俞志榮，徐彥飛，吳韓輝

(廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司，廣東云浮 527300)

設(shè)備與自動化

硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖優(yōu)化改進(jìn)實(shí)踐

俞志榮，徐彥飛，吳韓輝

(廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司，廣東云浮 527300)

分析了硫精礦制酸系統(tǒng)中關(guān)鍵裝置異常運(yùn)行時(shí)存在的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)以及對后續(xù)工序的危害，通過對現(xiàn)用聯(lián)鎖系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況了解和電氣控制技術(shù)分析，找出硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖存在的設(shè)計(jì)缺陷和技術(shù)漏洞，最終在DCS控制系統(tǒng)的配合下對硫酸大聯(lián)鎖控制進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，既完善了硫酸大聯(lián)鎖系統(tǒng)的防護(hù)功能，又提高了生產(chǎn)裝置運(yùn)行的安全性和可靠性，避免了生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍的設(shè)備故障和對周邊環(huán)境的嚴(yán)重污染，同時(shí)也保障了硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)穩(wěn)定，降低生產(chǎn)成本，增加了一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

硫酸 大聯(lián)鎖 風(fēng)機(jī) 酸泵 變頻器

某硫酸生產(chǎn)企業(yè)的200 kt/a硫鐵礦精礦制酸裝置，因工藝設(shè)備自身、現(xiàn)場環(huán)境等因素的影響，一些關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)異常停運(yùn)現(xiàn)象。此時(shí)如果大聯(lián)鎖系統(tǒng)不能夠準(zhǔn)確可靠動作，而操作人員又不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)故障，并緊急處理，極有可能會引起較大安全、環(huán)保事故的發(fā)生，給企業(yè)造成的財(cái)產(chǎn)損失和負(fù)面影響，為此，該企業(yè)根據(jù)硫酸工藝要求和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，對硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而保障了生產(chǎn)連續(xù)、高效、安全運(yùn)行。

1 大連鎖控制異常引發(fā)的事件分析

1.1 增濕塔坍塌

2013年7月，硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行正常，某個(gè)中班21∶00左右，增濕塔循環(huán)泵電機(jī)與泵之間的聯(lián)軸器損壞，增濕循環(huán)泵停運(yùn)較長時(shí)間，大聯(lián)鎖系統(tǒng)和現(xiàn)場操作人員都未及時(shí)監(jiān)測到并進(jìn)行處理，導(dǎo)致從電除塵器輸送過來的320 ℃左右爐氣得不到增濕冷卻;增濕塔塔體迅速升溫，最終導(dǎo)致增濕塔塔體內(nèi)部襯層坍塌，企業(yè)全線停產(chǎn)時(shí)間1個(gè)多月，經(jīng)濟(jì)損失在100萬元以上。經(jīng)調(diào)查分析，導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因是增濕塔循環(huán)泵停運(yùn)較長時(shí)間，高溫爐氣使增濕塔內(nèi)襯材料溫度升高，強(qiáng)度降低引起坍塌；根本原因是DCS監(jiān)測信號與大聯(lián)鎖控制信號都引至電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號，而此事件中故障設(shè)備與監(jiān)測信號不能夠同步表現(xiàn)出來，即電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號不能夠有效表示出循環(huán)泵的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，給操作人員和DCS監(jiān)測系統(tǒng)造成設(shè)備仍然正常運(yùn)行的假象，沒有發(fā)現(xiàn)并處理。次要原因是操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，監(jiān)測、巡檢不到位，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，最終導(dǎo)致較大生產(chǎn)設(shè)備事故的發(fā)生。

1.2 尾氣煙囪冒出大量含硫氣體

2013年年底，操作人員發(fā)現(xiàn)尾氣監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出超限報(bào)警，同時(shí)觀察到煙囪有大量的白色煙氣冒出，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷很有可能是含硫氣體超標(biāo)所致，該企業(yè)立即對現(xiàn)場進(jìn)行緊急排查處理，5 min后恢復(fù)正常。事后技術(shù)人員分析：引起該事件的直接原因是二吸塔酸泵突然故障停運(yùn)，大量SO3氣體得不到有效吸收而進(jìn)入煙囪被排出；根本原因是原設(shè)計(jì)中吸收酸泵沒有自動重啟功能，也沒有被設(shè)計(jì)進(jìn)大聯(lián)鎖系統(tǒng)。雖然此次事件被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行緊急處理，持續(xù)時(shí)間比較短，但影響相對較大，同時(shí)也提醒企業(yè)在生產(chǎn)系統(tǒng)中存在較大的安全漏洞，必須完善改進(jìn)。

1.3 沸騰爐下料皮帶燒斷

2015年7月16日，二氧化硫主風(fēng)機(jī)因故跳閘，而爐前風(fēng)機(jī)沒有可靠聯(lián)鎖停機(jī)，操作人員也沒能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，導(dǎo)致沸騰爐內(nèi)高溫火焰在正壓作用下從下料口噴出，把2條下料皮帶中的1條燒斷，造成單邊下料耗時(shí)2 d，嚴(yán)重影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率。調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：主要原因是二氧化硫主風(fēng)機(jī)與爐前風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制出現(xiàn)了不能夠可靠動作的情況，技術(shù)人員排查后發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖控制是通過DCS來實(shí)現(xiàn)的，而DCS的聯(lián)鎖控制信號是通過一個(gè)熔斷器保護(hù)后才接入現(xiàn)場電氣停機(jī)控制的，事發(fā)時(shí)該熔斷器剛好是燒斷的，從而導(dǎo)致了該事故的發(fā)生。

這幾例安全事件都直接或間接地反映出該企業(yè)安全生產(chǎn)大聯(lián)鎖系統(tǒng)存在安全隱患和工藝聯(lián)鎖控制設(shè)計(jì)漏洞，對安全、環(huán)保、清潔生產(chǎn)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都造成較大的影響。必須根據(jù)工藝生產(chǎn)需要和現(xiàn)場控制實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在盡量降低改造成本的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理、完善的控制邏輯和聯(lián)鎖流程。為此，該企業(yè)技術(shù)部門努力攻關(guān)，以電氣控制系統(tǒng)為主導(dǎo)，在DCS控制系統(tǒng)的配合下，成功設(shè)計(jì)并實(shí)施完成了該公司硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)。

2 硫酸系統(tǒng)大聯(lián)鎖優(yōu)化改進(jìn)技術(shù)方案

2.1 改造措施分析

根據(jù)對上述硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖相關(guān)事件的分析，結(jié)合目前企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝生產(chǎn)流程和電儀控制原理，參考大聯(lián)鎖控制邏輯的實(shí)際運(yùn)行情況，確定通過電儀控制系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)和聯(lián)鎖邏輯的進(jìn)一步完善來完成硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖的優(yōu)化改進(jìn)工作，可以采取以下措施來實(shí)現(xiàn)。

1)根據(jù)硫酸生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，把吸收酸泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測信號一起接入大聯(lián)鎖系統(tǒng)中，并且加入相應(yīng)的壓力/電流檢測信號；在干燥酸泵、吸收酸泵中任何一臺酸泵出現(xiàn)故障的情況下都可以觸發(fā)大聯(lián)鎖動作，使得關(guān)鍵重要設(shè)備都參與到大聯(lián)鎖控制的范圍內(nèi)，避免了設(shè)備異常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致安全、環(huán)保事故的發(fā)生，同時(shí)單臺設(shè)備3個(gè)信號交叉監(jiān)測也大大提高了大聯(lián)鎖系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，有效避免了因監(jiān)測信號異常導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)情況發(fā)生。

2)對酸泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號進(jìn)行重新設(shè)計(jì)選擇，避免上傳虛假(不能真實(shí)反應(yīng)設(shè)備現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況)運(yùn)行信號的發(fā)生。使電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與上傳信號實(shí)時(shí)同步、真實(shí)、直接，保證傳送給DCS控制系統(tǒng)和操作人員監(jiān)控的狀態(tài)信號與設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況相一致，避免誤操作、誤判的、處理不及時(shí)等情況的發(fā)生，從而提高硫酸生產(chǎn)裝置和大聯(lián)鎖系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和高效性。

3)對變頻器控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。在供電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓波動等瞬時(shí)異常情況時(shí)，使變頻器能夠有效分析并躲過此類故障情況或自動重啟控制，而傳送至DCS控制和監(jiān)控的狀態(tài)信號保持不變，從而提高大聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行的連續(xù)高效性。

4)設(shè)計(jì)增加大聯(lián)鎖觸發(fā)控制信號運(yùn)行的聲光報(bào)警功能。當(dāng)參與大聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的任意一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)出現(xiàn)需要大聯(lián)鎖動作的信號時(shí)，大聯(lián)鎖聲光報(bào)警器同步報(bào)警，提醒操作人員進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控，注意各項(xiàng)指標(biāo)是否正確穩(wěn)定運(yùn)行，避免設(shè)備故障造成大聯(lián)鎖動作不可靠的情況下，操作人員處理不及時(shí)。

2.2 改造方案

改造后的大聯(lián)鎖控制邏輯見圖1。

圖1 改造后的大聯(lián)鎖控制邏輯

根據(jù)以上分析，提出并制定了對硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖控制的優(yōu)化改造方案。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改造。

1)對原來的大聯(lián)鎖控制邏輯進(jìn)行重新優(yōu)化、增加、完善。在增加一吸、二吸酸泵信號進(jìn)入大聯(lián)鎖控制系統(tǒng)參與聯(lián)鎖控制的同時(shí)，每臺酸泵的聯(lián)鎖控制信號由原來的單一運(yùn)行狀態(tài)信號設(shè)計(jì)增改為其對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)信號、電流信號、壓力信號。共同檢測參與，在同時(shí)具有兩個(gè)或以上條件具備的情況下才觸發(fā)大聯(lián)鎖動作；從而大大提高大聯(lián)鎖控制信號的可靠穩(wěn)定，避免虛假信號的傳輸，可以最大限度的降低控制元器件故障造成的聯(lián)鎖停機(jī)情況，為生產(chǎn)裝置的連續(xù)、高效、安全運(yùn)行提供保障。

2)對酸泵控制原理進(jìn)行徹底的分析。根據(jù)前面的現(xiàn)狀調(diào)查和對原設(shè)計(jì)原理圖的分析研究，發(fā)現(xiàn)選取的酸泵運(yùn)行狀態(tài)信號為輔助繼電器的一個(gè)常開信號，與變頻器的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)不能夠始終保持一致，僅在人工進(jìn)行啟停操作時(shí)兩個(gè)狀態(tài)信號才能夠相一致[1]；所以重新選取變頻器的內(nèi)部運(yùn)行信號作為聯(lián)鎖控制的狀態(tài)信號，信號直接準(zhǔn)確，與酸泵的運(yùn)行狀態(tài)始終保持在同步狀態(tài)，提高控制系統(tǒng)的精度和可靠程度，避免了設(shè)備誤動作、人員誤操作的可能性。

3)對變頻器進(jìn)行自動重啟動控制設(shè)計(jì)改進(jìn)。根據(jù)故障類型設(shè)置自動重啟動等待時(shí)間和啟動次數(shù)，同時(shí)閉鎖大聯(lián)鎖動作信號延時(shí)輸出，既可以有效避免電網(wǎng)波動對生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)性的影響，又可以避免現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下強(qiáng)制帶病運(yùn)行的情況，從而保證利益最大化和故障最小化的設(shè)計(jì)控制。

4)對參與大聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的各相關(guān)參數(shù)都設(shè)置報(bào)警功能，同時(shí)對大聯(lián)鎖觸發(fā)信號增設(shè)聲光報(bào)警器，既提醒操作人員要注意觸發(fā)信號的控制動作是否正常，是否需要人工進(jìn)行其他相應(yīng)的緊急操作；又警示值班人員要時(shí)刻注意大聯(lián)鎖動作后各指標(biāo)的運(yùn)行控制情況，保證整套生產(chǎn)裝置聯(lián)鎖動作后的安全穩(wěn)定性。

改造方案選用電氣現(xiàn)場控制設(shè)備改造、設(shè)置、調(diào)試和控制室DCS系統(tǒng)控制邏輯與控制程序的設(shè)計(jì)、修改與完善相結(jié)合的方式，既可以把大聯(lián)鎖運(yùn)行控制需要的所有控制、保護(hù)、監(jiān)測、聯(lián)鎖等都集中在一起，大大簡化了外部控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和改造成本；又可以方便地滿足生產(chǎn)系統(tǒng)控制所需的多樣化和靈活性，使硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖控制功能更加完善，流程更加直觀，故障率和誤動作的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

3 運(yùn)行中遇到的問題

1)運(yùn)行過程中曾遭遇過一次雷雨天氣，干燥酸泵跳閘后，還沒有進(jìn)行重啟動，硫酸系統(tǒng)大聯(lián)鎖就聯(lián)鎖動作，生產(chǎn)系統(tǒng)全線停機(jī)。后經(jīng)現(xiàn)場排查，現(xiàn)場設(shè)備沒有損壞。從DCS查看運(yùn)行參數(shù)的歷史趨勢曲線發(fā)現(xiàn)，干燥酸泵在跳閘后，自動重啟動功能還沒能發(fā)揮作用的時(shí)候(故障檢測和故障復(fù)位需要有一定的延時(shí)時(shí)間)，運(yùn)行電流和上酸壓力已經(jīng)低于硫酸設(shè)置的跳閘動作值；此時(shí)單臺酸泵的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行電流、上酸壓力3個(gè)監(jiān)測信號中已有2個(gè)具備動作條件，所以觸發(fā)了大聯(lián)鎖動作，系統(tǒng)全線停機(jī)。而后技術(shù)人員進(jìn)行功能完善，在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號沒有發(fā)生變化的情況下，僅運(yùn)行電流和上酸壓力低于設(shè)定值時(shí)增加一個(gè)延時(shí)時(shí)間，以躲過酸泵自啟動時(shí)間，完善后可以達(dá)到滿意的效果，控制穩(wěn)定可靠，誤動作情況消除。

2)運(yùn)行一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)偶爾會出現(xiàn)酸泵跳閘后重啟動失敗，而現(xiàn)場檢查相關(guān)設(shè)備，除了變頻器的報(bào)警信息外，其他沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。人工重新開機(jī)后運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)也在規(guī)定范圍內(nèi)，通過DCS查看變頻器運(yùn)行參數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)變頻器確實(shí)有自動重啟動動作過程，但是每次都是啟動失敗。后經(jīng)電氣、儀表、工藝、設(shè)備等專業(yè)人員討論，認(rèn)為在不同工況、不同時(shí)間下，酸泵的負(fù)荷可能相差也較大。所以，技術(shù)人員認(rèn)為可通過適當(dāng)調(diào)整增加變頻器的自動復(fù)位等待時(shí)間，從而得到一個(gè)相對更加穩(wěn)定的啟動環(huán)境來提高自啟動成功率，經(jīng)多次測試調(diào)整后問題得到解決，取得不錯(cuò)的效果。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)方案改造實(shí)施后，硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)大聯(lián)鎖所有參與設(shè)備都能夠無故障可靠運(yùn)行，各邏輯關(guān)系和聯(lián)鎖環(huán)節(jié)均能可靠地按照預(yù)先設(shè)定的程序自動監(jiān)測、穩(wěn)定控制，安全聯(lián)鎖保護(hù)，有效避免了設(shè)備故障情況下出現(xiàn)的嚴(yán)重生產(chǎn)事故、環(huán)保事故的發(fā)生，為企業(yè)的安全高效生產(chǎn)提供了保障，同時(shí)也大大降低了系統(tǒng)誤動作的停機(jī)時(shí)間，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本，而且還大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，取得了滿意的效果。自2016年改造完成至今已準(zhǔn)確監(jiān)測并可靠聯(lián)鎖動作過3次，及時(shí)把設(shè)備故障控制在局部的范圍內(nèi)，避免了大的生產(chǎn)設(shè)備、安全環(huán)保事故的發(fā)生，為公司挽回了較大的經(jīng)濟(jì)損失。該改造方案對其他硫酸行業(yè)具有一定實(shí)際借鑒意義。

[1] 張澤林．淺述硫酸生產(chǎn)過程的自動聯(lián)鎖[J]．化工管理，2016(6)：110-111．

Improvement of large-scale interlock and optimization in sulphuricacid production plant

YUZhirong，XUYanfei，WUHanhui

(Yunfu Guangye Pyrite Group Co., Ltd., Yunfu, Guangdong, 527300,China)

Existing safety and environmental risk and damage on subsequent section during abnormal operation in key devices of sulphur concentrate roasting sulphuric acid plant are analyzed, by the knowledge of actual operation of interlock system on-site and analysis of electrical control, design deficiency and technical leak existing in large-scale interlock of sulphuric acid production plant were found. On the premise of coordination of DCS control system, large-scale interlock were optimized and improved, which not only perfected protection function of large-scale interlock, but also improved safety and reliability during production plant operation, avoiding large-scale device fault appearing in production system and pollution in surroundings, meanwhile, guaranteeing stable operation of sulphuric acid plant, reducing production cost, increasing social and economic efficiency.

sulphuric acid；large-scale interlock；fan；acid pump；frequency transformer

2017-02-20。

俞志榮，男，廣東廣業(yè)云硫礦業(yè)有限公司電氣工程師，主要從事硫酸生產(chǎn)電氣設(shè)備管理和設(shè)計(jì)改造工作。電話：13602960839；E-mail：362046232@qq.com。

TQ111.16;TP271

B

1002-1507(2017)07-0053-04