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山东东亭化工有限公司山东东亭化工有限公司 自动化控制及安全联锁系统自动化控制及安全联锁系统 安安 装装 报报 告告 书书 山东省科学院山东省科学院 济南东科工控自动化有限公司济南东科工控自动化有限公司 二零零九年六月二零零九年六月 目录目录 1 1 企业的基本情况 企业的基本情况 1 2 2 生产工艺 生产工艺 1 3 3 生产装置 生产装置 1 4 4 储存设施 储存设施 1 5 5 生产安全许可证取证时间 生产安全许可证取证时间 2 6 6 工艺装置的危险性及有害因素分析 工艺装置的危险性及有害因素分析 2 6 1 有害因素分析 2 6 2 物料特性及物质危险度分级 2 7 7 自动化控制及安全联锁系统设计安装单位 自动化控制及安全联锁系统设计安装单位 4 7 1 设计单位 4 7 2 安装单位 4 8 8 自动化控制及安全联锁系统安装改造方案简介 自动化控制及安全联锁系统安装改造方案简介 5 8 1 生产流程 5 8 2 功能范围 6 8 3 报警安全装置 6 8 4 安全工艺控制参数及控制点 6 9 9 系统的稳定性 系统的稳定性 6 1010 系统的组态原则 系统的组态原则 6 1111 系统网络拓补图 系统网络拓补图 7 1212 信号采集系统信号采集系统 7 12 1 总则 7 12 2 显示 8 12 3 记录 9 13 13 信号控制系统信号控制系统 9 13 1 基本要求 9 14 14 系统硬件设计及配置系统硬件设计及配置 10 14 1 系统硬件设计 10 14 2 系统配置 10 14 3 仪表选型 见附表 3 10 15 15 系统设计原则标准系统设计原则标准 11 16 16 系统技术指标系统技术指标 11 16 1 技术标准 11 16 2 实时性指标 12 16 3 可靠性指标 13 16 4 可维护性指标 13 16 5 可利用率指标 14 16 6 系统安全指标 14 16 7 可扩展性指标 15 17 17 防雷系统防雷系统 15 17 1 防雷设计直击雷防护措施 15 17 2 防感应雷及防雷电波措施 15 17 3 信号系统防护措施 16 1 1 企业的基本情况 企业的基本情况 淄博高青东亭化工有限公司位于山东淄博高青县港澳台工业园 主要以研 制开发生产新型橡胶 塑料和橡胶防老剂为主 其中橡胶促进剂为主导产品 促进剂 DM 年产量为 1000 吨 促进剂 TBBS NS 年产量为 1000 吨 促进 CBS CZ 年产量为 1000 吨 本公司拥有固定资产 1000 万 2 2 生产工艺 生产工艺 工艺流程方块图 计量罐 高压釜 去深加工 高温 高压 计量罐 熔硫罐加温釜 计量罐二硫化碳 苯胺 1 二硫化碳由水压压入计量罐 再一次性加入加温釜 同时人工投入硫 磺搅拌 2 小时后投入熔硫罐 再入计量罐 2 苯胺由真空泵压入计量罐 将二硫化碳混合液与苯胺按照一定比例投 入高压釜 在高温高压条件下反应两小时后由蒸汽压出去深加工 3 3 生产装置 生产装置 生产装置有高压釜 153L 4 个 高压泵 1 台 熔硫罐 3000L 1 个 4 4 储存设施 储存设施 储存设施有原料罐 3000L 2 个 原料罐 1000L 2 个 计量罐 1000L 2 个 5 5 生产安全许可证取证时间 生产安全许可证取证时间 安全生产许可证取证时间为 2008 年 12 月 16 日 6 6 工艺装置的危险性及有害因素分析 工艺装置的危险性及有害因素分析 6 1 有害因素分析有害因素分析 本工艺中 由于反应条件为高温高压 工艺装置需要面临防爆防泄漏等问 题的考验 本自动控制系统的安装设计将此类问题列为了重点考虑对象 对灌 区加装气体泄漏检测装置 防止火灾 爆炸等危险事故的发生 液位显示及上 限报警有效防止了原料溢出导致重大危险事故发生的可能 反应釜加装压力及 温度检测装置有效预防了压力温度过高导致危险事故发生的可能 通过对调功 器的调节 使釜内温度达到合理设定范围 保证了安全质量生产正常运行 二 硫化碳和液氨储罐液位计上限报警有效防止了原料溢出事件的发生 如果不加 此类设备 由对工厂各原料分配区域的调查 一旦发生气体泄漏造成爆炸 给 企业将造成不可估量的损失 6 2 物料特性及物质危险度分级 物料特性及物质危险度分级 二硫化碳 无色或微黄色透明液体 纯品有乙醚气味 工业品一般有黄色 和恶臭 相对密度 20 20 1 2566 凝固点 116 6 沸点 46 3 闪 点 闭口 30 燃点 100 折射率 1 461 粘度 20 0 363mPa s 溶解度参 数 10 0 能与无水乙醇 乙醚 苯 氯仿 四氯化碳温溶 溶于苛性城和 硫化碱 几乎不溶于水 易燃 蒸气与空气形成爆炸性混合物 爆炸极限 1 50 vol 有毒 蒸气对皮肤 眼睛有强烈的刺激性 有麻醉作用 空气 中最高容许浓度 10mg m3 或 0 001 储存于阴凉 通风的库房内 温度不 超过 17 远离火种 热源 防止日光直射 苯胺 C6H5NH2 分子量 93 16 为油状液体 有特殊气味 水中溶解度 3 4 20 能溶于大多数有机溶剂 遇明火 高热或氧化剂能引起燃烧 易 经完整皮肤吸收 液态苯胺经皮吸收速率比其蒸气约快 1000 倍 在体内氧化为 对氨基酚 代谢中间体产物苯基羟胺是致溶血的主要物质 临床表现主要为高 铁血红蛋白血症 溶血 严重者有肝 肾损害 尿中对氨基酚测定可作为生物 接触指标之一 硫化氢 化学式 H2S 有臭鸡蛋气味的气体 熔点 85 5 沸点 60 7 密度 1 539 克 升 0 硫化氢在高温下不稳定 在 1700 完全 分解为氢和硫 在空气不足时燃烧 生成硫和水 在空气充足时燃烧 生成二 氧化硫和水 硫化氢是强还原剂 能将高锰酸钾 溴等还原 硫化氢在水中的 溶解度不大 在常温下饱和溶液的浓度为 0 1 摩尔 升 硫化氢有毒 空气中 含 0 1 硫化氢时 就会使人头痛 吸入大量硫化氢会造成昏迷或死亡 实验室 常用硫化铁与盐酸的作用产生硫化氢 纯的硫化氢则是在 600 下 用金属镍 做催化剂 由硫与氢直接化合制取 危险度分级 容量温度压力操作总 分 单元 名称 设 备 名 称 危险危 害物质 物 质 评 分 M3评 分 C 评 分 Mpa评 分 状态评 分 等 级 熔 硫 罐 二硫化 碳 硫磺 530常 温 0常 压 0有一 定危 险性 27III橡胶促 进剂进 M 反 应 釜 二硫化 碳苯胺 硫化氢 101 50260572有一 定危 险性 219I 储罐区储 罐 二硫化 碳 5有一 定危 险性 217I 自动化控制及安全联锁系统安装改造的时间期限自动化控制及安全联锁系统安装改造的时间期限 根据 桓台县危险化学品企业自动化控制及安全联锁技术改造实施方案 的 规定 自动化控制及安全联锁系统改造应在 6 月 30 日前安装完毕 7 7 自动化控制及安全联锁系统设计安装单位 自动化控制及安全联锁系统设计安装单位 7 1 设计单位设计单位 本系统由山东齐阳石化工程有限公司设计 公司坐落在山东淄博张店流泉路 246 号 实际商务中心 520 室 电话 0533 3591622 传真 0533 3591622 邮编 255000 E mail yangjunxi2008 sdqysh 公司拥有化工石化医药行业 化工工程 炼油 石油及化工产业储运 乙级设计资质 一 二 三类压力容器及压力管道设计资质 化工工程专业承包乙级资质 工程技术咨询 等资质 7 2 安装单位安装单位 本系统由济南东科工控自动化有限公司安装 公司地址 山东省济南市山 大路 228 号齐鲁软件园 B 座 3 楼 3 16 电话 0531 62391907 62391877 传真 0531 62391877 邮编 250016 E mail sunyugu 公司主营 DCS PLC 自动化系统集成 工业数字自动一体化设计 安装 无线 有线 视频 监控系统等业务 拥有智能建筑 综合布线 网络 通信 通信子系统集成 设计安装乙级资质 见后页附表 8 8 自动化控制及安全联锁系统安装改造方案简介 自动化控制及安全联锁系统安装改造方案简介 安全生产质量控制的功能覆盖范围包括信号采集和处理系统 信号控制系统 8 1 生产流程生产流程 一 预处理 一 预处理 储罐 V101 中的二硫化碳通过水压经电动阀 Fa1 1 入计量罐 V102 达到液位上限时 电动阀 Fa1 1 自动关闭 同时 Fa1 2 自动开启将计量罐 V102 内的投入加温釜 R101 中 同时人工往加温釜内投入硫磺搅拌两小 时 后经电动阀 Fa2 1 入二硫化碳熔硫罐 V103 达到液位上限时阀 Fa2 1 自 动关闭 同时电动阀 Fa2 2 自动开启由水压将二硫化碳压入计量罐 V104 中 储罐 V105 中的苯胺通过真空泵经电动阀 Fa3 1 入计量罐 V106 达到液位上限时电动阀 Fa3 1 自动关闭 二 反应 二 反应 1 电动阀 Fa3 1 自动关闭同时开启电动阀 Fa4 1 将部分苯胺通过 高压泵按照计量罐 V106 液位压入高压釜 后开启二硫化碳管道上的电动 阀 Fa2 3 将二硫化碳计量罐 V104 中计量过的液体一次性投入高压釜 后 经二硫化碳计量罐 V104 上的液位计控制关闭电动阀 Fa2 3 开启电动阀 Fa3 2 一次性将剩余苯胺注入高压釜 即由苯胺溶液冲刷混合液过后的管 道 2 高压釜 内各反应液的注入方法与步骤 1 一样 3 通过调节电加热器的调功设备使釜内温度控制在 240 C 260 C 通 过调节电动调节阀 Fa5 1 Fa5 2 Fa5 3 Fa5 4 的大小 使釜内压力在 7 5 9Mpa 范围内 反应两小时 4 反应结束后 硫化氢经电动调节阀 Fa5 1 Fa5 2 Fa5 3 Fa5 4 进入废气处理罐 然后开启蒸汽电动阀 Fa6 1 Fa6 2 Fa6 3 Fa6 4 与出料电动阀 Fa7 1 Fa7 2 Fa7 3 Fa7 4 将成品用蒸汽压出 去深加 工 8 2 功能范围功能范围 1 以上计量罐 熔硫罐经液位计和电动阀实行安全联锁 当出现异常时 电动阀可做紧急刹车用 2 各储罐均设有液位上限报警 以保证储罐液位在设定范围内 当出现 异常时立刻报警 8 3 报警安全装置 报警安全装置 对罐区的各储罐加装液位计并设置上限预警 报警 增加储罐液位异常变 化报警 现场加装泄露气体检测报警 监视屏幕可自动弹窗显示详细信息并记 录 报警提示区黄色指示为预警 红色指示为报警 8 4 安全工艺控制参数及控制点 安全工艺控制参数及控制点 系统安全工艺控制参数主要有 原料罐 计量罐 熔硫罐的液位 高压釜的 压力及温度 各控制点可见附表 工艺流程图 9 9 系统的稳定性 系统的稳定性 系统的控制可以通过控制器远程控制 即远程控制模式 也可以完全脱离控 制器 在控制柜上手动操作控制设备 就地控制模式 在远程控制中 又有手 动控制和自动控制 手动控制是指操作员可以通过上位机在显示屏上手动操作 控制系统 自动控制系统是指控制系统根据已经编好的程序 按照工艺要求自 动控制设备 这样的多重保险 保证了系统的稳定性 1010 系统的组态原则 系统的组态原则 系统功能区内的被控对象在硬件组态时应保持适当的独立性 以保证单个 控制站故障时不影响系统的运行 系统易于组态 易于使用 易于扩展 增加 系统灵活性 降低过程控制总线数据通讯负荷 保证整个系统的可利用率至少 为 99 9 1111 系统网络拓补图 系统网络拓补图 1212 信号采集系统信号采集系统 12 1 总则总则 12 1 1 信号采集系统可连续采集和处理所有有关的重要测点信号及设备状态信 号 以便及时向操作人员提供有关的运行信息 实现系统安全经济运行 一旦 系统发生任何异常工况 将及时报警 提高系统的可利用率 12 1 2 CRT 显示 报表 12 1 3 DCS 至少应有下列功能 显示 包括操作显示 成组显示 棒状图显示 报警显示 趋势显示等 制表记录 包括定期记录 报警记录 事故追忆记录 操作记录等 历史数据存储和检索 12 2 显示显示 12 2 1 每个 CRT 能综合显示字符和图象信息 运行人员通过 CRT 实现系统运行 过程的操作和监视 12 2 2 每幅画面能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态 这些数据和 状态每秒更新一次 显示的颜色或图形随过程状态的变化而变化 12 2 3 可显示系统内所有的过程点 包括模拟量输入 模拟量输出 对显示 的每一个过程点 可显示其标志号 简单说明 数值 性质 工程单位 高低 限值等 说明用中文显示时不应影响速度 12 2 4 系统支持多个窗口打开功能 12 2 5 功能组显示 功能组显示包括过程输入变量 报警条件 输出值 设定值 回路标号 缩写 的文字标题 控制方式 报警值等 每幅功能组显示画面 我方组态的功能组 显示画面包括所有调节控制回路和顺序控制回路 12 2 6 细节显示 细节显示可观察某一回路为基础的所有信息 细节显示画面包含的每一个回路 的有关信息 应足够详细 以便运行人员能据以正确的操作 对于调节回路至 少可显示出设定值 过程变量 输出值 运行方式 高 低限值 报警状态 工 程单位 回路组态数据等调节参数 对于开关量控制的回路 则显示出回路组 态数据和设备状态 12 2 7 标准画面显示 我方应提供报警显示 趋势显示 成组显示 棒状显示等标准画面显示 并已 预先做好或按本工程的具体要求稍作修改 12 2 8 棒状图显示 运行人员可以调阅动态 棒状图画面即以动态棒状图的外形尺寸反映各种过程 变量的变化 棒状图应可在任何一幅画面中进行组态和显示 每一棒状图的标尺可设置成 任何比例 若某一棒状图 其数值越过报警值时 越限部分应用红色显示出来 12 2 9 趋势显示 系统应能提供历史数据和实时数据的趋势显示 趋势显示可用整幅画面显示 也可在任何其他画面的某一部位 趋势显示画面还同时用数字显示出变量的数值 12 2 10 报警显示 系统能通过接点状态的变化 或者参照预先存储的参考值 对模拟量输入 计算点 平均值 变化速率 其他变换值进行扫描比较 分辨出状态异常 正 常或状态的变化 12 3 记录记录 记录功能可由程序指令或运行人员指令控制 数据库中所有过程点均应可以记 录 12 2 3 1 定期记录 定期记录包括交接班记录 日报及月报 对交接班记录和日报 在每一个交接 班后 或每一天结束时 或每一个月结束时进行记录 12 2 3 2 运行人员操作记录 系统将记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的精确时间 通 过对运行人员操作行为的准确记录 可便于分析运行人员的操作意图 分析系 统事故的原因 13 13 信号控制系统信号控制系统 13 1 基本要求基本要求 13 1 1 控制的基本方法是必须直接并快速地响应代表负荷或能量指令的前馈信 号 并通过闭环反馈控制和其它先进策略 对该信号进行静态精确度和动态补 偿的调整 13 1 2 在自动控制范围内 控制系统应能处于自动方式而不需任何性质的人工 干预 13 1 3 控制系统能调节控制装置以达到规定的性能保证指标 控制设备实现性 能要求的能力 将不受到控制系统的限制 13 1 4 如系统某一部分必须具备的条件不满足时 联锁逻辑将阻止该部分投 自动 方式 同时 在条件不具备或系统故障时 系统受影响部分不再继续 自动运行 或将控制方式转换为另一种自动控制方式 13 1 5 控制系统任何部分运行方式的切换 不论是人为的 还是由联锁系统自 动的 均将平滑进行 不会引起过程变量的扰动 并且不需运行人员的修正 13 1 6 控制系统的输出信号应为 4 20mA 连续信号 并应有上下限定 以保证 控制系统故障时设备的安全 14 14 系统硬件设计及配置系统硬件设计及配置 14 1 系统硬件设计系统硬件设计 为实现该系统 设计了以下硬件配置方案 上位机采用一台工控机显示控 制 下位机采用西门子 CPU 及扩展模块 采用高速总线 保证系统可靠运行 并且可在原有系统的基础上通过增加功能站硬件或设备或软件来扩展其功能 同时不降低或影响原系统的性能 降低生产成本 保证安全生产 提高生产质 量 14 2 系统配置系统配置 表表 1 1 系统分项明细表系统分项明细表 见附表 1 表表 2 2 系统汇总表系统汇总表 见附表 2 14 3 仪表选型仪表选型 见附表 见附表 3 系统控制点数 数字量输入 DI46 数字量输出 DO24 模拟量输入 AI17 模拟 量输出 AO0 温度信号可将原来的单芯热电偶换为双芯防爆热电偶 也可以将原来显示 温度的数显表变为带变送输出 0 10V 或 4 20mA 信号的温度仪表 15 15 系统设计原则标准系统设计原则标准 本着一切以客户的利益为原则 在总体上我们遵循先进性 使用性 安全 性 可扩展性 可维护性 标准化等设计原则 保障系统运行可靠 保障系统网络的安全性 承诺系统达到领先水平 16 16 系统技术指标系统技术指标 16 1 技术标准技术标准 本设计产品设计所遵循的规范和标准及本次系统的设计 安装 调试和 检测遵循的标准 GB 50058 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 IEC439 低压开关设备和控制设备组件 GS7251 1 1997 低压开关成套设备 GB 50054 95 低压配电设计规范 IEC529 外壳防护等级 防雷设计依据见 防雷设计 电子计算机机房设计规范 GB50164 93 邮电部部标准 通信局 站 接地设计暂行技术规定 综合楼部分 YDJ26 89 国家标准 建筑物防雷设计规范 GB50057 94 军用标准 电子设备和设施的接地 搭接和屏蔽设计指南 国家标准 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB50169 92 DL T637 1997 阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件 IEC 国际电工协会全密封铅酸蓄电池标准 参考和遵循的主要现行标准还有 IEC 国际电工协会全密封铅酸蓄电池标准 DL5003 91 电力系统调度自动化设计技术规程 GB 14285 93 继电保护和安全自动装置技术规程 DL78 92 静态继电保护和安全自动装置通用技术条件 GB T1514 91 微机线路保护装置通用技术条件 GB 3047 1 面板 架和柜的基本尺寸系列 DL479 92 静态距离保护装置通用技术条件 SD286 88 线路继电保护产品动模试验技术条件 GB T1514594 微机线路保护装置通用技术条件 GB11920 89 电站电气部分集中控制装置通用技术条件 GB3453 数据通信基本型控制规程 GB3454 数据终端 DTE 和数据电路终端设备 DCE之间的接口定义 IEEE802 3 网络技术标准 JB T5234 工业控制计算机系统验收大纲 SDJ9 87 电测量仪表装置设计规程 GB7450 电子设备雷击保护导则 GB7260 不间断电源设备 GB2887 89 计算机场地技术要求 中华人民共和国安全生产法 危险化学品安全管理条例 国务院344号令 化工企业安全卫生设计规定 HG20571 95 石油化工企业职业安全卫生设计规范 SH3047 93 生产设备安全卫生设计总则 GB5088 85 工业企业噪声控制设计规范 GBJ87 85 石油化工企业厂区总平面布置设计规范 SH3053 93 化工企业静电接地设计规程 HG128 90 其它相关的GB IEC IEEE ISO ANSI DIN JH JIE标准安全规 范 16 2 实时性指标实时性指标 系统的响应能力满足数据采集 人机通信 控制功能和系统通信的时间 满足工艺需求 具体指标如下 1 数字采集周期 1s 2 实时数据保存时间间隔 1s 3 控制命令响应时间 a 控制命令回答响应时间 1s b 接受执行命令到执行控制的响应时间 1s 4 模拟量采集周期 a 电量 1s b 非电量 1s 5 监控系统对现地系统数据采集和控制的响应时间 1s 6 人机通信响应时间 b 调用新的画面的响应时间 从运行人员发出一个新的图象命令到图象 完全显示在CRT上为止的CRT响应时间 1s 报警或事件发生到CRT屏幕显示和 发出的响应时间 1s c 在已显示画面上动态数据更新周期 1S 16 3 可靠性指标可靠性指标 本系统以及各种电气 仪表等设备都能适应本工程的工作环境 具有极 高的性价比 具有极高的抗干扰性和稳定性 能在这样的环境稳定长期的运 行 16 4 可维护性指标可维护性指标 在本系统中我们提供的软件和硬件产品都便于维护 测试 安装和检修 1 可维护性参数一般由厂家提供 一般都是小于1小时 2 系统选用的设备具有自诊断和寻找故障程序 指出具体故障部位 在现场 更 换故障部件后就可以正常工作 3 配有便于试验和隔离故障的断开点 4 配备合适的设备专用的维修 安装工具 5 提供适当的维护 保养措施 减少人为损坏 机械损坏的机会 6 通过标识标志说明设备的用途 更换方法 7 所选择的设备硬件代换能力强 16 5 可利用率指标可利用率指标 本系统都是采用性能高 安全性强的元件构成我们的计系统 本系统的可用率在交接前的试运行期30天间不地于99 9 在设备验收后的 保证期内应达到98 8 可用率定义为 A 可使用时间 可使用时间 故障 时间 其中故障时间包括故障控制和预防性检修时间 故障检修时间只 计及关键功能损坏时 把事故设备恢复到正常运行的时间 有备件和检验 设备 16 6 系统安全指标系统安全指标 系统具有操作安全的保证措施 a 对系统每一功能和操作提供检查和校核 发现有误时能报警 撤消 b 当操作有误时 能自动或手动地被禁止并报警 通信系统具有的安全性措施 a 系统设计应保证信息传送中的错误不会导致系统关键性故障 b 通道设备上提供了适当的检查