证了信号的可靠性，并大大缩短了施工时间.另外，整个ESD大部分槽位都有热备卡，这样，可确保系统的可靠性。
4.2 软件编制 乙烯ESD编程软件是Tristation 1131，利用1131可进行系统组态，系统诊断 及应用软件编制。此软件在Windows NT操作系统下运行，它有3种编程语言: 功能块图，梯形图，结构语言。其中功能块图直接，易读。1131除自身带有大量常用的功能块外，还允许用户根据需要编制功能块，方便重复使用。在乙烯装置中是利用功能块图进行编程，SYS1和SYS2的应用程序分别为Program1.PT2和Program2.PT2。在Program1.PT2中编写了2oo3表决功能块，模拟量输入处理， 偏差报警等功能块，并输出至用户功能库ETHYLENE.LT2，在Program2.PT2中调用。在两个程序中均设3个SOE块，所有DI点和内存点都可用SOE记录下来，Program1.PT2和Program2.PT2的扫描时间分别为90ms，120ms。
4.3 现场仪表部分的ESD实现 根据TEC的要求，SIL3级的联锁切断阀采用调节阀与切断阀合二为一的方法，ESD的控制信号控制电磁阀的动作，DCS控制阀门的开度。阀门定位器采用具有位置检测功能的Fisher DVC6000系列，阀位信号通过Moore公司的SPART检测出来。SPART是一种Hart信号检测器，它从智能阀门定位器中读出HART信号，然后转换为4～20mA标准化信号输出到DCS显示；DCS系统再将此信号与该点的OP(输出信号)比较，当偏差大于*1%时系统发出报警。
在ASCO电磁阀和Fisher智能定位器相配合使用时，应注意电磁阀的CV(流通能力)值必须大于0.49，否则阀门定位器会引起振荡，从而使调节阀振荡。
用压力变送器代替压力开关，有利于信号在DCS上显示，同时防止压力开关出现动作不灵的弊病。
乙烯扩建装置建成投产以来，ESD系统运行十分稳定。分离塔系统实现了SIS控制，装置的安全可靠性得到大大提高；但发生停车的概率提高了，停车的面积也扩大了，这也就降低了系统的可用性，这是一对矛盾.在专利商的要求下，SIS系统已经投用，由于此种技术在国内尚属首次使用，如何处理好可靠性与可用性之间的关系，还要作深入的探讨，研究。乙烯装置ESD系统的设计是一项十分复杂的系统工程，必须遵循的最主要原则就是要建立统一的设计标准，使用有成熟经验的产品，确保系统安全可靠；在系统设计中要充分吸取以往工作中的经验和教训，结合工艺特点，并将此深刻地融化到设计中去，对于SIS系统的使用状况还要在投用后进行及时完善。