0 引言
高壓加氫裝置反應系統(tǒng)的緊急泄壓是確保裝置安全的關鍵環(huán)節(jié)之一，通常通過切斷閥和限流孔板串聯(lián)實現(xiàn)，也有采用調(diào)節(jié)閥按幾種不同的預定開度進行分段泄壓的方式，該文介紹一種通過調(diào)節(jié)閥連續(xù)開度調(diào)節(jié)實現(xiàn)按期望的泄壓速率進行緊急泄壓的方法，該方法在國內(nèi)某高壓加氫裝置中成功應用，下面針對設計實施過程中應注意的一些問題進行簡要闡述。
1 概述
采用切斷閥和限流孔板串聯(lián)實現(xiàn)反應系統(tǒng)緊急泄壓已有很多的應用實例，但在實際操作中存在泄放流速不穩(wěn)定的缺點。在泄壓初期，由于限流孔板前的壓力等于泄壓啟動前的反應系統(tǒng)工作壓力，壓力值相對較大，這時通過限流孔板的泄放流速比較大。隨著時間的推移，反應系統(tǒng)壓力下降后，通過限流孔板的泄放流速會相對較小。為在規(guī)定時間內(nèi)降壓到目標值，降壓初期的泄放流速峰值較大，泄放流速過大對固定床反應器影響相對小些，但對沸騰床反應器將帶來諸多不利，如催化劑流失、反應器內(nèi)件受損等。采用調(diào)節(jié)閥按幾種不同的預定開度進行分段泄壓，雖然對此有一定改善但尚有不足，通過調(diào)節(jié)閥連續(xù)開度調(diào)節(jié)進行反應系統(tǒng)緊急泄壓可以有效地解決該問題，即在整個泄壓過程中盡量保持同一泄放流速泄壓，初期調(diào)節(jié)閥開度較小，隨著反應系統(tǒng)壓力的下降，調(diào)節(jié)閥開度逐漸開大，補償因閥前壓力下降而引起的實際流通Cv值的下降，以實現(xiàn)平穩(wěn)泄壓的目的。泄放流速的相對平穩(wěn)對于保護反應器內(nèi)件、防止催化劑流失等具有非常重要的作用。兩種泄壓方式泄放流速對比如圖1所示（圖中所示曲線僅為示意，實際應用中會有偏差）。

2 緊急泄壓模式
反應系統(tǒng)的緊急泄壓模式需根據(jù)裝置工藝條件確定，包括不同緊急狀態(tài)下的泄壓順序、泄壓速率、泄放流速及時間。對于因操作條件越限引起的聯(lián)鎖泄壓，一般先將系統(tǒng)壓力泄到一個相對安全的點，然后根據(jù)裝置的狀態(tài)決定是繼續(xù)泄壓還是等待恢復系統(tǒng)；對于非常緊急的情況，則將系統(tǒng)壓力直接泄到最安全的點。下面以該高壓加氫裝置為例具體說明。該例中通過控制調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)泄放流速，從而達到在規(guī)定的時間內(nèi)按期望的泄壓速率進行泄壓。
緊急泄壓設18MPa（G）-10MPa（G）和18MPa（G）-3MPa（G）兩種模式，泄壓速率控制在0.6MPa/min。從反應系統(tǒng)的正常壓力18.461MPa降到10MPa約需15min。
18MPa-10MPa的泄壓模式由相關的聯(lián)鎖條件自動觸發(fā)啟動，18MPa-3MPa的泄壓模式由緊急泄壓手動按鈕啟動（放置在控制室輔助操作臺上）。
泄壓過程由2個并聯(lián)的調(diào)節(jié)閥HV-101A/B按預定的斜坡函數(shù)（ramp1和ramp2）給定值實施分程控制，采用2個調(diào)節(jié)閥使泄壓系統(tǒng)安全可靠，并且具有較寬的可調(diào)范圍。如果實際操作中由于各種原因1個調(diào)節(jié)閥的流通能力不能實現(xiàn)規(guī)定的泄壓速率，調(diào)節(jié)閥HV-101B會在調(diào)節(jié)閥HV-101A打到全開位置后，投入控制逐漸開啟，以實現(xiàn)期望的泄壓速率。
HV-101A/B分程控制如圖2所示。

3 緊急泄壓
緊急泄壓流程如圖3所示。

a）當工藝聯(lián)鎖觸發(fā)后，泄壓程序被啟動，第一步泄壓目標是10MPa。當達到10MPa后，如果沒有進一步的潛在風險，系統(tǒng)會自動關閉HV-101A/B，維持系統(tǒng)壓力在10MPa，隨后操作員可根據(jù)具體情況進行相應的操作，如恢復系統(tǒng)壓力等。
b）當達到泄壓目標10MPa時，系統(tǒng)仍然存在潛在風險，操作員可以在判斷情況后，手動啟動第二步泄壓（HS-203），將系統(tǒng)壓力進一步降低到3MPa。在某些比較緊急的情況下，操作員也可以直接啟動手動泄壓按鈕（HS-203），這樣18MPa（G）3MPa（G）的泄壓模式立即被觸發(fā)，系統(tǒng)壓力將分兩步連續(xù)泄壓，第一步泄壓到10MPa（G），第二步繼續(xù)泄壓到3MPa（G）。兩步泄壓曲線如圖4所示（ramp1和ramp2可根據(jù)不同的工藝操作要求做適當?shù)恼{(diào)整）。

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4 反應系統(tǒng)壓力值的選取
由于緊急泄壓采用以反應系統(tǒng)壓力為目標值的分程控制，所以壓力控制回路測量值（PV）非常重要，設置了3個獨立的壓力變送器，采用取中值（等同于三取二）的算法，確保壓力控制回路PV值的可靠性。
5 調(diào)節(jié)閥的選取
由工藝提出期望的平穩(wěn)泄放流速，按此流速及差壓值9.6MPa（第一步系統(tǒng)泄壓目標壓力10MPa減去閥后管網(wǎng)的壓力0.4MPa），計算出相應的Cv值，然后留一定余量，得出調(diào)節(jié)閥的選用Cv值。利用該Cv值核算調(diào)節(jié)閥HV-101A/B是否有足夠的流通能力完成第二步的泄壓，即按照0.6MPa/min泄壓速率將系統(tǒng)壓力從10MPa進一步降低到3MPa。核對方法：只要2倍選用差壓為2.6MPa時的流通能力（Cv值）能夠滿足泄放流速的要求，并有適當?shù)挠嗔考纯?。儀表專業(yè)應提供調(diào)節(jié)閥的最終Cv值給工藝專業(yè)作緊急泄壓配套管網(wǎng)設計依據(jù)。由于緊急泄壓系統(tǒng)管路相對單一，中間沒有換熱器等設備，調(diào)節(jié)閥前后壓力基本上等于反應系統(tǒng)壓力和管網(wǎng)壓力之間的壓力差，在選取調(diào)節(jié)閥Cv值時只要留有很少的余量即可，這樣可以減少系統(tǒng)管網(wǎng)的設計成本。需要注意的是，在系統(tǒng)管網(wǎng)設計時需要考慮可能由于控制的故障或調(diào)節(jié)閥本身的故障造成HV-101A/B都處于全開的位置；閥前壓力為反應系統(tǒng)的正常壓力時，泄放流速會相對較大，管網(wǎng)設計應能承受這個泄放流速。
該裝置反應系統(tǒng)的泄壓方案為今后更改留有余地，調(diào)節(jié)閥HV-101A/B可以根據(jù)反應系統(tǒng)壓力PT-101進行壓力回路PID的分程控制，同時又可以根據(jù)實際操作需要實現(xiàn)控制室或現(xiàn)場的手動兩位式開閥或關閥操作，調(diào)節(jié)閥選用雙氣缸調(diào)節(jié)閥，同時具有連續(xù)調(diào)節(jié)/兩位式開閥/兩位式關閥功能，以2位3通電磁閥為例的氣路連接如圖5所示，實際應用中可以根據(jù)具體功能的不同要求簡化氣路連接。

電磁閥S1和S2的狀態(tài)和調(diào)節(jié)閥狀態(tài)對應值見表1所列。

裝置正常運行中應避免緊急泄放閥HV-101A/B的故障打開，為此HV-101A/B選用FC閥門。為了在氣源故障時也能實施緊急泄壓，調(diào)節(jié)閥HV-101A/B均配置了儲氣罐，在氣源故障時，調(diào)節(jié)閥仍然可以正常打開和關閉一次。
6 控制和邏輯的實現(xiàn)
緊急泄壓由裝置的相關聯(lián)鎖邏輯觸發(fā)，緊急泄壓的分程控制和泄壓速率的斜坡函數(shù)等由相應的運算及控制模塊實現(xiàn)。
a）在正常工況下，PIC-101處于鎖定狀態(tài)，輸出強制為0，確保HV-101A/B處于全關狀態(tài)。
b）當泄壓邏輯被觸發(fā)后，泄壓曲線ramp1被自動啟動，PIC-101被強制到自動模式，通過分程控制自動調(diào)節(jié)HV-101A/B的開度。系統(tǒng)壓力將按照0.6MPa/min的下降速率通過HV-101A/B的逐步打開下降到10MPa。當系統(tǒng)壓力達到10MPa后，如果手動泄壓（控制室輔助操作臺手動按鈕）沒有被啟動，系統(tǒng)自動強制PIC-101到手動模式，并輸出為0，HV-101A/B處于全關狀態(tài)。
c）當泄壓邏輯被復位后，PIC-101自動被強制處于鎖定狀態(tài)，輸出強制為0，確保HV-101A/B處于全關狀態(tài)。
d）當手動泄壓被觸發(fā)后，泄壓曲線ramp2被自動啟動，PIC-101被強制達到自動模式，通過分程控制自動調(diào)節(jié)HV-101A/B的開度。第一步，系統(tǒng)壓力將按照0.6MPa/min的下降速率通過HV-101A/B的逐步打開下降到10MPa；第二步，系統(tǒng)壓力將按照0.6MPa/min的下降速率通過HV-101A/B的進一步打開而下降到3MPa。當泄壓邏輯被復位后，PIC-101自動被強制處于鎖定狀態(tài)，輸出強制為0，確保HV-101A/B處于全關狀態(tài)。
e）當手動泄壓被觸發(fā)后，泄壓系統(tǒng)首先判定當前是否正處于第一步泄壓過程中，如果不是，則按步驟d）中的程序開始泄壓。如果正處于第一步泄壓過程中（即在手動泄壓被觸發(fā)前，泄壓邏輯已經(jīng)由于工藝過程的原因而被觸發(fā)了），則需要等待系統(tǒng)壓力被降低到10MPa后，再從ramp2的t1處繼續(xù)開始泄壓到3MPa。
7 結(jié)束語
該裝置在調(diào)試、聯(lián)運及投產(chǎn)后的計劃開停工過程中，采用調(diào)節(jié)閥方式的緊急泄壓系統(tǒng)進行了多次測試及實際應用，都達到了良好的控制效果，符合設計要求，泄壓過程中保持了相對平穩(wěn)的泄放流速，在預期的時間內(nèi)達到了設定的泄壓目標值。通過實際應用說明了調(diào)節(jié)閥在石油化工裝置中的應用為一種有效的方式。