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新聞詳情
安全儀表系統(tǒng)在加壓釜的使用規(guī)則來源：上海自儀股份作者：上海儀表廠
[描?述〕： 上海金山區(qū)冶煉廠使用安全儀表系統(tǒng)對氧壓浸出工藝里的加壓釜進行監(jiān)控和保護。介紹了該廠安全儀表系統(tǒng)的主要特點.系統(tǒng)配置和主要控制邏輯，并對安全儀表系統(tǒng)的使用狀況做出說明。 1、氧壓浸出工藝簡介 氧壓浸出工藝過程分為物料準備、壓力浸出、閃蒸、回收等工序。加壓釜一般采用鋼基體內(nèi)襯耐酸耐溫磚的結(jié)構(gòu)形式，在鋼基體與磚之間有厚膜做隔離保護川。加壓釜內(nèi)用隔板隔成4個隔室，每個隔室內(nèi)配有攪拌器。 礦漿從非常好隔倉進人后連續(xù)溢流至各隔倉內(nèi)，在高溫高壓條件下，礦漿與酸液、蒸汽、空氣或氧氣等在攪拌作用下，發(fā)生一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)。氧壓浸出技術(shù)除了處理鋅精礦之外，國內(nèi)外也陸續(xù)用來提取Ni、Co、Mo、Cu和貴金屬。 該工藝技術(shù)相比其他技術(shù)有如下特點:(1)金屬回收率高、有價金屬綜合回收好，非常終資源得到非常大化利用。(2)設(shè)備簡單、工藝流程短。(3)屬于環(huán)保型清潔生產(chǎn)工藝，符合國家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的宗旨，符合節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)政策。 2、加壓釜工藝控制現(xiàn)狀 加壓釜的設(shè)計、制造及使用的技術(shù)性很強，是要求在工作狀態(tài)下工藝、設(shè)備、儀表聯(lián)鎖集散控制等多學(xué)科的綜合交叉集合。 現(xiàn)有的加壓釜控制一般為常規(guī)的過程控制，當(dāng)加壓釜出現(xiàn)異常工況(超溫、超壓、超液位、泄漏)時，若操作員不能及時發(fā)現(xiàn)和處理會對設(shè)備和人員產(chǎn)生極大安全隱患。 氧壓浸出工藝中的加壓釜屬于重大危險源，加壓釜中的物料是高溫腐蝕性液體，一旦泄漏，可能造成重大人員傷亡;加壓釜內(nèi)的氧氣一旦泄漏后，遇到點火源(明火、火花、靜電等)，可能引起火災(zāi)爆炸。根據(jù)有關(guān)資料，當(dāng)人在危險時刻的判斷和操作往往是滯后且不可靠的，當(dāng)操作人員面臨生命危險時，要在60 s內(nèi)作出反應(yīng)，錯誤決策的概率高達99.9%0如安全聯(lián)鎖和常規(guī)過程控制設(shè)置在同一控制器下，常規(guī)過程控制中出現(xiàn)的控制器或者網(wǎng)絡(luò)故障，會影響安全聯(lián)鎖程序的執(zhí)行，導(dǎo)致安全聯(lián)鎖程序失效，產(chǎn)生安全隱患。 3、項目安全儀表系統(tǒng) 某鋅冶煉工廠采用艾默生過程控制的安全儀表系統(tǒng)(SIS )，將緊急停車系統(tǒng)里涉及的儀表閥門信號，以及安全聯(lián)鎖程序單獨配置在此SIs系統(tǒng)里。安全儀表系統(tǒng)是指包括傳感器、邏輯控制器和非常終執(zhí)行元件，按照一定的整體性安全度等級(SIL, Safe-ty Integrity Level)能實現(xiàn)一個或多個安全功能的系統(tǒng)，用于監(jiān)視生產(chǎn)裝置或獨立單元的操作，如果生產(chǎn)過程超出安全操作范圍，可以使其進人安全狀態(tài)，確保裝置或獨立單元具有一定的安全度。安全系統(tǒng)不同于批量控制、順序控制及過程控制的工藝聯(lián)鎖，當(dāng)過程變量(溫度、壓力、流量、液位等)超限，機械設(shè)備故障，系統(tǒng)本身故障或能源中斷時，安全儀表系統(tǒng)使其進人預(yù)定的安全停車狀態(tài)，從而保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。 3. 1 DeltaV SIS功能及其與工廠Delta-V BPCS集成 艾默生的安全儀表系統(tǒng)產(chǎn)品為DeltaV SIS，是艾默生推出的TUV認證的新型整體回路概念的智能安全儀表系統(tǒng)，該產(chǎn)品安全等級能達到SIL 3(平均失效概率如表1所示)。同時簡單直觀的特點無需太多復(fù)雜步驟的組態(tài)，減少了組態(tài)過程中容易出現(xiàn)的錯誤，也有利于在現(xiàn)場的檢查和調(diào)試工作。  該鋅冶煉工廣除去SIS系統(tǒng)以外的儀表均采用FF總線形式，SIS系統(tǒng)以外的常規(guī)過程控制選用的DeltaV BPCS。由于SIS安全性的要求，在該SIS系統(tǒng)內(nèi)的儀表選用4一20 mA十HART的形式。結(jié)合AMS的應(yīng)用，DeltaV SIS邏輯控制器可以將HART信號數(shù)據(jù)送給AMS，給出更為清楚和詳細的關(guān)于故障的描述，從而非常優(yōu)化操作和維護。通過和現(xiàn)場智能儀表的配合，用戶可以進行預(yù)側(cè)性維護，這樣就增加了裝置過程的可用性，大大減少了因設(shè)備故障而發(fā)生的停車時間。 DeltaV SIS與DeltaV BPCS，集成但又完全獨立。DeltaV提供了簡單易用的組態(tài)工具既用于控制也用于安全，避免了兩方都需要獨立組態(tài)，然后還要進行數(shù)據(jù)通訊的復(fù)雜步驟。通過簡單易用的組態(tài)工具，工程師瀏覽引用到所需要的位號和參數(shù)，就和在DeltaV里所做的一樣，不再需要進行SIS和BPCS之間位號映射工作，也不需要進行任何諸于OPC或者其它的串行通訊的設(shè)置。另外，在常規(guī)過程控制的監(jiān)控畫面上需要顯示SIS系統(tǒng)里的儀表數(shù)據(jù)(加壓釜的液位，壓力及各隔室溫度)，而所有的SIS數(shù)據(jù)對BPCS來說都是可用并可直接引用的，充分滿足了一個流程畫面上對BPCS包括SIS數(shù)據(jù)同時顯示的功能。這樣就極大的簡化了工程實施的過程。  3.2、項目SIS系統(tǒng)配置 該鋅冶煉廠SIS系統(tǒng)由一套帶冗余CPU和冗余電源的控制柜，模擬量輸人卡件，數(shù)字量輸人卡件，數(shù)字量輸出卡件，上位機，現(xiàn)場檢測儀表和控制閥，控制室內(nèi)和現(xiàn)場設(shè)置的緊急停車按鈕組成?？刂崎y含進料礦漿切斷閥，剎卜料切斷閥，各隔室混合液管道切斷閥，:氧氣緩沖罐入口.閥，氧氣緩沖罐出口閥。其他控制信號包括加料泵和冷卻液泵的啟停信號。檢測儀表含加壓釜核液位計，加壓釜排氣壓力傳感器，各隔室溫度變送器。  通過分析以往的案例，安全應(yīng)用中的大多數(shù)故障都發(fā)生在現(xiàn)場設(shè)備中，因此僅提高邏輯解算器的可靠性不能顯著提高整個安全回路的可靠性。因此該項目采用了完整的SIS系統(tǒng)解決方案，包含獨立于的DCS系統(tǒng)的邏輯解算器、符合IEC61508的傳感器和執(zhí)行單元。使整個系統(tǒng)的安全可靠性大大提高，為生產(chǎn)運行提供了強有力的保障。 3.3、加壓釜緊急停車聯(lián)鎖設(shè)置 在緊急停車系統(tǒng)的聯(lián)鎖回路里，當(dāng)加壓釜核液位計的數(shù)值超過設(shè)定的高限值，加壓釜排氣壓力傳感器超過設(shè)定的高限值，各隔室溫度變送器超過設(shè)定的高限值，或按下緊急停車按鈕都會觸發(fā)緊急停車系統(tǒng)的動作。緊急停車系統(tǒng)觸發(fā)后將關(guān)閉進料礦漿切斷閥，排料切一斷閥，各隔室混合液管道切斷閥并停止給料泵和冷卻液泵。 3.4加壓釜系統(tǒng)重點儀表 在整個氧壓浸出生產(chǎn)過程中，加壓釜的液位穩(wěn)定對產(chǎn)量和浸出率的保證起到極其重要的作用。在生產(chǎn)過程中，如果液位過高會使高壓釜中的壓力驟然上升，造成緊急停車事故;高壓釜液位過低又不能完全滿足生產(chǎn)需求。因此高壓釜的液位既是滿足生產(chǎn)也是保證安全生產(chǎn)的重要因素。原設(shè)置為核液位計，由于加壓釜屬于壓力容器，壁厚較厚，根據(jù)放射線需要穿過的各層物質(zhì)的厚度及密度通常需要選擇輻射劑量較大的Cs源甚至Co源。因此在射源的防護與維護方面也需要花費大量的人力物力。為此在原核液位計以外又增設(shè)了一臺高頻雷達液位計。由于考慮到該工況下雷達液位計的穩(wěn)定性問題，該液位僅作為系統(tǒng)運行時的輔助參考液位，不進人緊急停車程序和參與聯(lián)鎖。 礦漿從高壓釜排出的瞬間，大量液體汽化，形成高速汽、液、固三相混合體從閥門沖出，導(dǎo)致閥門的汽蝕磨損嚴重〔4]。因此加壓釜排料閥的選擇是整個加壓釜能否平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。該項目選用的是在以前加壓釜項目中使用狀況良好的進口排料閥。 考慮到進料閥門和進各隔室總管閥門的使用狀況直接影響加壓釜運行的安全性，因此針對上述閥門在控制系統(tǒng)中增加了閥門維護的程序。將閥門開閉的次數(shù)，每次閥門開閉所消耗的時間，每次閥門開閉時所承受的壓力這些數(shù)據(jù)都引至閥門運行維護數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)閥門的開閉次數(shù)達到預(yù)設(shè)的值時，就會彈出報警，提示操作人員注意閥門的運行狀況。然后根據(jù)閥’門的運行數(shù)據(jù)決定該閥門是繼續(xù)使用，還是拆下來更換上備用閥門。 4、結(jié)語 基干以下幾點原因，該工廠將涉及到加壓釜安全的儀表信號，閥門控制信號引人到單獨設(shè)置的緊急停車系統(tǒng)，并與常規(guī)過程控制系統(tǒng)分開，大大減少緊急停車系統(tǒng)失效的概率，有效的提升了加壓釜運行的安全等級。 (1)降低控制功能和安全功能同時失效的概率，當(dāng)DCS部分故障時也不會危及安全保護系統(tǒng); (2)對于大型裝置或旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備而言，緊急停車系統(tǒng)響應(yīng)速度越快越好。這有利于保護設(shè)備，避免事故擴大;并有利于分辨事故原因記錄。而DCS處理大量過程監(jiān)測信息，因此其響應(yīng)速度難以作得很快; (3) DCS系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動作;而緊急停車系統(tǒng)(ESD)是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置緊急停車系統(tǒng)可以避免人為誤動作。 在項目前期，設(shè)計人員和加壓釜運營人員一起對加壓釜進行了危險與可操作性(HAZOP : HazardOperability)分析。對影響事件和嚴重性等級，引發(fā)原因，引發(fā)可能性等做了仔細梳理。確定了該冶煉廠SIS系統(tǒng)內(nèi)的儀表，閥門均選用通過SIL2等級認證的產(chǎn)品。同時SIS控制系統(tǒng)安全等級達到了SID等級。實踐證明，安全回路中，大多數(shù)故障出現(xiàn)在現(xiàn)場儀表上，解決對現(xiàn)場儀表的診斷和校正是提高安全回路的關(guān)鍵所在。在儀表日常的維護中，維護人員在辦公室的操作站上安裝艾默生AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)，對現(xiàn)場智能儀表設(shè)備潛在的故障進行診斷。 在日常維護保養(yǎng)中，儀表維修人員都注意檢查機柜內(nèi)各模塊的運行指示狀態(tài)，操作站及通信網(wǎng)絡(luò)的運行狀況。此外在每次加壓釜停產(chǎn)檢修期，儀表維護人員都對機柜內(nèi)的模塊進行斷電并清掃除塵，同時對SIS系統(tǒng)內(nèi)的10通道和控制回路進行了測試，保證閥門動作和系統(tǒng)聯(lián)鎖程序的可靠性。在投產(chǎn)兩年多的時間內(nèi)，加壓釜SIS系統(tǒng)運行可靠，有效的保證了加壓釜的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
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