石化装置有毒气体监测技术的研究 建筑工程论文

崔少飞黄克成顾瑞思刘浩天申宏晨

摘 要:在石化厂内,伴随着生产过程而产生的各种各样的有毒有害气体对人类的危害问题越来越严重。石油化工生产过程中产生的有毒气体,对生产安全和环境保护都造成了巨大的威胁。因此有毒气体监测报警系统在石油化工领域有着广泛的需求。因此,为了保障人们的生命安全,设置安全报警系统是十分必要的。文章通过分析某石化公司的监控技术及应用,以为石化厂以及石化装置提供更安全的保障。

关键词:石化装置;有毒气体;跟踪监控技术

在石化工厂内,存在着很多有毒气体以及可燃性气体。这些有毒有害气体充斥在整个工厂内,严重威胁着人们的生命安全。近几年来,石化行业频频发生安全事故,例如,爆炸、火灾等。这些事故给人们带来了极大的伤害,也给石化工厂造成了一定的经济损失。为了给企业和工作人员的生命安全提供更可靠的保障,石化工厂要随时监测气体的浓度,将有害气体的浓度控制在安全范围内。

1 系统介绍

该控制系统的核心是采用了PLC三冗余系统,与现场气体探测器共同组成完整的监控模式。该控制系统由多种配置组成,其包括(2×3)冗余通信控制器、双冗余CPU和DO、AI模块(三冗余)、以及附件配置。其配置数量都达到了SIL3等级配置的标准,其等级达到SIL3/TUV6。PLC可实现数据交换以及通信(上位DCS和双冗余RS-485接口间的通信)功能。通过以太网技术,操作员和工作站彼此间可进行数据交换。在现场,用气体浓度探测器采集气体浓度,所采集的数据信息经PLC控制系统整合之后,通过以太网输出到监控计算机。通过监控计算机,可以看到现场的情况以及报警提示。

2 硬件系统构成

2.1 内设故障检测模块

其内部配置采取安全的PLC冗余系统。其系统可实现智能识别故障功能以及自动还原功能。在系统不中断运行的状况下,所有智能模块均可实现维修和更换零件等工作。

2.2 现场采集气体浓度

采集气体浓度的探测器的电流信号为4-20毫安。其电流信号采用“三取二”表决机制,其经隔离栅传入到三冗余AI卡件。这里的隔离栅是特别定制的,其作用是防止电流短路、防止雷击、以及保护滤波器件等。为了避免因硬件问题导致系统出现故障,其硬件采取的是分离式结构保护以及无耦合设计。通道之间各自独立,其中一个通道若出现问题,其他通道都不会受到影响,能正常運行。

2.3 双CPU处理逻辑任务

系统采用安全的CPU双冗余,两个CPU可以同时运行,其逻辑运算的速度有所提高。系统采用了CPU同步表决机制,若其中一个CPU不能正常运行时,另一个CPU不受影响,可以正常处理逻辑任务。

2.4 输出

系统的输出模块采用的是双冗余DO模块(保生产型)。模块将负载跟OVDC并联在一起,这种设计的优点是若线路有一条出现故障,其另一端的二极管特性就发挥作用。其模块的控制输出就是有效输出。

2.5 数据处理

通信网络是由以太网、工业交换机和工控机组成,CPU通过通信网络实现了彼此间的数据交换。数据的处理、显示等工作最终由工控机来进行。

3 软件程序的设计

3.1 PLC程序

软件程序的设计包含两部分,分别是PLC程序设计和上位机程序设计。在PLC程序设计中,关于逻辑程序及组态的开发所选用的是Prophecy Machine Edition软件。该软件对操作系统有要求,其运行环境必须是基于微软公司开发的Windows操作系统。Prophecy Machine Edition软件提供的系统是完整的,可自动化解决系统方案。PLC程序由三部分组成,分别为系统的冗余、硬件组态、主程序块。

(1)系统的冗余。在GMR Configuration中,采用Prophecy Machine Edition软件设置系统的冗余参数,可对CPU的数量和类型以及同步数据区间等进行设置,在机架中,也可对总线控制器的位置进行设置,还可以对AI模块和DO模块的表决方式等信息进行设置。

(2)硬件组态。在硬件组态过程中要完成硬件的组态功能。在以太网模块中,该站需设置一个网络地址。在总线控制器中,控制器间的交换数据空间要根据GMR组态生成的文件进行配置。

(3)主程序块。主程序块包含三大功能块,其主要是对数据进行采集、处理和输出的工作。为了对探测器的当前状态进行判断,以及实现报警提示,采用梯形图的方式在主程序块中编写逻辑。在采集数据时,先是读取数字,然后经一系列的处理,将探测器的电流转换成电压值。在处理数据时,为了判断探测器的当前状态,需将转换成的电压值设定高/低报警值。在输出数据时,依据探测器的动态状态,输出对应的控制状态。

3.2 上位机程序

为实现多数据的读入工作,上位机软件读取PLC数据采用的是数组方式,通过脚本程序将性质相同的多个数据以点的方式赋值给对应的程序点。上位机由总貌图、分布图(探测器)、查询功能、系统设置以及用户权限管理构成。总貌图可显示探测器的信息,包含浓度、单位、量程等。探测器分布图,直观的再现了现场的探测器的位置,根据分布图能快速的查找到探测器。查询功能是操作人员可以动态的查询到每个探测器的实时历史报警记录。

4 结语

综上可述,该监测系统,安全性较高,且系统运行情况正常,能有效的监测生产过程中有毒有害气体的浓度,并实时进行报警,既不影响生产工作,也保证了人们的安全。

参考文献

[1] 严卫国.大庆石化CPI装置有毒有害气体治理项目技术方案选择研究[D].吉林:吉林大学,2010.

[2] 吴建军,帅超.HART现场总线有毒有害气体探测器的设计[J].自动化与仪器仪表,2016(02).

[3] 苏岸廷.在《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》下的气体检测技术及其应用[J].轻工科技,2012(05).

作者简介: 崔少飞,北华航天工业学院,本科,飞行器制造工程专业。

分享: