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石油化工氮封系統(tǒng)儀表設(shè)計本文闡述了天津石化公司化工部油品裝置中的罐區(qū)增加氮封系統(tǒng)的創(chuàng)新，同時利用霍尼韋爾公司EPKS分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)了過程參數(shù)的集中采集、遠(yuǎn)程監(jiān)視和實時控制。重點論述了系統(tǒng)的組成和控制方案，對更新改造的問題進(jìn)行了分析和攻關(guān)。
石油化工氮封系統(tǒng)儀表設(shè)計關(guān)鍵詞：EPKS分散控制系統(tǒng);氮封閥; 控制器; 防浪涌保護(hù)器
0 石油化工氮封系統(tǒng)儀表設(shè)計 引言
油品在儲運(yùn)過程中，不可避免的存在油品損耗，同時儲罐呼出的油氣對環(huán)境和人身的傷害依然嚴(yán)重。特別是對油品容易氧化，需要保證油品品質(zhì)的儲罐，以上措施效果不佳。采用氮氣充填于固定頂油罐的油氣空間謂之氮封。因氮氣的密度小于油氣而浮于油氣之上故而形成氮封。 2013年6月化工部對11臺油品儲罐進(jìn)行儀表技術(shù)改造，將氮氣密封技術(shù)應(yīng)用在儲罐上。本次改造為“中石化股份天津分公司化工部油品裝置11臺儲罐增加氮封系統(tǒng)項目，將未實現(xiàn)氮封的油品儲罐完成氮封改造。所有甲醇罐頂放空連通，在排放總管上設(shè)氮封。你要是心疼氮氣用量就將自立式氮氣發(fā)改為壓力分程控制閥，一路控制排放，一路控制氮氣補(bǔ)入。這樣多花不了幾個錢。你也可以按照相同的方法去考慮別的儲罐氮封設(shè)置。一個參考建議，我們儲存的是TCE；在氮封管線與儲槽之間加個冷凝器，這樣就可以回收物料。然后進(jìn)氣和出氣都用調(diào)節(jié)閥采用分程控制，防空管線增加阻火器。
一個參考建議，我們儲存的是TCE；在氮封管線與儲槽之間加個冷凝器，這樣就可以回收物料。然后進(jìn)氣和出氣都用調(diào)節(jié)閥采用分程控制，防空管線增加阻火器。
該工程包括現(xiàn)場儀表更新更換施工及南北罐區(qū)控制系統(tǒng)擴(kuò)容改造組態(tài)調(diào)試。將現(xiàn)場6臺光纖液位計以及相關(guān)光纜和控制室內(nèi)相關(guān)的二次表盤柜進(jìn)行拆除，現(xiàn)場更新為雷達(dá)液位計。新增11臺壓力變送器于儲罐頂部，安裝于防護(hù)箱內(nèi)，變送器的遠(yuǎn)傳顯示表頭安裝于罐下利于觀測的合適位置。11臺儲罐各增加氮封閥一臺，根據(jù)罐內(nèi)壓力變化控制氮封閥門的開度。所有現(xiàn)場儀表信號送入油品控制室內(nèi)現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)，由于現(xiàn)有DCS系統(tǒng)容量已滿，需要擴(kuò)容。北罐區(qū)控制室內(nèi)新增EPKS C300機(jī)柜（C300系統(tǒng)）及操作站1套，替代原北罐區(qū)二次表機(jī)柜，并且在油品控制室內(nèi)新增一對交換機(jī)，通過光纜實現(xiàn)與北罐區(qū)新增C300控制系統(tǒng)的連接。南罐區(qū)在原有C200控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增一塊AI卡即可，站臺可利用現(xiàn)有備用點。
1 工藝流程簡介
氮氣密封技術(shù)就是用氮氣補(bǔ)充罐內(nèi)氣體空間。由于氮氣比油氣輕，所以氮氣浮在油氣上面。當(dāng)油罐進(jìn)行大、小呼吸排氣時，呼出罐外的是氮氣而不是油蒸氣。當(dāng)罐內(nèi)壓力降低時，氮氣則自動補(bǔ)充進(jìn)罐，減少油品的蒸發(fā)損耗，避免油品接觸氧化。如圖1所示。
2 儀表控制方案
氮封閥屬自立式調(diào)節(jié)閥，這樣就做到既隔絕空氣，又保證儲罐不變形的目的。如圖2所示。
此次罐區(qū)氮封系統(tǒng)改造主要是為了消除安全隱患其中zui重要的就是增加了罐頂壓力遠(yuǎn)傳到DCS上及就地顯示。這樣設(shè)計不僅在巡檢過程中隨時觀察氮封投用的情況，同時可以在控制室監(jiān)測氮封情況，并了解歷史趨勢及氮封投用記錄等情況。
這樣設(shè)計的目的主要出于安全及環(huán)保角度考慮。通過實時監(jiān)測壓力，有效降低空氣進(jìn)入油罐內(nèi)和油氣排出油罐外的可能性。同時，在氮封閥損壞、定時檢修時，通過實時監(jiān)測油罐壓力變化，有效防止環(huán)境污染和火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。
將原有光纖液位計改為德國SIEMENS公司的LR250非接觸式雷達(dá)液位計，精度等級可達(dá)到±3mm，實現(xiàn)更高精度的計量要求。
控制系統(tǒng)方面將罐區(qū)北罐原有二次儀表改造為Honeywell EPKS分散控制系統(tǒng)，利用人機(jī)界面和控制運(yùn)算功能以及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，將各油罐狀態(tài)及氮封投用情況在控制室里進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測、控制、操作和處理。
項目目標(biāo)是將新增儀表zui終接入現(xiàn)有化工部油品DCS系統(tǒng)，南罐區(qū)和站臺可以利用原系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，從而節(jié)約投資。新改造的北罐區(qū)控制系統(tǒng)采用霍尼韋爾公司EPKS C300控制器對現(xiàn)場儀表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，如圖3所示的新增C300控制器。
實現(xiàn)儀表參數(shù)進(jìn)行自動控制和自動調(diào)節(jié)，同時完成硬件、軟件及與油品控制室原DCS系統(tǒng)的通訊組態(tài)調(diào)試。如圖4所示。在網(wǎng)絡(luò)搭建及組態(tài)調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案：1）北罐新增控制系統(tǒng)與油品DCS網(wǎng)絡(luò)搭建。在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用原有光纖，實現(xiàn)EPKS C300與原有DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)搭建，如圖5所示。
其中，兩個控制室之間的交換機(jī)通過光纖和光電轉(zhuǎn)換器連接。首先，對光纖進(jìn)行調(diào)試，利用光纖測試筆，確認(rèn)利舊光纖的完好性。光纖利舊，不僅大大節(jié)約了成本，同時在光纖采購、光纖敷設(shè)等方面都縮短了工期，使項目的調(diào)試工作可以順利進(jìn)行。
2）項目組態(tài)在裝置未*停車狀態(tài)下完成。根據(jù)裝置特點，油罐區(qū)不能*停車來配合項目的實施，這就大大加大了控制系統(tǒng)組態(tài)的工作量及難度。改造前將部分回路接線挪至舊的C200系統(tǒng)機(jī)柜，隨之儀表工程師將在C200系統(tǒng)里為這些回路進(jìn)行建點組態(tài)，使它們能夠正常顯示，新機(jī)柜上電后，再將回路接線挪回至新機(jī)柜，這樣控制系統(tǒng)的組態(tài)不僅配合著工藝生產(chǎn)的要求，同時每個點都必須組態(tài)調(diào)試兩遍。
3）解決模擬信號DCS上沒有顯示的問題。網(wǎng)絡(luò)搭接、系統(tǒng)組態(tài)完成后，模擬信號在DCS上沒有顯示，通過分段排查，現(xiàn)場儀表進(jìn)入控制室AI卡之前的信號正常，通過AIDCS服務(wù)器和操作站產(chǎn)生影響，因此需要對防病毒軟件進(jìn)行個性化配置，避免病毒掃描機(jī)制對系統(tǒng)的服務(wù)器和操作站的常規(guī)服務(wù)產(chǎn)生干擾；廠家都會對各種通用的病毒軟件進(jìn)行過系統(tǒng)測試，所提供的解決方案更加成熟可靠。
2）病毒防護(hù)軟件安裝后需定期更新病毒屬性庫，有些屬性庫查殺病毒時會誤刪機(jī)器內(nèi)的有用文件，廠家提供的方案和病毒庫文件均已在系統(tǒng)中經(jīng)過運(yùn)行驗證，在各自的系統(tǒng)中使用被證明是安全的，如HONEYWELL公司認(rèn)證的防護(hù)軟件為Mcafee或Norton的軟件產(chǎn)品，EMERSON公司認(rèn)證的病毒防護(hù)軟件為SYMANTEC的產(chǎn)品。
3 安全防護(hù)的管理手段
上述技術(shù)措施能夠比較有效地阻斷計算機(jī)病毒由上層管理網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)的傳播和非法用戶的侵入，而發(fā)生在系統(tǒng)維護(hù)和管理過程中的病毒風(fēng)險和危害則必須通過采取嚴(yán)格的管理手段來規(guī)避[4]。
1）封堵計算機(jī)USB口。事實證明大量的病毒是通過使用U盤進(jìn)行傳播的，要切斷此種類型的病毒傳播必須將DCS、PLC操作站對USB口進(jìn)行封堵，主機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)改用PS/2接口形式，維護(hù)期間拷貝文件采用光盤刻錄的方式。
2）對于系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行Ghost備份，并將Ghost文件分別放在本機(jī)、相鄰主機(jī)和活動硬盤中，一旦發(fā)現(xiàn)病毒即可切斷網(wǎng)絡(luò)連接快速進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)。
3）應(yīng)定期對系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)庫、流程圖源文件和其它工程組態(tài)文件進(jìn)行分層次備份，對于大容量的系統(tǒng)備份建議使用新的、活動硬盤，并規(guī)定只能用于控制系統(tǒng)備份，嚴(yán)禁與辦公電腦交叉使用。
4）對采用非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)建議不要將各操作站和服務(wù)器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，防止計算機(jī)病毒通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳播，如HONEYWELL的TPS系統(tǒng)。
5）斷開不必要的系統(tǒng)連接，如OPC、ModBusTCP等連接，盡量減少控制系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)的。
6）嚴(yán)格系統(tǒng)的密碼管理，并定期對系統(tǒng)密碼進(jìn)行修改。
7）對于已經(jīng)部署的病毒防護(hù)軟件應(yīng)定期對病毒屬性庫進(jìn)行更新升級，以保證病毒軟件的實際有效性，更新的周期和屬性庫的選擇應(yīng)參照系統(tǒng)廠家所提供的成熟方案進(jìn)行。
4 結(jié)束語
控制系統(tǒng)的安全防護(hù)是當(dāng)前石化企業(yè)儀表管理技術(shù)人員無法回避的課題，隨著企業(yè)逐漸采取扁平化管理方式，系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換情況越來越多，病毒傳播和非法侵入已成為控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的巨大威脅。本文針對上述課題從技術(shù)和管理兩個方面簡要闡述了企業(yè)所能采取的基本措施和安全防護(hù)原則，石化企業(yè)可根據(jù)各自系統(tǒng)特點和防護(hù)原則設(shè)計安全防護(hù)策略。
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