自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

[摘 要]自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展使其在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。文章結(jié)合化工生產(chǎn)工藝特性，分析了自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中應(yīng)用的必要性，并探討了幾種典型自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，以期為化工行業(yè)相關(guān)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)；化工安全生產(chǎn)；應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TQ086 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0132–03

Exploration of the Application of Mechanical Automation Technology in Chemical Safety Production

YIN Jianzhong

[Abstract]The rapid development of mechanical automation technology makes it more and more widely used in chemical safety production. Based on the characteristics of chemical production process， this paper analyzes the necessity of application of mechanical automation technology in chemical production safety， and discusses the specific application of several typical mechanical automation technology in chemical production safety， in order to provide reference for related personnel in chemical industry.

[Keywords]mechanical automation technology； chemical safety production； application

化工行業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，化工產(chǎn)品的復(fù)雜性和生產(chǎn)過程的高風(fēng)險(xiǎn)性使得生產(chǎn)安全成為行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問題?；ぐ踩鹿什粌H會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，因此化工企業(yè)對(duì)安全管理的要求日益嚴(yán)格。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)、傳感器技術(shù)等手段，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)過程的智能化、自動(dòng)化。例如，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可在高溫、高壓等危險(xiǎn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，減少人力接觸，提高操作的安全性；傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的安全隱患，為及時(shí)處理潛在風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)，減少人為操作失誤帶來的安全隱患，提高生產(chǎn)效率，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

文章將深入探討機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為化工行業(yè)的安全生產(chǎn)提供新的思路和方法。

1 化工生產(chǎn)工藝特性及應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的必要性

1.1 化工生產(chǎn)工藝特性

化工生產(chǎn)規(guī)模較大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，時(shí)常在高負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，不同化學(xué)品生產(chǎn)工藝相差較大，部分化學(xué)品還需要在高溫、高壓、真空等條件下進(jìn)行?？傮w來講，化工生產(chǎn)工藝的特性主要包括復(fù)雜化、危險(xiǎn)化、精細(xì)化及連續(xù)化。

（1）復(fù)雜化。化工生產(chǎn)涉及多種物質(zhì)之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)工藝流程十分復(fù)雜。

（2）危險(xiǎn)化?；どa(chǎn)過程中經(jīng)常涉及高溫、高壓、易燃易爆等危險(xiǎn)因素，一旦發(fā)生事故通常會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（3）精細(xì)化。在化工生產(chǎn)過程中，通常需要對(duì)物料的成分、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行精確控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（4）連續(xù)化?；どa(chǎn)通常是連續(xù)進(jìn)行的，生產(chǎn)設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

1.2 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于化工生產(chǎn)的必要性

根據(jù)近些年化工行業(yè)安全生產(chǎn)事故統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)安全生產(chǎn)事故主要來自于生產(chǎn)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控失效、員工違規(guī)操作、應(yīng)急環(huán)節(jié)失靈等。隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，其在提高化工生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保障生產(chǎn)安全等方面發(fā)揮了重要作用。

（1）通過自動(dòng)化系統(tǒng)的精確控制，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。

（2）機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)能夠降低生產(chǎn)成本。如自動(dòng)化生產(chǎn)過程減少了對(duì)人力資源的需求，降低了人力成本。同時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠精確控制原材料和能源的使用，減少浪費(fèi)，降低了能源和原材料的消耗成本。

（3）化工生產(chǎn)涉及許多危險(xiǎn)性較高的化學(xué)物質(zhì)和工藝過程，人為操作存在較大的安全隱患。通過自動(dòng)化系統(tǒng)，可以減少人員接觸危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)會(huì)，降低事故發(fā)生的概率，保障生產(chǎn)安全。

2 典型自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“DCS”）是綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等進(jìn)行管理與控制的系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。

2.1.1 DCS特點(diǎn)

DCS是以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為核心，集顯示、控制、管理等為一體的控制系統(tǒng)，具有良好的可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)后期的優(yōu)化、更新、升級(jí)。在化工安全生產(chǎn)中，DCS主要有監(jiān)督、參數(shù)調(diào)控等功能。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集和分析，DCS能夠及時(shí)檢測(cè)到潛在的問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整，以確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。例如，在化工廠的反應(yīng)器中，DCS可以監(jiān)測(cè)并控制各種參數(shù)，以避免發(fā)生溫度過高或壓力異常等情況，從而防止事故的發(fā)生。

2.1.2 DCS在化工安全生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

（1）液體數(shù)量控制。以組合聚醚生產(chǎn)為例，反應(yīng)過程中主要應(yīng)用聚醚、聚酯等原料，該類型原料黏度較大，不易于通過齒輪泵直接抽進(jìn)混合釜，為方便投加原料，通常應(yīng)用儲(chǔ)罐儲(chǔ)存此類原料。儲(chǔ)罐具有一定保溫特性，熱的原料通過齒輪泵直接從儲(chǔ)罐傳輸至組合聚醚混合釜，DCS操作人員設(shè)置原料投加數(shù)量，開啟自動(dòng)閥門，打開聯(lián)鎖，開始傳輸原料。DCS中混合釜液位設(shè)有高限報(bào)警，當(dāng)發(fā)出警報(bào)時(shí)，需要檢查核實(shí)，以防物料泄漏，保證安全生產(chǎn)。

（2）原料儲(chǔ)罐溫度控制?；ぴ系膬?chǔ)存溫度直接影響其化學(xué)穩(wěn)定性和安全性，通過DCS，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)調(diào)控。當(dāng)溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，DCS會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警，并啟動(dòng)冷卻或加熱設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持溫度在安全范圍內(nèi)。以聚醚生產(chǎn)為例，通常需要將儲(chǔ)罐內(nèi)聚醚等原料溫度控制在40～70℃，在未應(yīng)用DCS前，需要檢查儲(chǔ)罐溫度，應(yīng)用DCS后，通過在儲(chǔ)罐盤管進(jìn)口處安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，僅需要設(shè)定儲(chǔ)罐原料溫度低限為40℃，高限為70℃，啟動(dòng)連鎖開關(guān)，DCS就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控儲(chǔ)罐內(nèi)原料溫度，低于下限值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開啟，簡(jiǎn)單方便，節(jié)約人力資源，還避免了人員操作失誤發(fā)生燙傷的現(xiàn)象。

2.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（以下簡(jiǎn)稱“PLC”）通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯條件自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)操作。在化工生產(chǎn)中，PLC常用于控制生產(chǎn)線上的各種機(jī)械設(shè)備，如閥門、泵及攪拌器等。通過PLC的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的精確控制，提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)安全。

2.2.1 PLC在化工生產(chǎn)中需要注意的問題

（1）程序設(shè)計(jì)復(fù)雜。化工生產(chǎn)過程涉及的反應(yīng)參數(shù)和設(shè)備較多，一旦出現(xiàn)異常，PLC程序需要精準(zhǔn)識(shí)別并迅速作出響應(yīng)。如果PLC程序設(shè)計(jì)較復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致故障診斷時(shí)間延長(zhǎng)。同時(shí)，系統(tǒng)還應(yīng)具備較好的容錯(cuò)能力，當(dāng)程序較復(fù)雜，會(huì)加大錯(cuò)誤和故障風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而影響化工生產(chǎn)安全。此外，PLC程序需要不斷更新與改進(jìn)，復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)會(huì)使得程序改進(jìn)困難，加大了程序更新的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性。

（2）數(shù)據(jù)傳輸延遲和丟失。在化工安全生產(chǎn)中，PLC設(shè)備之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和通信，環(huán)境、設(shè)備、通信線路等問題，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸可靠性降低，進(jìn)而影響對(duì)化工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，對(duì)化工安全生產(chǎn)產(chǎn)生不良影響。

2.2.2 PLC在化工生產(chǎn)中的優(yōu)化

（1）簡(jiǎn)化程序邏輯。將復(fù)雜的控制任務(wù)分解成多個(gè)獨(dú)立的功能模塊，每個(gè)模塊執(zhí)行特定的任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制等。這種方法不僅使程序更易于理解和調(diào)試，還可以提高代碼的重用性。同時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的程序塊能夠確保程序的一致性和可讀性。此外，根據(jù)具體工藝需求，選擇和優(yōu)化合適的控制算法，對(duì)于更加復(fù)雜的工藝過程，可以采用自適應(yīng)控制或模糊控制等先進(jìn)控制算法，以提高控制精度和效率。

（2）優(yōu)化通訊協(xié)議。根據(jù)實(shí)際需求選擇最適合的通訊協(xié)議，Modbus協(xié)議簡(jiǎn)單易用，適合小規(guī)模系統(tǒng)，而Ethernet/IP協(xié)議則具有高速傳輸和良好的擴(kuò)展性，適合大規(guī)模分布式系統(tǒng)。在關(guān)鍵的通訊鏈路上實(shí)施冗余設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)的可靠性。例如，可以配置雙網(wǎng)卡或使用冗余總線系統(tǒng)，確保在單點(diǎn)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)能夠顯著提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和穩(wěn)定性，確?；どa(chǎn)的連續(xù)性和安全性。

2.3 智能預(yù)警技術(shù)

智能預(yù)警技術(shù)是近年來逐漸發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，在化工安全生產(chǎn)中也開始得到應(yīng)用。這種技術(shù)利用先進(jìn)的傳感器和數(shù)據(jù)分析算法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，并對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警。例如，智能預(yù)警技術(shù)可以監(jiān)測(cè)到某個(gè)設(shè)備溫度突然升高，或某個(gè)管道壓力異常增大，并立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)。通過及時(shí)的預(yù)警，可有效減少事故的發(fā)生，保障生產(chǎn)安全。

2.4 高級(jí)過程控制

高級(jí)過程控制（以下簡(jiǎn)稱“APC”）是一種通過數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化算法來優(yōu)化生產(chǎn)過程的自動(dòng)化技術(shù)。在化工生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)過程的復(fù)雜性和多變性，通常需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)才能達(dá)到最佳的生產(chǎn)效果。APC技術(shù)通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行建模，并利用優(yōu)化算法來調(diào)整控制參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)優(yōu)化。

結(jié)合目前化工企業(yè)中APC技術(shù)的應(yīng)用情況，其應(yīng)用體現(xiàn)在以下方面。

2.4.1 在 線監(jiān)測(cè)

APC技術(shù)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流量、濃度等，能依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需求，借助有關(guān)算法調(diào)整參數(shù)，保持最佳的生產(chǎn)狀態(tài)，促進(jìn)不同生產(chǎn)流程之間的高效銜接。這一實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅能夠幫助企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常情況，預(yù)防潛在的風(fēng)險(xiǎn)，還能為生產(chǎn)優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.4.2 負(fù)荷控制

負(fù)荷控制旨在通過優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，合理分配生產(chǎn)資源，最大化生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益?；どa(chǎn)中經(jīng)常因?yàn)閮?nèi)外部因素的影響而造成負(fù)荷的異常波動(dòng)，借助APC技術(shù)能精準(zhǔn)控制負(fù)荷，利用先進(jìn)的控制算法和模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使各生產(chǎn)單元在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，防止因負(fù)荷異常變化而引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.3 設(shè)備保護(hù)

化工生產(chǎn)過程通常涉及高溫、高壓及腐蝕性介質(zhì)，對(duì)設(shè)備的要求非常高。一旦設(shè)備發(fā)生故障，不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率，還可能引發(fā)安全事故和環(huán)境污染。因此，通過APC技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)尤為重要。APC技術(shù)可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如振動(dòng)、溫度、壓力等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，進(jìn)行預(yù)警和保護(hù)。

3 結(jié)束語

自動(dòng)化技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用為化工行業(yè)帶來了顯著的改變和提升。通過DCS、PLC、智能預(yù)警技術(shù)及APC等技術(shù)的應(yīng)用，化工企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精確控制及智能優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并最大程度地減少事故風(fēng)險(xiǎn)。這些技術(shù)不僅提高了生產(chǎn)安全性，還為企業(yè)節(jié)約了人力資源和成本投入。隨著科技的不斷發(fā)展，化工企業(yè)需要不斷更新技術(shù)，提升自身的應(yīng)對(duì)能力，以適應(yīng)日益復(fù)雜和多變的生產(chǎn)環(huán)境，從而更好地保障員工安全，實(shí)現(xiàn)安全、高效、可持續(xù)的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬錦毅.化工安全生產(chǎn)與管理對(duì)策研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（7）：186-188.

[2] 張國(guó)之，王云龍，穆波.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在化工企業(yè)安全生產(chǎn)中的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].應(yīng)用化工，2022，51（5）：1403-1407.

[3] 陸華，毛海峰，陳海華.基于雙重預(yù)防機(jī)制化工安全管理創(chuàng)新模式探討[J].當(dāng)代化工研究，2022（2）：16-18.