淺析自動(dòng)化控制如何應(yīng)用于化工安全生產(chǎn)

胡水連(浙江和邦安全技術(shù)有限公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

化工企業(yè)涉及的化工原料、產(chǎn)品比較多，以易燃易爆、有毒、腐蝕性等特點(diǎn)的原料占大多數(shù)，與此同時(shí)，在化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用工藝、技術(shù)以及設(shè)備都相對(duì)較為繁瑣、復(fù)雜，特別是涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工項(xiàng)目。所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中安全條件也較為苛刻[1]。因此就導(dǎo)致了相關(guān)工作人員在實(shí)際操作中要切實(shí)保障化工裝置的安全性及可靠性。所以在當(dāng)前的時(shí)代背景下，化工企業(yè)生產(chǎn)過程中需要進(jìn)一步加強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)的廣泛使用，這樣才能避免化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)較大的安全問題，同時(shí)也可以讓化工企業(yè)自身的社會(huì)影響力、經(jīng)濟(jì)效益得到全面提高，進(jìn)而提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭能力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)的發(fā)展。

1 應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)化工安全生產(chǎn)重要性

通常，化工企業(yè)涉及使用易燃易爆、有毒、腐蝕性的原輔料，通過化學(xué)過程或物理過程，生產(chǎn)大量的化工產(chǎn)品，大部分化工產(chǎn)品具有易燃易爆、有毒等特點(diǎn)。所以，化工企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在著較大的安全隱患，同時(shí)也直接影響到化工企業(yè)的正常穩(wěn)定的運(yùn)營。一旦出現(xiàn)安全事故之后，也可能會(huì)對(duì)于企業(yè)內(nèi)部員工造成重大人身傷害，還可能會(huì)引發(fā)生命危險(xiǎn)，所以這就需要進(jìn)一步加強(qiáng)化工安全生產(chǎn)工作。為了有效解決和處理化工安全問題就需要加強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)廣泛運(yùn)用。通過采用自動(dòng)化控制技術(shù)不僅可以有效縮減人工操作環(huán)節(jié)，而且，還可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工操作缺陷和弊端，提高工作效率和工作質(zhì)量。在實(shí)際化工生產(chǎn)的過程當(dāng)中，一旦發(fā)生突發(fā)性狀況，通過利用自動(dòng)化控制技術(shù)也能夠及時(shí)進(jìn)行處理和反應(yīng)，減少不必要的損失。化工企業(yè)在生產(chǎn)工作過程中通過加強(qiáng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)廣泛運(yùn)用，針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行有效管理和監(jiān)控，同時(shí)也可以在發(fā)生故障的情況下快速找到故障產(chǎn)生原因，并且第一時(shí)間通知相關(guān)人員進(jìn)行有效處理，降低事故發(fā)生概率，同時(shí)也避免事故一旦發(fā)生之后造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1]。

2 自動(dòng)化控制化工安全生產(chǎn)應(yīng)用

2.1 故障診斷系統(tǒng)

在化工企業(yè)生產(chǎn)工作的過程中，通常大多數(shù)故障都是來自機(jī)械設(shè)備?；ぴ贤ǔ６季邆淞烁g性、易燃易爆性等特點(diǎn)，另外化工生產(chǎn)過程中也存在著設(shè)備老化、磨損等不良狀況，工作人員若是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備故障問題熟視無睹，不進(jìn)行合理及科學(xué)的處理很容易導(dǎo)致設(shè)備損壞進(jìn)一步加劇，同時(shí)也可能導(dǎo)致安全事故問題造成人員傷亡。所以這就需要企業(yè)管理人員能夠針對(duì)于故障引起高度的重視，要采取合理科學(xué)措施對(duì)故障進(jìn)行處理。通過加強(qiáng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的利用，不僅僅可以有效分析及監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)，一旦發(fā)生相關(guān)設(shè)備故障之后可以及時(shí)的給予提示，促使故障問題得到快速有效解決，同時(shí)保障化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)正常穩(wěn)定的生產(chǎn)[2]。

2.2 化工生產(chǎn)報(bào)警系統(tǒng)

對(duì)于化工企業(yè)來講，生產(chǎn)過程中需要加強(qiáng)報(bào)警系統(tǒng)廣泛運(yùn)用，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，比如設(shè)備出現(xiàn)故障或者相關(guān)工作人員操作失誤以及設(shè)備溫度較高或者是突發(fā)性停水停電等，報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，得到了報(bào)警信息之后就能夠及時(shí)采取合理的措施對(duì)于問題加以解決，促使設(shè)備恢復(fù)正常穩(wěn)定的運(yùn)行[3]。

2.3 緊急停運(yùn)系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)過程中，需要加強(qiáng)緊急停運(yùn)系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用，緊急停運(yùn)系統(tǒng)主要就是指報(bào)警系統(tǒng)被啟動(dòng)之后促使生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化停止，屬于一種相對(duì)安全穩(wěn)定系統(tǒng)，通過利用緊急停運(yùn)系統(tǒng)不僅可以切實(shí)保障相關(guān)生產(chǎn)人員人身安全，同時(shí)也可以促使生產(chǎn)設(shè)備不受損壞，避免出現(xiàn)二次事故產(chǎn)生。一般情況之下，緊急停運(yùn)系統(tǒng)主要包括下列運(yùn)作模式，第一，生產(chǎn)設(shè)備需要維護(hù)以及保養(yǎng)過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化停運(yùn)；第二，設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)性異常，比如管道堵塞或者是損壞等問題實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化停運(yùn)；第三，設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)作之下，例如設(shè)備所受壓力比較大或者是設(shè)備自身的溫度偏高等情況下設(shè)備會(huì)自行停運(yùn)[4]。

3 化工企業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 自動(dòng)連鎖報(bào)警系統(tǒng)

在化工企業(yè)生產(chǎn)的過程中，大多設(shè)備都是長時(shí)間處于高溫、高壓的狀態(tài)下運(yùn)行，一旦溫度壓力超出臨界值之后將會(huì)對(duì)設(shè)備造成重大損壞，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致重大風(fēng)險(xiǎn)隱患或者安全事故問題。針對(duì)化工企業(yè)來講，需要針對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)完善和創(chuàng)新，要促使設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)得到更加良好管理和監(jiān)控，這樣才能夠保障生產(chǎn)設(shè)備順利、穩(wěn)定以及安全運(yùn)作。與此同時(shí)，若是發(fā)現(xiàn)安全事故問題，也可以通過采用自動(dòng)化聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，通知操作人員，有利于操作人員及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理，有利于在較短時(shí)間之內(nèi)讓問題得到解決，化解危機(jī)。切實(shí)保障操作人員人身安全，同時(shí)可以避免化工企業(yè)重大經(jīng)濟(jì)損失[5]。

3.2 輔助工具

針對(duì)于危險(xiǎn)以及可操作分析進(jìn)行分析，其主要也被稱之為HAZOP，HAZOP 分析方式屬于過程系統(tǒng)危險(xiǎn)分析當(dāng)中比較重要一種評(píng)價(jià)方式，能夠針對(duì)于系統(tǒng)當(dāng)中的每一大元件進(jìn)行更加全面的分析和研究，在其中重要參數(shù)如果偏離了指定設(shè)計(jì)條件將可能會(huì)導(dǎo)致相對(duì)危險(xiǎn)以及可操作性問題。在2013 年6 月20 號(hào)，國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部以及安全監(jiān)管總局已經(jīng)頒發(fā)了進(jìn)一步強(qiáng)化化學(xué)品項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理的重要通知，在文件當(dāng)中指出，應(yīng)當(dāng)針對(duì)于首次設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目以及兩重點(diǎn)一重大項(xiàng)目，進(jìn)行HAZOP 的分析工作；其次，對(duì)于新建的化工裝置而言，也需要必須配備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，要求相關(guān)人士結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果以及工藝過程危險(xiǎn)分析結(jié)果，確定是否需要配備安全儀表系統(tǒng)。對(duì)于存在著相對(duì)危險(xiǎn)化工工藝大型建設(shè)項(xiàng)目，也需要根據(jù)石油化工安全儀表系統(tǒng)規(guī)范以及安全儀表系統(tǒng)功能規(guī)范進(jìn)行合理科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

在目前精細(xì)化生產(chǎn)通常都是采用半間歇性以及間歇性操作作為主體，其中工藝相對(duì)較為復(fù)雜以及多變，在當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)操作人員相對(duì)較多，同時(shí)自動(dòng)化控制水平相對(duì)較為低下，依然存在著一部分的企業(yè)缺乏對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)的高度認(rèn)知，同時(shí)沒有深入了解和掌握相關(guān)工藝控制要點(diǎn)，特別容易導(dǎo)致中毒事故、爆炸、火災(zāi)，甚至還會(huì)導(dǎo)致群死群傷等等。2017 年1 月5 號(hào)，國家安全監(jiān)管總局頒布了加強(qiáng)精細(xì)化安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作指導(dǎo)意見。在文件當(dāng)中要求各地方監(jiān)管部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合本地區(qū)實(shí)際狀況督促以及指導(dǎo)有關(guān)企業(yè)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，并且應(yīng)當(dāng)對(duì)于評(píng)估結(jié)論進(jìn)行積極跟蹤研判，以及掌握本區(qū)域之內(nèi)企業(yè)實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)狀況。通過進(jìn)行精細(xì)化的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有利于對(duì)于反應(yīng)工藝危險(xiǎn)程度進(jìn)行明確，同時(shí)能夠促使安全設(shè)施設(shè)計(jì)得到有效的改善，還能夠讓風(fēng)險(xiǎn)控制措施得到進(jìn)一步優(yōu)化和完善，有效提高企業(yè)安全水平，促使安全事故得到合理科學(xué)的防范。

化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃?xì)怏w及火災(zāi)檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)等。安全儀表系統(tǒng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)(例如分散控制系統(tǒng)等)，生產(chǎn)正常時(shí)處于休眠或靜止?fàn)顟B(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導(dǎo)致安全事故的情況時(shí)，能夠瞬間準(zhǔn)確動(dòng)作，使生產(chǎn)過程安全停止運(yùn)行或自動(dòng)導(dǎo)入預(yù)定的安全狀態(tài)，必須有很高的可靠性(即功能安全)和規(guī)范的維護(hù)管理，如果安全儀表系統(tǒng)失效，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，近年來發(fā)達(dá)國家發(fā)生的重大化工(危險(xiǎn)化學(xué)品)事故大都與安全儀表失效或設(shè)置不當(dāng)有關(guān)。2014 年11 月13 日，國家安全監(jiān)管總局頒布了國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見，文件中要求，從2018 年1 月1 日起所有新建涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施要設(shè)計(jì)符合要求的安全儀表系統(tǒng)。對(duì)于涉及“兩重點(diǎn)一重大”在役生產(chǎn)裝置或設(shè)施的化工企業(yè)和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存單位，要在全面開展過程危險(xiǎn)分析(如危險(xiǎn)與可操作性分析)基礎(chǔ)上，通過風(fēng)險(xiǎn)分析確定安全儀表功能及其風(fēng)險(xiǎn)降低要求。

4 小結(jié)

根據(jù)以上幾點(diǎn)及相應(yīng)的政府文件分析，對(duì)輔助方法總結(jié)如下。

(1)針對(duì)化工企業(yè)開展危險(xiǎn)與可操作性分析的，對(duì)于結(jié)論為采取防護(hù)措施后，風(fēng)險(xiǎn)可接受，則企業(yè)已有的DCS 或PLC 控制系統(tǒng)可以滿足控制要求。對(duì)于結(jié)論為采取防護(hù)措施后，風(fēng)險(xiǎn)不可接受，則企業(yè)需要采取其他措施(如增加聯(lián)鎖、安全儀表系統(tǒng)等)，才能滿足控制要求。

(2)開展精細(xì)化工反應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)于反應(yīng)工藝危險(xiǎn)度為1 級(jí)的工藝過程，應(yīng)配置常規(guī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)主要反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控及自動(dòng)調(diào)節(jié)(DCS 或PLC)。對(duì)于反應(yīng)工藝危險(xiǎn)度為2 級(jí)、3 級(jí)的工藝過程，均采取其他安全措施，及設(shè)置相應(yīng)的安全儀表系統(tǒng)。對(duì)于反應(yīng)工藝危險(xiǎn)度為4 級(jí)、5 級(jí)的工藝過程，均需采取其他安全措施，及配置獨(dú)立的安全儀表系統(tǒng)。

(3)化工企業(yè)首先應(yīng)開展SIL 定級(jí)，即使用保護(hù)層分析(LOPA)這種半定量的分析方法來確定每一個(gè)安全儀表功能(SIF)的安全完整性等級(jí)(SIL)。

安全完整性等級(jí)分為SIL0、SILa、SIL1、SIL2、SIL3，若SIL等級(jí)為SIL0、SILa 的，則表明不需要安裝安全儀表系統(tǒng)，若SIL等級(jí)為SIL1、SIL2、SIL3 的，則表明需要安裝安全儀表系統(tǒng)。

對(duì)于需要安裝安全儀表系統(tǒng)的，先開展SIL 驗(yàn)證，明確控制點(diǎn)、閥門靈敏度等關(guān)鍵信息。安全儀表系統(tǒng)安裝完成后，需要進(jìn)行SIL 確認(rèn)，確認(rèn)報(bào)告應(yīng)保證安全儀表系統(tǒng)已經(jīng)滿足安全要求規(guī)范。

5 結(jié)語

綜上所述，化工生產(chǎn)過程中自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用是不可忽視重要一個(gè)部分，針對(duì)涉及“兩重點(diǎn)一重大”的化工裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存設(shè)施應(yīng)采取更多的評(píng)價(jià)方法，驗(yàn)證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性，確保化工企業(yè)安全生產(chǎn)。自動(dòng)化控制有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，能夠促使化工企業(yè)日常生產(chǎn)效率以及安全性得到全面的提升，同時(shí)讓化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)健康、穩(wěn)定及可持續(xù)的發(fā)展。