自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

魏魯東(山東新和成精化科技有限公司，山東 濰坊 261000)

0 引言

2019年中國自動(dòng)化市場規(guī)模達(dá)到1 865億元，較2018年增長1.8%，預(yù)測至2022年中國自動(dòng)化市場規(guī)模將高達(dá)2 085億元，化工自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)迎來良好的發(fā)展機(jī)遇?；?shí)際生產(chǎn)過程中，存在多個(gè)不安全因素，以及整個(gè)生產(chǎn)工藝逐步精細(xì)化、生產(chǎn)流程復(fù)雜化，進(jìn)一步加劇生產(chǎn)壓力，若發(fā)生事故難以技術(shù)處理，產(chǎn)生嚴(yán)重的聯(lián)動(dòng)反應(yīng)，造成不可估測的嚴(yán)重后果。需充分選取高效自動(dòng)化控制動(dòng)態(tài)化監(jiān)測和診斷故障，以保證化工生產(chǎn)可靠性及安全性。

1 化工安全生產(chǎn)的基本要求

化工生產(chǎn)作為一類高風(fēng)險(xiǎn)工作，安全管理至關(guān)重要，若想管控其安全風(fēng)險(xiǎn)，需充分掌握安全生產(chǎn)基本要求，體現(xiàn)在以下3點(diǎn)：

(1)設(shè)備具有充足的強(qiáng)度。為始終保證化工設(shè)備長周期、穩(wěn)定及安全運(yùn)行，需充分確保各機(jī)械零部件具有足夠的強(qiáng)度。一方面，需充分要求初期設(shè)計(jì)和制作單位嚴(yán)格控制質(zhì)量關(guān)，從本質(zhì)層面消除各類隱患，尤其針對(duì)壓力容器，需嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)程及要求實(shí)施，嚴(yán)禁質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品出廠；另一方面，操作人員需全面落實(shí)崗位責(zé)任制，嚴(yán)禁出現(xiàn)超溫、超壓及超負(fù)荷工作，定期做好機(jī)械設(shè)備檢查工作。

(2)設(shè)備密封可靠性?；S生產(chǎn)過程中多種材料均為易燃、易爆類，若與設(shè)備或機(jī)器缺乏嚴(yán)密性便會(huì)產(chǎn)生泄漏，進(jìn)一步引發(fā)爆炸事件。

(3)安全保護(hù)裝置相適用。隨著先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代化工逐步選用自動(dòng)化控制、信號(hào)警報(bào)等舉措，在化工設(shè)備與機(jī)械產(chǎn)生異常狀況時(shí)，可自行發(fā)送相應(yīng)的警報(bào)措施，避免發(fā)生事故。

2 影響化工安全生產(chǎn)的因素

化工生產(chǎn)作為一項(xiàng)復(fù)雜性工作，稍不注意便會(huì)觸發(fā)安全事故，主要影響因素體現(xiàn)在以下5方面：

(1)對(duì)化工原料及產(chǎn)品危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不足?；どa(chǎn)中處于裝置中原料混合，處于各類催化劑作用下逐步分解；對(duì)生產(chǎn)各類材料相關(guān)性質(zhì)缺乏明晰性，尤其針對(duì)各類液化烴、可燃液體火災(zāi)危險(xiǎn)性分類知識(shí)不熟悉，并未充分掌握因誤操作、控制不良促使生產(chǎn)工藝處于異常狀況。

(2)對(duì)化工工藝不熟悉。缺少充足的相關(guān)化工反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，針對(duì)高危類副反應(yīng)缺乏正確性認(rèn)識(shí)；并未以熱力學(xué)為核心基礎(chǔ)分析爆炸實(shí)際能量；對(duì)化工生產(chǎn)工藝異常狀況檢測不足。

(3)物料輸送的風(fēng)險(xiǎn)?；?shí)際生產(chǎn)過程中各單元正式操作過程中對(duì)物料流動(dòng)難以進(jìn)行高效、合理化控制；產(chǎn)品標(biāo)示不完全；各類廢氣、廢水等處理措施不足。

(4)人員誤操作。并未最大限度發(fā)揮管理人員自身監(jiān)督作用，開車、停車等計(jì)劃操作缺乏合理性及可靠性，并未構(gòu)建完善的操作人員與安全人員間協(xié)同體制。

(5)生產(chǎn)設(shè)備缺陷。選材不當(dāng)造成整個(gè)生產(chǎn)裝置產(chǎn)生腐蝕和損傷；設(shè)備缺乏完善性，精準(zhǔn)性、可靠性控制儀表缺失；設(shè)備在超過設(shè)計(jì)極限工藝狀況下運(yùn)行；針對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行中存在安全隱患并未及時(shí)加以處理及防范[1]。

3 自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 實(shí)施監(jiān)測診斷設(shè)備故障

化工整個(gè)生產(chǎn)過程中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與故障診斷，是解決生產(chǎn)可靠性及安全性強(qiáng)有力的技術(shù)之一，有利于提高化工設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行高效性及可靠性，第一時(shí)間掌握故障產(chǎn)生的具體部位和類型，且可結(jié)合自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，對(duì)各類高危性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估測。過程監(jiān)測主要任務(wù)目標(biāo)在于對(duì)故障做好系統(tǒng)性檢測，精準(zhǔn)性辨識(shí)故障發(fā)生的幅度，合理推算故障時(shí)間周期，對(duì)其未來發(fā)展趨勢做好精準(zhǔn)性估測，充分結(jié)合該故障特征針對(duì)性制定相應(yīng)的建議及策略[2]。

當(dāng)下化工實(shí)際生產(chǎn)過程中監(jiān)測方法較多，不同監(jiān)測方法自身特征及成效存在較大差異性，主要為以解析模型的過程監(jiān)測方法、基于專家知識(shí)監(jiān)測方法、基于數(shù)據(jù)分析監(jiān)測方法。正式選用過程中，基于解析模型過程監(jiān)測方法，因其內(nèi)部整個(gè)流程具有一定的復(fù)雜性，建模難度較大，成為約束該方法關(guān)鍵因素。化工正式生產(chǎn)過程中，基于專家知識(shí)監(jiān)測方法普遍應(yīng)用，獲取良好的控制成效，針對(duì)各類診斷方法分析的同時(shí)，結(jié)合不同技術(shù)提出相應(yīng)的過程監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)化工整個(gè)生產(chǎn)過程監(jiān)測主要是選取主元分析，將系統(tǒng)內(nèi)處理信息及分析結(jié)果全部傳輸至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，啟動(dòng)專家診斷模塊，充分應(yīng)用該模塊對(duì)遞交相關(guān)數(shù)據(jù)做好分析診斷。診斷模塊中將各類知識(shí)充分以化工生產(chǎn)特征為基礎(chǔ)，進(jìn)行合理化劃分層次進(jìn)行管控。

3.2 儀表自動(dòng)化監(jiān)控

自動(dòng)化儀表及其過程控制對(duì)于化工安全生產(chǎn)整個(gè)系統(tǒng)具有直接性作用，當(dāng)下現(xiàn)代化工儀表種類較多，如溫度檢測裝置、壓力儀表裝置、物位檢測量裝置。此類表實(shí)現(xiàn)過程控制主要體現(xiàn)在以下3方面：

(1)可編程過程控制?；どa(chǎn)過程中應(yīng)用自動(dòng)化控制，充分依托先進(jìn)的微電腦芯片和先進(jìn)技術(shù)，保證儀表運(yùn)行可靠性及抗干擾性。化工實(shí)際生產(chǎn)過程中，選取PLC控制系統(tǒng)決策制定控制目標(biāo)及控制思路，處于各類數(shù)據(jù)匯總、處理分析出軟件、硬件等系統(tǒng)實(shí)際工作狀況，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程端口動(dòng)態(tài)化監(jiān)測儀表實(shí)際工作狀態(tài)。復(fù)雜控制模式可動(dòng)態(tài)化控制儀表運(yùn)行可靠性，可在電路控制、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)融入自動(dòng)化監(jiān)控測試，可保證技術(shù)人員高效化匯總收集相關(guān)功能性指標(biāo)。

(2)計(jì)算控制功能。自動(dòng)化控制應(yīng)用中，系統(tǒng)依托邏輯運(yùn)算規(guī)則，選取初期相應(yīng)的數(shù)據(jù)指標(biāo)、公式等掌握儀表數(shù)據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，依托全面性、持續(xù)性監(jiān)控儀表自身運(yùn)行實(shí)際需求，可從本質(zhì)層面控制掃描時(shí)間，充分以大數(shù)據(jù)為核心技術(shù)監(jiān)測儀表工作需求和作業(yè)狀態(tài)，重復(fù)審核統(tǒng)計(jì)儀表數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性及可靠性，保證整個(gè)化工生產(chǎn)作業(yè)可靠性。若儀表中數(shù)據(jù)存在異常狀況，需充分結(jié)合是記憶功能判定故障發(fā)生部位[3]。

(3)數(shù)據(jù)記憶控制。自動(dòng)化數(shù)據(jù)自行存儲(chǔ)、記憶過程中，化工儀表可充分依托后臺(tái)數(shù)據(jù)庫充分收集匯總相關(guān)數(shù)據(jù)，如壓力、溫度等相關(guān)指標(biāo)，簡易化處理控制中各類裝置運(yùn)行可靠性及效率。儀表可動(dòng)態(tài)化掌握數(shù)據(jù)庫中運(yùn)行狀況，技術(shù)人員將自身收集相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，記憶中不斷更新線下數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)實(shí)際應(yīng)用提供方便，保證化工生產(chǎn)質(zhì)量可靠性。

3.3 緊急停車系統(tǒng)

自動(dòng)化控制用于化工生產(chǎn)過程中，核心在于對(duì)整個(gè)生產(chǎn)周期進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)控，使生產(chǎn)裝置可處于允許范圍內(nèi)安全、可靠運(yùn)行。因化工生產(chǎn)過程中存在高溫、高壓、易燃等危險(xiǎn)，部分工藝參數(shù)超出限值，便可能出現(xiàn)設(shè)備損壞、人員傷亡等事故，緊急停車系統(tǒng)是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中核心參數(shù)和實(shí)際生產(chǎn)狀況動(dòng)態(tài)化監(jiān)測，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)控內(nèi)容偏離正常生產(chǎn)范圍內(nèi)，且達(dá)到設(shè)定停車要求狀態(tài)下，緊急停車系統(tǒng)便會(huì)取代過程監(jiān)控系統(tǒng)，依照初期設(shè)定相關(guān)順序操作自動(dòng)化緊急停車，從而保證整個(gè)化工生產(chǎn)過程中處于安全狀態(tài)，保證化工生產(chǎn)人員、設(shè)備與周圍環(huán)境安全性及可靠性，最大限度降低安全事故的發(fā)生。不同工藝過程對(duì)安全要求存在差異性，應(yīng)充分選取風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，判定工藝產(chǎn)生的事故風(fēng)險(xiǎn)，以此確定是否配置緊急停車系統(tǒng)，保證工藝安全度等級(jí)，如表1所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估危害程度量化等級(jí)

化工安全生產(chǎn)過程中，緊急停車系統(tǒng)自身功能十分關(guān)鍵，其生產(chǎn)過程中停車一般包含3種方式：(1)正常停車。此類停車一般是因設(shè)備長周期處于工作狀態(tài)，需積極進(jìn)行檢修或檢查工作，相關(guān)專業(yè)人員有針對(duì)性、有目的性的停車。(2)局部緊急停車。正常狀況下手多種異常狀況發(fā)生停車，如生產(chǎn)過程中設(shè)備突發(fā)性故障、電氣設(shè)備故障等。(3)全面緊急停車。化工生產(chǎn)過程中突發(fā)產(chǎn)生停水、停電等現(xiàn)象，需立即啟動(dòng)全面緊急停車[4]。

4 自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的優(yōu)化策略

4.1 聯(lián)鎖報(bào)警自動(dòng)化

化工實(shí)際生產(chǎn)過程中多處于高溫、高壓工作狀態(tài)，其化學(xué)反應(yīng)效率較快，加工原材料自身存在一定的高危性，若其中某環(huán)節(jié)產(chǎn)生異常狀況，便會(huì)短周期內(nèi)形成聯(lián)動(dòng)效應(yīng)，產(chǎn)生較大嚴(yán)重安全事故。針對(duì)此類狀況，化工生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)需加強(qiáng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)使用力度，需積極研發(fā)、應(yīng)用自動(dòng)化連鎖報(bào)警裝置，對(duì)該系統(tǒng)不斷升級(jí)優(yōu)化。選用該系統(tǒng)裝置核心優(yōu)勢在于，若設(shè)備工作處于超高溫、超高壓或低液位及時(shí)進(jìn)行警報(bào)給予提示，及時(shí)告知工作人員采取相應(yīng)的解決措施，避免產(chǎn)生異常狀況[5]。

4.2 安全裝置自動(dòng)化

化工生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，存在多個(gè)有毒物質(zhì)自身特征為無味、無色，且易揮發(fā)，短周期內(nèi)人員難以及時(shí)察覺，增加危險(xiǎn)系數(shù)。通過應(yīng)用自動(dòng)化安全裝置，可從本質(zhì)層面解決上述困境，化工企業(yè)及其內(nèi)部人員需積極做好以下工作：一方面，化工正式生產(chǎn)過程中，受多方面因素影響產(chǎn)生意外現(xiàn)象，搶修人員難以即可到達(dá)現(xiàn)場，所以需提高對(duì)安全裝置自動(dòng)化重視程度，減少不良事故帶來的損失。如有害氣體流出之后，可充分依托自動(dòng)化安全裝置，第一時(shí)間控制泄漏部位，構(gòu)建相應(yīng)的防護(hù)網(wǎng)，將人員與有害氣體散發(fā)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行間隔；另一方面，出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，自動(dòng)化安全裝置可依托動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，迅速引導(dǎo)現(xiàn)場人員安全撤離，自行實(shí)施相應(yīng)的搶修工作，保證短期內(nèi)人員脫離危險(xiǎn)環(huán)境，避免產(chǎn)生人員傷亡?；どa(chǎn)企業(yè)需加大安裝裝置的研發(fā)和利用，力爭發(fā)揮其自身優(yōu)勢，凸顯其動(dòng)態(tài)化及安全控制功能，保證整個(gè)生產(chǎn)過程安全性[6]。

4.3 檢測裝置自動(dòng)化

結(jié)合以往實(shí)踐表明，化工生產(chǎn)發(fā)生安全事故核心因素在于設(shè)備老化與損壞?；どa(chǎn)原料自身具有較強(qiáng)的腐蝕性，長周期接觸化學(xué)原料的設(shè)備易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，加之部分設(shè)備長周期處于高溫、高壓工作狀態(tài)，使用年限較長，增加安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。所以需進(jìn)一步加大設(shè)備安全檢測力度，原有設(shè)備檢測工作效率低下，且最終質(zhì)量難以保證，依托布設(shè)自動(dòng)化檢測裝置方式，不僅可提高工作效率及精準(zhǔn)性，而且可保證設(shè)備自身質(zhì)量可靠性。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，化工生產(chǎn)過程逐步趨于項(xiàng)目大型化、工藝復(fù)雜化、產(chǎn)品高端化等，整個(gè)生產(chǎn)管理精細(xì)化水平顯著提高，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程質(zhì)量要求愈發(fā)嚴(yán)格?；どa(chǎn)中存在多個(gè)不安全因素，尤其針對(duì)各類原材料，增加生產(chǎn)安全事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，充分應(yīng)用自動(dòng)化控制，提高整個(gè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，將廣大從業(yè)人員從高危、繁重的工作環(huán)境中予以解脫，保證生產(chǎn)過程可靠性及安全性，促進(jìn)化工生產(chǎn)成本顯著降低，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。