化工行業(yè)控制系統(tǒng)安全故障應(yīng)用實踐

劉慧芳　李尚昆

摘 要：隨著國家的發(fā)展，能源消耗不斷增加，現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，化工行業(yè)對安全生產(chǎn)的要求逐年提高。安全生產(chǎn)是現(xiàn)代化工生存和發(fā)展的必要基礎(chǔ)，也是構(gòu)建和諧社會、實現(xiàn)全面小康社會的重要保障。本文針對化工行業(yè)安全生產(chǎn)的問題進(jìn)行了簡單分析，并對當(dāng)前化工行業(yè)控制系統(tǒng)安全故障工作中存在的問題進(jìn)行簡單描述。

關(guān)鍵詞：化工行業(yè);控制系統(tǒng);安全故障;應(yīng)用

0 引言

化工生產(chǎn)行業(yè)風(fēng)險高、工藝流程復(fù)雜、操作要求嚴(yán)格且伴有易燃易爆、有毒有害等特點，稍有疏忽，則會在生產(chǎn)過程中引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失，危及生命安全，也會破壞周邊環(huán)境，對居民的正常生活產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，新時代背景下的化工企業(yè)必須要從根源上降低安全事故的發(fā)生幾率，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，結(jié)合不斷優(yōu)化的工業(yè)控制系統(tǒng)，確保整個生產(chǎn)過程“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

1 化工行業(yè)常見的安全隱患

1.1 產(chǎn)品材料的安全隱患

化工行業(yè)在工藝生產(chǎn)過程中往往涉及到多種易燃易爆炸、有毒有害的介質(zhì)，比如各種氣體、粉塵、催化劑、化學(xué)材料及其衍生物，在工藝操作過程中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)人員需要小心謹(jǐn)慎對待這些化工介質(zhì)，避免威脅自身安全。另外，在提煉加工原油的過程，為了保證一定的純度和成功率，不得不用到一些具有腐蝕性的物質(zhì)，甚至有部分帶有一定的毒性。眾多安全事故發(fā)生的根源正是因為沒有正確妥善處理這些物質(zhì)。技術(shù)人員和生產(chǎn)人員必須保證整個過程毫無紕漏，做到萬無一失。

1.2 生產(chǎn)設(shè)備存在的安全隱患

化工生產(chǎn)過程有很多化學(xué)反應(yīng)和物理變化，這些過程往往是在高溫高壓條件下進(jìn)行的，這對設(shè)備要求極高，也需要一定的外部條件來運(yùn)行。而且，由于化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模龐大，生產(chǎn)體積和反應(yīng)材料數(shù)量較大，大大增加了設(shè)備運(yùn)行壓力。生產(chǎn)設(shè)備長期處于高負(fù)荷環(huán)境使得機(jī)械內(nèi)部零件壽命縮短，容易出現(xiàn)故障，技術(shù)人員需要及時維修和保養(yǎng)，排查有關(guān)問題。不僅如此，生產(chǎn)人員錯誤的操作指令也會給機(jī)械設(shè)備帶來損傷，機(jī)械設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)導(dǎo)致后期安全事故發(fā)生幾率增長。

1.3 生產(chǎn)過程中的安全隱患

化工生產(chǎn)本身存在眾多不可預(yù)測的反應(yīng)因素，在生產(chǎn)過程中由于各種物質(zhì)不穩(wěn)定性和苛刻的生產(chǎn)環(huán)境，很容易在生產(chǎn)過程中因各種條件沒有控制得當(dāng)或者反應(yīng)具有的副反應(yīng)副產(chǎn)物等原因，造成火災(zāi)等事故。除了生產(chǎn)過程中的反應(yīng)帶來的安全隱患外，其他環(huán)節(jié)的疏漏也能造成一定程度的危害，比如存儲甲醇的甲醇罐進(jìn)出口閥門管理不當(dāng)造成泄漏，或者運(yùn)輸中出現(xiàn)泄漏造成環(huán)境污染產(chǎn)生隱患等。一旦化工事故發(fā)生，不僅損失的經(jīng)濟(jì)效益很難挽回，也會造成一定的人員傷亡，還會導(dǎo)致環(huán)境污染。

2 化工行業(yè)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 CPU負(fù)荷的優(yōu)化

化工裝置常采用分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)，CPU負(fù)荷率非常高，有些生產(chǎn)單元甚至超過了70%，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。通過增加控制器的方式對其進(jìn)行優(yōu)化，且控制器冗余配置，每套控制器可獨立運(yùn)行，避免控制器出現(xiàn)故障導(dǎo)致工藝停車。每對控制器為熱備工作狀態(tài)，主控制器出現(xiàn)故障，備用控制器立即啟用?，F(xiàn)場巡檢過程中如發(fā)現(xiàn)CPU負(fù)荷率過高，可通過在線切換控制器的方式降低負(fù)荷，滿足現(xiàn)場工作要求。同時在系統(tǒng)設(shè)計階段，通過計算控制器負(fù)荷，合理分配I/O點數(shù)，控制器負(fù)荷一般控制在50%以下。

2.2 通訊方式的優(yōu)化

控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)采用硬接線的方式，取代原來控制器之間通過通訊的方式進(jìn)行的聯(lián)鎖控制。對于參與緊急停車的控制信號，采用“一進(jìn)兩出”安全柵，既減少了系統(tǒng)配置，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，也增加了信號傳輸?shù)目煽啃院桶踩?，從而保障了現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

2.3 重要壓縮機(jī)組的系統(tǒng)配置

大型設(shè)備、大型壓縮機(jī)組通常是化工工藝的關(guān)鍵設(shè)備，大型壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行是保證工藝流程連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵節(jié)點，因此，對于大型設(shè)備、大型壓縮機(jī)組，一般單獨配置控制系統(tǒng)，增設(shè)工程師站和操作站，獨立完成機(jī)組運(yùn)行，達(dá)到“集中操作、分散控制”的目的，給操作人員提供了更加安全可靠的監(jiān)視控制功能，更好地實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前國內(nèi)大型壓縮機(jī)組一般采用ITCC三重化冗余控制系統(tǒng)，每套CPU可獨立運(yùn)行，通過“三取二”表決器輸出結(jié)果。同時對于導(dǎo)致聯(lián)鎖停車的信號，通常分配三個獨立的信號通道進(jìn)行“三取二”聯(lián)鎖模式，從控制系統(tǒng)的角度減少了故障信號導(dǎo)致停車的幾率，提高安全生產(chǎn)。

2.4 控制功能的優(yōu)化

在中央控制室設(shè)置輔助操作臺，增設(shè)緊急停車按鈕，同時設(shè)置遠(yuǎn)程I/O站，更好地滿足了遠(yuǎn)程緊急停車控制功能。其次在操作畫面上設(shè)置了操作權(quán)限，針對不同的控制功能確定不同的權(quán)限級別，保證了人員操作的可靠性。

2.5 控制系統(tǒng)UPS電源的配置

針對目前主要存在的多套控制系統(tǒng)共用一套電源系統(tǒng)、個別控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)未實現(xiàn)冗余配置、個別控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng)的切換時間未達(dá)到規(guī)定切換時間以及電源系統(tǒng)的工作方式、狀態(tài)、報警等未進(jìn)入控制系統(tǒng)等問題，提出了綜合改造方案，首先配置兩路UPS電源和一路市電，兩路UPS電源實行無擾動切換控制，其次對UPS電源的工作狀態(tài)和報警狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)視，同時根據(jù)UPS電源的負(fù)荷分配控制系統(tǒng)負(fù)荷，保證了控制系統(tǒng)電源的雙路冗余配置及電源之間的相互獨立。

2.6 邏輯控制的優(yōu)化

邏輯控制的主要功能是對化工工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗和工藝控制要求，不斷改進(jìn)、優(yōu)化控制程序，滿足工藝控制要求，實現(xiàn)自動化控制。

3 新形勢下加強(qiáng)控制系統(tǒng)安全保障措施

3.1 管理體系建設(shè)

①在設(shè)計控制系統(tǒng)的過程中需要遵循設(shè)計規(guī)范，以專業(yè)的手段來統(tǒng)一企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制等，展開相關(guān)工作;②設(shè)計人員必須嚴(yán)格遵循國家法律法規(guī)，如工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全行動計劃等，以這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來優(yōu)化實際工作流程，并結(jié)合化工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與戰(zhàn)略發(fā)展方向，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)視、安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測等功能，在此基礎(chǔ)上全面實現(xiàn)規(guī)范化管理。

3.2 技術(shù)體系建設(shè)

①結(jié)合實際情況完善化工企業(yè)工業(yè)防火墻，對整個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議展開精準(zhǔn)全面識別，從根源上過濾安全隱患。因控制系統(tǒng)內(nèi)部存在一定安全威脅，故設(shè)計過程中需要重點突出生產(chǎn)操作的科學(xué)性以及合理性，給予相匹配的操作權(quán)限，營造良好的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境;②根據(jù)企業(yè)實際業(yè)務(wù)需求，建設(shè)控制系統(tǒng)測試床，使病毒庫、修補(bǔ)補(bǔ)丁等可在測試床上進(jìn)行更新，若是驗證通過，則正式應(yīng)用至系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中;③設(shè)置病毒庫升級服務(wù)器、身份驗證平臺等，以這些系統(tǒng)實現(xiàn)安全防護(hù)，并及時更新數(shù)據(jù)信息，采取適宜的措施修補(bǔ)安全漏洞，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)系統(tǒng)良好運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，新形勢下加強(qiáng)控制系統(tǒng)安全保障對推動化工企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展有著極為重要的作用。因此，作為一名化工人員，應(yīng)充分了解目前化工行業(yè)控制系統(tǒng)存在的隱患，并從多個方面做起，優(yōu)化并完善控制系統(tǒng)安全保障措施，確保核心設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，從而進(jìn)一步推動化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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