化工企業(yè)危險工藝自動化控制及安全聯(lián)鎖優(yōu)化研究

李喜鴿 趙乾

摘 要：在絕大多數(shù)的化工企業(yè)生產(chǎn)中，因生產(chǎn)需要或技術(shù)限制，通常會涉及到一些危險性較強(qiáng)的工藝技術(shù)，為生產(chǎn)過程帶來了一定的事故風(fēng)險?；诖?，文章闡述了化工企業(yè)常用的幾種自動化控制技術(shù)和其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，并對所用到的安全聯(lián)鎖方式進(jìn)行優(yōu)化，在滿足危險工藝自動化控制的同時，對安全聯(lián)鎖進(jìn)行改造優(yōu)化，這樣可以在一定程度上提高化工企業(yè)生產(chǎn)的安全性，降低企業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險系數(shù)。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè) ;危險工藝 ;自動化控制 ;安全聯(lián)鎖優(yōu)化

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0131-03

Abstract：In the production of the vast majority of chemical companies， due to production needs or technical limitations， some more dangerous process technologies are usually involved， which brings a certain story risk to the production process. this paper describes several automation control technologies commonly used by chemical companies and their application in actual production， and optimizes the safety interlocking methods used.While satisfying the automation control of hazardous processes，the safety interlock is reformed and optimized， which can improve the production safety of chemical enterprises to a certain extent and reduce the production risk coefficient of enterprises.

Key words：chemical enterprise; dangerous process; automatic control; safety interlock optimization

0 引言

當(dāng)今化工企業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，由于資金、政策、人員素質(zhì)或技術(shù)儲備等方面的原因，導(dǎo)致不同的化工企業(yè)之間對工藝的自動化應(yīng)用和控制水平差距較大，這種差距在中小型企業(yè)中尤為明顯，其資金有限，工藝差距水平較高，并且企業(yè)中應(yīng)用的設(shè)備自動化水平低等原因都間接造成了中小型化工企業(yè)生產(chǎn)活動的危險系數(shù)和事故率普遍較高，不利于化工企業(yè)順暢、高效的生產(chǎn)?；谏鲜鰡栴}，在化工企業(yè)實際的生產(chǎn)過程中，需要采用相應(yīng)的措施改進(jìn)企業(yè)的化工設(shè)備，提高設(shè)備的自動化控制水平?；诖朔N目的，采取先進(jìn)的自動化控制技術(shù)、設(shè)計安全聯(lián)鎖優(yōu)化方案，提高化工生產(chǎn)中的自動化控制水平，在改造安全聯(lián)鎖功能的同時從整體上提升化工企業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率及安全性，確?；て髽I(yè)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1? ? ? 化工企業(yè)中常用的自動化控制及安全聯(lián)鎖方式

對當(dāng)前化工企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析可知，化工企業(yè)中常用的工藝過程自動化控制及安全聯(lián)鎖方式多種多樣，有可編程序控制器、DCS 集散控制系統(tǒng)和ESD 緊急停車系統(tǒng)應(yīng)用等，具體的論述如下。

1）可編程序控制器。簡單來說，可編程序控制器主要是指可以提供編程環(huán)境，以實現(xiàn)數(shù)字化、信息化的邏輯控制器。通過編程可以實現(xiàn)對整個程序的全方面控制，完成整個任務(wù)的全生命執(zhí)行周期，確?；ぱb置自動化生產(chǎn)的進(jìn)行及設(shè)備的聯(lián)鎖控制。一般來說，可編程序控制器主要應(yīng)用于成套設(shè)備控制中，用以開展一些邏輯簡單、任務(wù)量小的自動控制。

2） DCS 集散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)、測試和運(yùn)行離不開DCS中的操作站，同時也離不開相關(guān)的軟件支持。另外還包括操作系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境、測試工具以及編程語言等。在操作站需要運(yùn)行具有一系列功能的軟件，用以支持DCS的完善性，例如對實時數(shù)據(jù)庫的操作、網(wǎng)絡(luò)管理功能和圖形處理功能等。自動化生產(chǎn)的現(xiàn)場控制主要采用DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，DCS系統(tǒng)組成框圖見圖1所示。

3） ESD 緊急停車系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)理念的不斷優(yōu)化，ESD系統(tǒng)的設(shè)備配置也需要隨之進(jìn)行更新和優(yōu)化，例如，實現(xiàn)功能復(fù)雜化的轉(zhuǎn)變和性能的提升等。通常情況下ESD系統(tǒng)在程序中是處于靜態(tài)的，不會全程參與生產(chǎn)過程。當(dāng)有緊急狀況發(fā)生時，會向系統(tǒng)發(fā)出一定的聯(lián)鎖信號，運(yùn)行的裝置和設(shè)備會根據(jù)信號陸續(xù)地進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)，有效地降低了危險系數(shù)，并減少了危險傷害。

2? ? ? 化工企業(yè)危險工藝自動化控制的實際應(yīng)用

2.1? ? 聚合反應(yīng)器中應(yīng)用自動化控制

在聚合反應(yīng)器中選擇自動化控制系統(tǒng)，其目的是加強(qiáng)對壓力調(diào)節(jié)的自動化控制，包括實時監(jiān)測反應(yīng)器的壓力狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置，使反應(yīng)器保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。同時，若在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)超壓問題，自動化控制技術(shù)可自動、及時地采取相應(yīng)措施，例如基于安全聯(lián)鎖機(jī)制關(guān)閉其進(jìn)料口，并且能及時自動地加入聚和反應(yīng)終止劑，暫停生產(chǎn)運(yùn)作并通過其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)進(jìn)行泄壓，自動開啟冷卻降溫功能、同時實現(xiàn)安全卸放功能的自動化控制，物料泄放出來之后能夠?qū)崿F(xiàn)安全回收。

2.2? ?化學(xué)反應(yīng)器中應(yīng)用自動化控制

一般的化學(xué)反應(yīng)在過程中會釋放出熱量，與聚合反應(yīng)器的自動化控制系統(tǒng)選擇相似，一般的化學(xué)反應(yīng)器在化工企業(yè)中的危險隱患較高，工藝特點復(fù)雜，對工藝參數(shù)要求極高。所以，化學(xué)反應(yīng)器也同樣需要采用相應(yīng)的報警和安全聯(lián)鎖裝置加以保護(hù)和預(yù)防，從而使操作人員能夠及時有效地掌握攪拌的運(yùn)行狀況。其對自動化控制技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容主要體現(xiàn)在兩個方面，流量控制和溫度控制。

1）通過計算機(jī)技術(shù)及輔助技術(shù)嚴(yán)格控制化學(xué)反應(yīng)器的流量，規(guī)范反應(yīng)過程中需要的材料配比，提高其生產(chǎn)安全性，降低安全系數(shù)，減少人為操作失誤現(xiàn)象。

2）通過自動化控制技術(shù)可以實現(xiàn)對反應(yīng)器溫度的嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié)，通過溫度參數(shù)設(shè)置，實時比對當(dāng)前溫度，一旦溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度出現(xiàn)偏差則會緊急中止，避免發(fā)生安全事故。

3）除此之外，還需要對攪拌機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控等，包括電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的監(jiān)控。

2.3? ?蒸餾塔中應(yīng)用自動化控制

在混合液的分離提純工藝中，所涉及的技術(shù)主要為蒸餾技術(shù)。通過自動化控制實現(xiàn)對蒸餾塔系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)和被調(diào)節(jié)參數(shù)的監(jiān)測和報警，及時提醒或中止因參數(shù)缺少或過量引起的蒸餾異常，保證蒸餾質(zhì)量和安全施工。

2.4? ?自動化控制在換熱器中的應(yīng)用

在基本單元模式工藝過程中，通常用到的設(shè)備為冷卻器和冷凝器等換熱器設(shè)備，自動化控制主要用于調(diào)節(jié)控制溫度參數(shù)，包括兩方面，一是對有效傳熱面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，二是根據(jù)工藝物料出口溫度對載體流量進(jìn)行冷（熱）調(diào)節(jié)，并相應(yīng)的改變溫差等。

2.5? ?危險物料儲罐

在對危險物料的儲存設(shè)備進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格控制其液位、壓力和溫度等各項指標(biāo)，在任何一個指標(biāo)超出限值時及時做出提示并中止工作。對這些設(shè)備進(jìn)行安全措施保障的設(shè)置，例如在儲罐頂部設(shè)置氮封裝置、噴淋水等降溫裝置，用以防出現(xiàn)泄露或高溫高壓等危險狀況;通過在設(shè)備隔堤內(nèi)設(shè)置可燃或有毒氣體報警檢測器，實時監(jiān)測周圍超標(biāo)的易燃或和有毒氣體。另外，在工作場所還要配置一定量的滅火設(shè)備，實現(xiàn)一定的防火滅火能力。

3? ? ? 化工企業(yè)危險工藝中安全聯(lián)鎖優(yōu)化

3.1? ?分析危險工藝風(fēng)險因素

不滿足安全要求的危險工藝自動化控制和安全聯(lián)鎖企業(yè)需要進(jìn)行優(yōu)化改造。改造之前首先要分析工藝裝置結(jié)構(gòu)，了解裝置在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險，針對性的對存在運(yùn)行風(fēng)險的裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。

1）分析原料性質(zhì)。在進(jìn)行化工生產(chǎn)之前，需要了解化工原料各種特性，并采用適當(dāng)?shù)纳瘷z驗方法以對其化學(xué)特性和物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的掌握。通過建立模型或軟件分析，明確其危險程度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行安全聯(lián)鎖優(yōu)化。

2）施工過程風(fēng)險分析。根據(jù)原料及產(chǎn)品性質(zhì)決定的危險系數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)工藝綜合研究，對其在應(yīng)用過程中存在的危險性進(jìn)行分析，確保掌握每一步的化學(xué)反應(yīng)存在的主要危險。

3）硬件狀態(tài)分析。工作人員需要對化工企業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)裝置如反應(yīng)器等進(jìn)行應(yīng)用狀態(tài)檢查，對其在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的危險程度進(jìn)行有效分析。對工藝中用到的反應(yīng)器、儲罐等主要危險設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析，包括其新舊程度、質(zhì)地材料、生產(chǎn)日期和容易大小等，保證其安全性和穩(wěn)定性。

3.2? ?制定安全聯(lián)鎖改造實施方案

1）結(jié)合上文中提到的安全聯(lián)鎖裝置和控制系統(tǒng)，如可編程序控制器、DCS 集散控制系統(tǒng)和ESD 緊急停車系統(tǒng)等，為化工企業(yè)量身訂制輔助應(yīng)用軟件，根據(jù)工藝流程及其控制要點和參數(shù)，確定與其相適應(yīng)的自動控制方法，并確定安全聯(lián)鎖控制點，加強(qiáng)軟件在實施過程中的可行性和有效性。

2）采用安全儀表系統(tǒng)（SIS）實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝的準(zhǔn)確控制。

3）重點加強(qiáng)對于燃易爆物體儲罐的監(jiān)控和控制，根據(jù)設(shè)備內(nèi)介質(zhì)及儲存量和安全聯(lián)鎖控制方案要求，確定其安全設(shè)施的位置和數(shù)量。

4）最后，尋求有一定能力和資質(zhì)的企業(yè)，提供合理的人才實施設(shè)計方案，從而保證安全聯(lián)鎖裝置的安裝和調(diào)試工作的順利開展，當(dāng)然，設(shè)計方案要嚴(yán)格與國家標(biāo)準(zhǔn)相符合。從企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展來看，企業(yè)還需要加強(qiáng)技術(shù)人才的引進(jìn)和培養(yǎng)。

3.3? ?優(yōu)化改造中存在的問題

由于技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)能力和管理政策等因素的影響，相關(guān)企業(yè)在對各項工作進(jìn)行改造和優(yōu)化的過程中，不可避免的會遇到一些相關(guān)問題。例如一些規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)效益低的小型化工企業(yè)中，設(shè)備更新不及時，使用時間較長等，造成一些危險原料的容器比較陳舊，質(zhì)量下降;一些安全儀表年久失修，導(dǎo)致精確度較低，且易出現(xiàn)失靈狀況，這些都為一些不滿足安全要求的危險工藝的自動化控制和安全聯(lián)鎖優(yōu)化的推進(jìn)造成了客觀的阻礙，導(dǎo)致其優(yōu)化質(zhì)量較低，進(jìn)度較緩慢。另外，某些企業(yè)的管理理念無法適應(yīng)時代要求，只注重眼前利益，忽略企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致技術(shù)、人才的引入與培養(yǎng)得不到持續(xù)性保障，長期以往，導(dǎo)致其與市場同期競爭對手的差距越來越大，以至于再進(jìn)行工藝自動化控制與安全聯(lián)鎖優(yōu)化時，得不到有力的技術(shù)和人才支撐。因此，對于自動化控制和安全聯(lián)鎖的優(yōu)化要綜合考慮各方面因素，從全局出發(fā)制定優(yōu)化方案，保證優(yōu)化的順利進(jìn)行和優(yōu)化質(zhì)量。

4? ? ? 結(jié)語

文章主要分析了當(dāng)前化工企業(yè)中應(yīng)用的自動化控制方式及安全聯(lián)鎖方式，并從實踐應(yīng)用角度對安全聯(lián)鎖進(jìn)行了優(yōu)化改造，從而確?；どa(chǎn)過程中的安全性，降低安全事故。同時，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用還可以有效提升化工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，優(yōu)化化工產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，從長遠(yuǎn)來看，整體上保證了化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步提升。

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