化工企業(yè)危險工藝自動化控制及安全聯(lián)鎖改造研究

濮文均

（邁克斯〔如東〕化工有限公司,江蘇 南通 226000）

化工企業(yè)在發(fā)展的過程中，容易受到來自資金、人才、政策等方面的影響，導(dǎo)致各類化工企業(yè)之間在工藝生產(chǎn)方面存在一定差異[1]。差異最為明顯的屬中小型企業(yè)，由于資金限制導(dǎo)致工藝落后，自動化水平較低，因此也間接增加了危險系數(shù)與事故發(fā)生的概率，中小型化工企業(yè)更應(yīng)該在安全生產(chǎn)方面加以重視[2]。因此，化工企業(yè)在整個生產(chǎn)過程中，需要提高設(shè)備的自動化控制水平，利用先進的自動化控制技術(shù)與安全聯(lián)鎖設(shè)計，提高化工生產(chǎn)中的自動化控制水平，通過改造安全聯(lián)鎖功能提升化工企業(yè)的安全性，保證化工企業(yè)的安全穩(wěn)定運行。

1 HAZOP技術(shù)的應(yīng)用

1.1 HAZOP技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展進步，為了進一步提高精細化生產(chǎn)的水平，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控，讓整個生產(chǎn)過程可以實現(xiàn)自動化和智能化，對工藝生產(chǎn)的過程進行自動化控制已經(jīng)成為當前最具安全性的工藝危害控制技術(shù)。HAZOP技術(shù)主要對生產(chǎn)裝置的工藝以及操作步驟進行研究，通過引導(dǎo)詞對過程中的工藝變化進行確認，并找出生產(chǎn)裝置中存在的危害因素，從而分析產(chǎn)生偏差的原因，提出評估風險等級與安全控制措施。常用的HAZOP分析工藝有溫度、壓力、流量、攪拌速度等[3-4]。在精細化生產(chǎn)裝置中，分為兩種生產(chǎn)方式：間歇生產(chǎn)和半間歇生產(chǎn)，當遇到突發(fā)狀況時要考慮操作步驟是否發(fā)生變化。HAZOP技術(shù)在我國化工行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用和推廣，在識別、分析和消除精細化生產(chǎn)中存在的危險方面具有較高的水平，可以起到保證安全生產(chǎn)的作用[5-6]。

1.2 HAZOP技術(shù)在精細化生產(chǎn)中的應(yīng)用

在使用HAZOP技術(shù)對生產(chǎn)裝置進行工藝危害分析之前要進行準備工作。建立HAZOP技術(shù)分析小組，明確工作職責，分析小組選擇一位組長作為代表；收集HAZOP技術(shù)所需資料，基本資料中包含帶控制點工藝流程圖（P&ID）、裝置設(shè)備和管道布置圖、操作規(guī)程、說明書等；確定分析的范圍和目標，對于具有連續(xù)性的工藝，HAZOP技術(shù)要劃分分析節(jié)點，對于連續(xù)的工藝操作，HAZOP技術(shù)分析節(jié)點作為工藝單元存在；對于間歇操作過程，HAZOP技術(shù)分析節(jié)點作為操作步驟存在。通過分析帶有危險因素的工藝節(jié)點或者操作步驟，將它們劃分成若干個分析節(jié)點，便于后期的分析與使用。

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，為了提高精細化工生產(chǎn)的安全水平，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精細化控制，讓生產(chǎn)過程可以更加智能化，可以通過自動檢測與控制的方法，對生產(chǎn)過程的運行情況進行檢測，減少生產(chǎn)過程中存在的工藝危害。目前，設(shè)置生產(chǎn)工藝過程的自動化控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為化工企業(yè)生產(chǎn)過程中最可靠和有效的工藝危害控制技術(shù)。自動化控制系統(tǒng)采用一些自動控制裝置，對企業(yè)生產(chǎn)中的一些關(guān)鍵參數(shù)進行控制，當這些參數(shù)受到外界的干擾影響后，會偏離正常狀態(tài)，通過自動控制裝置，可以自動調(diào)節(jié)并回到工藝所要求的范圍內(nèi)。精細化工行業(yè)中最常見的自動化控制系統(tǒng)從功能上進行劃分可以分為過程控制系統(tǒng)和過程安全保護系統(tǒng)，過程安全保護系統(tǒng)的安全等級高于過程控制系統(tǒng)。對于精細化工生產(chǎn)，加強工藝過程中對于危險因素的識別、評估與控制，是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，采用HAZOP技術(shù)對工藝流程與操作步驟存在的因素進行分析，可以促進精細化工生產(chǎn)裝置自動化的建設(shè)。

2 危險工藝磺化反應(yīng)裝置安全控制

2.1 安全控制的基本要求

磺化反應(yīng)是一種危險化工工藝，表1為磺化工藝HAZOP技術(shù)分析，其風險程度超出了人工的能力范圍。

表1 磺化工藝HAZOP技術(shù)分析表

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 化學(xué)反應(yīng)特點

磺化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，為了提高反應(yīng)度，可以在甲苯中加入濃硫酸，將磺化水移出釜，反應(yīng)公式為：

工藝具有的危險特點為：易燃、易氧化、易腐蝕。硫酸溶于水后放熱，體系溫度升高；甲苯與硫酸發(fā)生反應(yīng)后也會使體系溫度升高。如果投放順序錯誤或者攪拌速度不勻，都會造成反應(yīng)溫度的異常，從而發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸。

2.2.2 監(jiān)控設(shè)計

監(jiān)控設(shè)計主界面如圖1所示。

圖1 監(jiān)控主界面

監(jiān)控主界面中，有安全操作規(guī)程的順序展示圖，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)與人身安全的需求，對甲苯原料/硫酸原料的流量、磺化釜的溫度設(shè)置高低限制，如果超出限制范圍就會發(fā)出紅色警示，提醒工作人員進行檢查。

3 化工企業(yè)危險工藝自動化控制及安全聯(lián)鎖改造

3.1 常用的自動化控制及安全聯(lián)鎖方式

3.1.1 可編程序控制器

可編程序控制器可以通過自身的編程環(huán)境實現(xiàn)數(shù)字化和信息化，并對整個程序進行有效控制，從而幫助程序更好地執(zhí)行自身任務(wù)，保證化工裝置自動化生產(chǎn)的有效進行及安全聯(lián)鎖控制。一般應(yīng)用于成套設(shè)備控制中，可以完成一些邏輯簡單且任務(wù)量小的功能。

3.1.2 DCS集散控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中所有的開發(fā)、測試和運行都需要通過DCS集散控制系統(tǒng)完成，當然也離不開操作系統(tǒng)、運行環(huán)境、測試工具等軟件支持。在操作站中運行一些功能性軟件時，可以讓DCS更加完善，保證數(shù)據(jù)庫操作的實時性。自動化生產(chǎn)的現(xiàn)場控制也需要通過DCS實現(xiàn)，其框架組成如圖2所示。

圖2 DCS系統(tǒng)組成框架

3.1.3 ESD緊急停車系統(tǒng)

生產(chǎn)理念的更新，使得ESD系統(tǒng)的相關(guān)配置也需要更新，提升性能，完成功能復(fù)雜化的轉(zhuǎn)變。一般情況下EDS系統(tǒng)處于靜態(tài)，不會參與到生產(chǎn)中。當發(fā)生緊急情況時系統(tǒng)會發(fā)出聯(lián)鎖信號，隨后系統(tǒng)中的運行裝置和設(shè)備會根據(jù)發(fā)出的聯(lián)鎖信號讓設(shè)備進入到安全保護狀態(tài)，起到一定的安全保障作用，降低危險系數(shù)。

3.2 化工企業(yè)危險工藝自動化控制的具體應(yīng)用

3.2.1 聚合反應(yīng)器

自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用于聚合反應(yīng)器中，其作用是為了更好的平衡壓力，并實時監(jiān)測聚合反應(yīng)器的壓力狀態(tài)，以保證聚合反應(yīng)器的安全穩(wěn)定運行。如果生產(chǎn)過程中出現(xiàn)超壓，自動化控制技術(shù)會立即關(guān)閉進料口，并及時加入聚合反應(yīng)終止劑等，開展補救措施，保證生產(chǎn)安全。通過與其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)后，自動啟動冷卻功能，實現(xiàn)自動卸放功能。

3.2.2 化學(xué)反應(yīng)器

化學(xué)反應(yīng)的過程會釋放一定熱量，特別是化學(xué)反應(yīng)器所含危險系數(shù)較高，因此對工藝的參數(shù)設(shè)置十分重視。對化學(xué)反應(yīng)器進行安全聯(lián)鎖設(shè)置，可以起到一定的保護和預(yù)防的作用，讓工作人員可以及時了解生產(chǎn)情況，保證自身安全。應(yīng)用自動化控制技術(shù)，可以嚴格控制化學(xué)反應(yīng)器的流量和溫度，對所需材料和參數(shù)設(shè)置進行嚴格把控，最大限度地降低危險系數(shù)。通過自動化控制技術(shù)對化學(xué)反應(yīng)器的溫度進行監(jiān)測，并實時對比溫度的變化情況，一旦發(fā)生異常立即停止工作。

3.2.3 蒸餾塔

蒸餾技術(shù)是混合液分離提純工藝的主要技術(shù)，采用自動化控制的方式，對蒸餾塔進行實時監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)蒸餾異常，保證生產(chǎn)安全。

3.2.4 換熱器

冷卻器和冷凝器是最常用到的兩種換熱器設(shè)備，自動化控制技術(shù)可以自動調(diào)節(jié)溫度參數(shù)，對有效傳熱效果進行調(diào)節(jié)，并根據(jù)工藝的物料溫度完成對載體流量的調(diào)節(jié)。

3.2.5 危險物料儲罐

設(shè)計危險物料儲存設(shè)備時，要嚴格控制儲存設(shè)備的液位、壓力以及溫度，如果指標超出設(shè)定值，要立即中斷。在儲罐頂部設(shè)置氮封裝置和噴淋水裝置，可以起到一定的降溫效果，預(yù)防設(shè)備出現(xiàn)泄露；在設(shè)備的隔堤內(nèi)設(shè)置報警檢測器，但凡發(fā)現(xiàn)設(shè)備周圍存在有毒氣體或者易燃裝置，立即觸發(fā)警報；在生產(chǎn)中配置滅火裝置，發(fā)生火災(zāi)后可以及時進行滅火。

3.3 化工機械設(shè)備與電氣自動化控制的有效結(jié)合

3.3.1 實時監(jiān)測與故障診斷

化工企業(yè)在生產(chǎn)的過程中容易受到很多危險因素的影響，因此，對生產(chǎn)過程中的工序進行嚴格把控，可以保障生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)穩(wěn)定運行，對化工企業(yè)生產(chǎn)能力的提升有很大幫助。利用監(jiān)控系統(tǒng)，對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)測和控制，實時調(diào)整數(shù)據(jù)，使其可以符合生產(chǎn)需要。化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，結(jié)合電氣自動化控制技術(shù)，對整個系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)測，及時處理運行中發(fā)生的問題。對化工生產(chǎn)技術(shù)人員的專業(yè)性也要加強管理，在實際的監(jiān)督管理工作中，化工生產(chǎn)技術(shù)人員要嚴格遵守監(jiān)督管理的相關(guān)規(guī)定，對技術(shù)控制的實時要點進行掌握，以保證機械設(shè)備的運行質(zhì)量?；て髽I(yè)的管理人員更要對生產(chǎn)運行中的實際情況進行掌控，努力提高自身的管理能力，才可以準確處理自動化系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)異常問題，保證自動化應(yīng)用過程中的有效性。

3.3.2 維護緊急停車系統(tǒng)的運行

停車系統(tǒng)中的運行控制技術(shù)具有保障功能，對于整個化工生產(chǎn)安全的維護非常重要?，F(xiàn)有的化工生產(chǎn)技術(shù)為了保證化工生產(chǎn)的效益，需要根據(jù)生產(chǎn)情況有目的地對停車系統(tǒng)的控制能力進行改進和維護，以最大化滿足整個控制系統(tǒng)對于技術(shù)的要求，保證停車工作的順利進行。整個系統(tǒng)控制中，最關(guān)鍵的就是自動化控制系統(tǒng)，監(jiān)督管理者進行工作過程中，可以通過自動化控制系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對整個生產(chǎn)運行過程進行掌握，通過精準的數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)進行控制，以提升系統(tǒng)的運行能力?；て髽I(yè)在生產(chǎn)的過程中，為了保證停車系統(tǒng)的正常工作，要與系統(tǒng)運行控制操作中的具體需求進行有效結(jié)合，對停車維護系統(tǒng)進行整合，為整體生產(chǎn)能力的提升奠定基礎(chǔ)，為企業(yè)的整體發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

從實際應(yīng)用的角度進行分析，通過對當前化工企業(yè)存在的危險因素進行討論后，采用自動化控制方式及安全聯(lián)鎖優(yōu)化，對安全聯(lián)鎖完成改造，可以極大地提高化工企業(yè)的生產(chǎn)安全性，避免發(fā)生安全事故。自動化控制技術(shù)的合理運用，有利于幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)質(zhì)量。同時，對化工產(chǎn)品的整個生產(chǎn)流程完成安全聯(lián)鎖優(yōu)化，可以促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。