GE智能平台ESD系统在1万吨/年蛋氨酸项目中的应用

一、概述

　　随着石油化工装置的日趋大型化，工艺过程的不断复杂化，生产过程中发生危险的可能性也呈增大趋势，加之人们对产品的质量、设备、人身、环境的保护等因素的要求使得独立于控制系统的安全联锁显得十分必要，这种专用的安全保护系统就是——ESD紧急停车系统（Emergency Shutdown Device）。ESD适用于高温、高压、易燃、易爆等场合，可以对生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险降低到可以接受的最低程度，以保证人员、设备、生产装置和环境的安全。在讲究高效安全生产的石油化工行业，如今投入ESD系统已是众多企业的选择，并成为保证生产可靠性与安全性，提高经济效益的必要手段之一。

　　重庆紫光蛋氨酸有限责任公司1万吨/年蛋氨酸项目为该公司年产5万吨蛋氨酸项目的一期工程。作为一个典型的精细化工装置，反应温度压力高、易燃易爆且中间产物含剧毒易挥发，此外整个项目工艺流程复杂，中间环节众多，任何一个环节出错均会导致其他环节不能正常工作，甚至前功尽弃，因此要实现整个装置的安全稳定连续生产，这就要求必须配置先进的、高可靠的设备，配置能充分满足石油化工装置及机组的紧急停车和安全联锁的ESD系统。基于此考虑，其选用了GE智能平台公司的90-70 GMR表决系统。GMR（Genius Modular Redundancy）控制系统是基于GE 智能平台公司的90-70 PLC以及先进的智能化输入/输出模块（Genius I/O）构成的三重化表决控制系统。

二、GMR系统结构

1、系统配置的选用

重庆紫光蛋氨酸项目的现场条件恶劣，系统要求较高。要求系统的冗余原则为： a. 系统应具有完备的冗余和容错技术，包括设备冗余和工作性能冗余。 b. 各级网络通讯设备、部件和总线三重冗余。 c. 控制站处理器等功能卡冗余。 d. 所有电源设备和部件冗余。 e. 对要求冗余配置的I/O卡三重冗余。

要求系统的可用性为： a.系统的可用率应不低于99.99%。 b.系统的设计应是故障安全型的，系统内发生故障时，应能按照故障安全的方式停机。 c.系统必须具有完善的硬件、软件故障诊断及自诊断功能，自动记录故障报警并能提示维护人员进行维护。 d.冗余设备具备在线自诊断，排错报警，无差错切换功能。 e.系统的各种插卡应支持热插拔。

　　基于以上冗余原则及可用性的考虑，选用GMR系统中的双重化配置，系统包含两个独立的90-70PLC以及运行在每个单独系统中的诊断程序，每个PLC上各配置了3个总线控制器。通过三选二的表决，系统为用户提供了高可靠性和无误差操作。还包含了输入子系统及输出子系统。输入输出子系统由智能的、可组态的Genius I/O模块组成，每个模块都有微处理器并提供通讯诊断功能，同时对输出和输入通道有电子保护功能，而且模拟量、开关量等所有模块都可以用在同一总线中。传感器信号被引入到隔离的Genius输入模块，设置在独立机架中，各自独立的CPU从每条Genius总线上接受这些输入信号并对这些信号进行表决，然后，两个CPU中的每一个CPU通过三重化的Genius I/O总线将逻辑状态结果送至输出子系统，Genius输出模块对三重化的输出数据进行表决，然后送至负载。

2、工艺简介和系统规模

　　重庆紫光蛋氨酸项目根据工艺划分为七个单元，一单元是用甲烷和硫磺在高温下反应生成二硫化碳和硫化氢，将反应生成的二硫化碳和硫化氢经分离后，获得纯净的二硫化碳和硫化氢，其中二硫化碳作为产品送入贮罐，硫化氢送入三单元与甲醇在催化剂、一定温度和压力下反应生成甲硫醇和甲硫醚，经精馏纯化后，甲硫醚继续与硫化氢反应生成甲硫醇，而纯净的甲硫醇送入二单元与丙烯醛反应制取甲硫基代丙醛。其中丙烯醛是通过丙烯和空气在催化剂作用下经过分离纯化制取的。甲硫醇与丙烯醛反应制得甲硫基代丙醛，在四单元分离后，纯甲硫基代丙醛与五单元的氰化钠、氨水和二氧化碳反应生成海因，经水解后，送入六单元中和、结晶、过滤、干燥和包装制得纯品蛋氨酸。六单元产生的硫酸钠副产品溶液送入七单元进行纯化制得硫酸钠副产品。

　　本项目ESD主要作用在二和三单元，二单元的丙烯与空气反应是强放热反应，并且反应原料之间的爆炸极限范围宽，而原料的配比要在反应过程中一定要越过爆炸曲线，必须避免原料配比在爆炸曲线区域内进行。另外生成的产物丙烯醛也是重要危险品，具有强烈催泪作用，曾经还用于战争作为化学武器，泄露后其危险性极大，会造成严重的社会影响。三单元是用剧毒硫化氢纯品和甲醇反应制取甲硫醇，反应的压力和温度较高，同时会产生副产物甲硫醚，以上三种物品均为重要的危险源，高浓度的硫化氢会使人闪电性死亡，微量的甲硫醇和甲硫醚具有强烈的恶臭味。这些危险源几乎存在于生产车间的每个设备和管线内，绝不容许微量物质泄露到现场。这就对设备和控制系统提出了极高地要求。

系统具体配置如下表所示。