0.76亿Nm~3/a液化天然气项目中ESD系统设计

论文摘要

随着现代工业生产规模的不断扩大和“以人为本”的思想不断深入人心,对生产装置及人员安全保护的要求也不断提高,紧急停车系统(Emergency Shut Down System,ESD)已经被广泛应用于石油化工、冶金、电力等行业。ESD系统起源于上世纪70年代,早期通过常规仪表和继电器实现紧急停车的联锁逻辑,现在已经发展为以集成电路为核心的技术成熟、安全可靠、完全独立的控制系统。国外许多厂家如美国的TRICONEX、ICS、德国的HIMA、西门子等都开发了自己的ESD系统。ESD系统独立于集散控制系统(Distributed control system,DCS) ,其安全级别高于DCS。在正常情况下,ESD系统对生产过程实时监视,不需要人为干预。当装置出现紧急情况时,不经过DCS,直接由ESD发出联锁保护信号对工艺流程实施联锁保护或紧急停车,使生产装置能够得到及时响应和保护,使其进入一个预定的安全停车状态,将危险降低到可以接受的程度,它已经成为化工自动化的重要组成部分。本文首先叙述了ESD系统的特点,说明在石油化工行业采用ESD系统的必要性。然后比较几种常见的容错及表决方式,探讨了ESD系统的设计方法和原则,介绍国外主要的ESD标准和厂家及其系统。从工艺角度出发,确定需要参与ESD联锁的模拟量和数字量,完成系统的选型和联锁逻辑的设计。应用德国HIMA公司开发的ESD系统——HIMatrix系统,分别从硬件组态、逻辑编程、软件组态和系统调试等方面详细介绍其技术实现。该系统在2009年6月底完成初步设计,12月底进入试车阶段。联动试车运行状况良好,能够实现对生产设备及生产工艺保护的作用。目前,ESD系统已广泛应用于各化工企业的大机组联锁或工艺联锁中,焦炉气综合利用示范项目属于国内首创,该项目ESD系统的成功设计,为同类项目的设计与改造提供参考和指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目背景及意义
• 1.1.1 项目背景
• 1.1.2 项目意义
• 1.2 紧急停车系统
• 1.2.1 紧急停车系统的概念
• 1.2.2 ESD 系统的必要性
• 1.3 课题主要内容及意义
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 课题意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 ESD 系统的特点、标准及可靠性分析
• 2.1 ESD 系统的特点
• 2.1.1 ESD 系统的发展
• 2.1.2 容错性
• 2.1.3 两种故障模式和两个重要指标
• 2.2 几种常见的冗余系统
• 2.2.1 双重冗余系统
• 2.2.2 三重冗余系统
• 2.2.3 三重冗余模块系统
• 2.2.4 四重冗余模块系统
• 2.2.5 表决方法及其与安全性、可用性的关系
• 2.3 ESD 的安全标准
• 2.3.1 安全标准中主要概念介绍
• 2.3.2 ESD 系统的主要安全标准
• 2.4 ESD 系统的设计原则
• 2.5 ESD 系统可靠性分析
• 2.5.1 紧急停车系统的可靠性模型
• 2.5.2 冗余配置时的可靠性模型
• 2.6 ESD 系统工程设计内容
• 2.6.1 可行性研究阶段
• 2.6.2 基础工程设计阶段
• 2.6.3 详细工程设计阶段
• 2.6.4 ESD 系统及安全联锁应用软件组态、生成阶段
• 2.6.5 安装、调试、投运阶段
• 2.7 本章小结
• 第三章 工艺流程及控制要点
• 3.1 净化工艺
• 3.1.1 焦炉煤气预处理
• 3.1.2 焦炉气升压工序
• 3.1.3 有机硫水解及脱汞
• 3.1.4 MDEA 脱硫脱碳
• 3.1.5 干燥脱水
• 3.1.6 纯化
• 3.1.7 膜分离
• 3.2 液化工艺
• 3.3 制气流程
• 3.4 联锁设计方案
• 3.4.1 逻辑图1
• 3.4.2 逻辑图2
• 3.4.3 逻辑图3
• 3.5 ESD 系统方案及系统选型
• 3.5.1 ESD 系统方案
• 3.5.2 系统选型
• 3.6 本章小结
• 第四章 HIMATRIX系统介绍
• 4.1 主要ESD 厂家及其系统
• 4.2 HIMA ESD 系统
• 4.2.1 HIMA 公司介绍
• 4.2.2 HIMA 公司 ESD 系统的发展
• 4.3 HIMATRIX 系统
• 4.3.1 HIMATRIX F35
• 4.3.2 HIMATRIX F2 DO 16 01
• 4.3.3 HIMATRIX F3 DIO 20/8 02
• 4.4 本章小结
• 第五章 仪表的选型与安装
• 5.1 自动化仪表的分类
• 5.2 自动化仪表的主要品质要求
• 5.3 项目仪表选型
• 5.3.1 流量仪表
• 5.3.2 液位仪表
• 5.3.3 压力仪表
• 5.3.4 温度仪表
• 5.3.5 分析器
• 5.3.6 可燃、有毒气体检测、监视器
• 5.3.7 控制阀
• 5.4 仪表安装
• 5.5 仪表问题及解决方案
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统安装与调试
• 6.1 ESD 的安装
• 6.2 系统的调试
• 6.2.1 打点测试
• 6.2.2 无负荷试车
• 6.2.3 负荷试车
• 6.3 经验总结
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录