化工企業(yè)危險(xiǎn)工藝自動(dòng)化控制及安全連鎖改造

劉祥海

（廣東好順歐迪斯科技股份有限公司，廣東深圳 518000）

在化工企業(yè)的日常生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有很多具有較高危險(xiǎn)性的工藝流程，為了降低生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的意外，需要對(duì)化工生產(chǎn)裝置進(jìn)行控制和改造，否則，一旦出現(xiàn)意外，企業(yè)會(huì)蒙受損失，對(duì)于企業(yè)員工的生命健康則會(huì)造成嚴(yán)重的威脅，無(wú)論是對(duì)于企業(yè)還是對(duì)于員工，都需要付出巨大的代價(jià)，因此，在化工企業(yè)中開(kāi)展自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖裝置的改造是非常重要的。

1 化工企業(yè)危險(xiǎn)工藝的內(nèi)容和現(xiàn)狀

1.1 危險(xiǎn)工藝的現(xiàn)狀

化工行業(yè)一直都是一個(gè)危險(xiǎn)性比較高的行業(yè)，近些年隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，經(jīng)?？梢钥吹交て髽I(yè)由于安全事故造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的報(bào)道，因?yàn)樯a(chǎn)的特殊性，化工企業(yè)一旦出現(xiàn)泄漏或者生產(chǎn)事故，都會(huì)對(duì)環(huán)境和人員造成嚴(yán)重的影響，尤其是對(duì)于環(huán)境造成的影響，有毒有害物質(zhì)對(duì)生態(tài)循環(huán)造成的危害持續(xù)時(shí)間是很長(zhǎng)的，所以，在化工企業(yè)的日常生產(chǎn)中加強(qiáng)安全管理，對(duì)危險(xiǎn)工藝進(jìn)行細(xì)致的分類并制定相應(yīng)的安全防護(hù)規(guī)范和設(shè)置安全防護(hù)裝置，對(duì)于提高化工企業(yè)的整體安全性和生產(chǎn)效率都有著很大的幫助。

目前，我國(guó)一些大型化工生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到了化工安全生產(chǎn)的重要性，對(duì)于一些具備強(qiáng)放熱性質(zhì)的工藝所涉及的生產(chǎn)設(shè)備，都進(jìn)行了自動(dòng)預(yù)警裝置的安裝，一方面大大提升了生產(chǎn)設(shè)備的安全性，另一方面也會(huì)推動(dòng)我國(guó)針對(duì)化工生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善，這得力于參與危險(xiǎn)工藝自動(dòng)化改造工程的管理人員與工程技術(shù)人員，他們?cè)趯?duì)設(shè)備進(jìn)行改造的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了很多我國(guó)在生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化控制方面存在的不足，由于缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在具體工作的過(guò)程中難免出現(xiàn)技術(shù)上的問(wèn)題，通過(guò)討論和解決，對(duì)于我國(guó)下一步完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有著很好的參考價(jià)值。

1.2 危險(xiǎn)工藝包含的內(nèi)容

化工企業(yè)危險(xiǎn)工藝主要包括生產(chǎn)裝置和存儲(chǔ)裝置兩方面。生產(chǎn)裝置主要包括一些涉及硝化反應(yīng)、氯化反應(yīng)等具有較強(qiáng)反應(yīng)性或者需要在高熱、高壓等極限條件下反應(yīng)的危險(xiǎn)工藝裝置，這些裝置的穩(wěn)定性和安全性都會(huì)直接關(guān)系到化工生產(chǎn)的安全；存儲(chǔ)裝置主要包括一些裝有易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)罐以及儲(chǔ)罐大量放置的區(qū)域，很多安全事故的發(fā)生都是危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)藏不當(dāng)造成的。

在化工生產(chǎn)中，原料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存都是非常重要的，尤其是一些儲(chǔ)存有高溫、高壓氣體的裝置，一旦達(dá)到化學(xué)品穩(wěn)定儲(chǔ)存的臨界值，很有可能出現(xiàn)爆炸，其中，危險(xiǎn)性最大的就是氣體的物料，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、生產(chǎn)中都很容易在容器或者運(yùn)輸管道中由于外界環(huán)境的變化而出現(xiàn)泄漏或者爆炸，造成嚴(yán)重的化工安全事故。

當(dāng)危險(xiǎn)氣體出現(xiàn)泄漏時(shí)，很有可能造成管道的腐蝕，一旦與其他危險(xiǎn)氣體或者化學(xué)品進(jìn)行混合，混合物的穩(wěn)定性就很難確定，極有可能在正常的環(huán)境中也出現(xiàn)爆炸等安全事故。

2 化學(xué)危險(xiǎn)工藝中常用的自動(dòng)化控制方式

2.1 安全聯(lián)鎖和自動(dòng)化控制的作用

化工生產(chǎn)和化學(xué)品的儲(chǔ)藏都具有很大的危險(xiǎn)性，除了化學(xué)品本身的性質(zhì)，化工生產(chǎn)中的高溫高壓環(huán)境都是造成安全事故的潛在因素，而且化學(xué)品一般都具有一定的腐蝕性，時(shí)間久了，都會(huì)對(duì)管道或者儲(chǔ)藏裝置、反應(yīng)裝置等造成不利影響，但是這些工藝要求不能隨便更改，否則無(wú)法完成正常的化工生產(chǎn)，因此，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)化工生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)化控制可以解決這些棘手的問(wèn)題，通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，降低由于人為因素造成的影響，而且自動(dòng)化控制可以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的具體情況進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，保證設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，為化工生產(chǎn)的安全提供有效的保障。

2.2 安全聯(lián)鎖和自動(dòng)控制常用方式

化工危險(xiǎn)作業(yè)設(shè)備的安全基本規(guī)范就是建立流量、壓力、溫度、聯(lián)鎖停車、自動(dòng)報(bào)警，目前的自動(dòng)化控制工藝主要包括以下四個(gè)方面：①可編程控制器，簡(jiǎn)稱為PLC，主要應(yīng)用在順序控制和邏輯控制當(dāng)中，它的應(yīng)用是為了取代傳統(tǒng)工藝中的繼電器，在生產(chǎn)過(guò)程的控制中發(fā)揮了巨大的作用。②分布式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱DCS，這個(gè)系統(tǒng)是自動(dòng)控制能夠良好運(yùn)行的核心之一，通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的操作中心、采集點(diǎn)、控制點(diǎn)等進(jìn)行分散控制，提升控制的效率和準(zhǔn)確率，保證生產(chǎn)流程的有條不紊。③現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱FCS，該系統(tǒng)在目前的化工生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛地使用，但是仍然有待開(kāi)發(fā)和探索，是整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重要研究方向，它的使用對(duì)于降低工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中出現(xiàn)危險(xiǎn)的概率有著重要的作用。④總線工業(yè)控制機(jī)，簡(jiǎn)稱OEM，配置工業(yè)控制機(jī)結(jié)構(gòu)的時(shí)候具備十分方便、配置靈活、集中控制、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3 化工危險(xiǎn)工藝自動(dòng)化控制的實(shí)際應(yīng)用

3.1 自動(dòng)化控制在化學(xué)反應(yīng)器中的應(yīng)用

化學(xué)反應(yīng)器在整個(gè)化工企業(yè)的正常生產(chǎn)中都有著較高的安全隱患，在工藝流程中需要對(duì)溫度、液位、流量等因素進(jìn)行嚴(yán)格的控制，一旦這些參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題，很有可能造成反應(yīng)器的損壞和化學(xué)品的泄漏，進(jìn)而出現(xiàn)安全事故，所以化學(xué)反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，其工藝控制是非常復(fù)雜的。為了保證其穩(wěn)定性和安全性，必須裝設(shè)一定的報(bào)警裝置和安全聯(lián)鎖裝置，目前針對(duì)反應(yīng)器安全使用到的自動(dòng)化控制技術(shù)主要包括以下幾類：

（1）針對(duì)化學(xué)反應(yīng)器流量的控制，在實(shí)際的化工生產(chǎn)過(guò)程中，任何工藝都需要固定的配料比，只有保證配料比的正常，才能按照既定規(guī)劃完成化學(xué)反應(yīng)，這就需要對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的流量進(jìn)行嚴(yán)格的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化控制技術(shù)的使用可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部流量的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)調(diào)整，使流量控制更加精確，避免由于監(jiān)控不到位或者人為失誤導(dǎo)致的安全事故的出現(xiàn)。

（2）對(duì)反應(yīng)器溫度進(jìn)行控制，通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)可以對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)將反應(yīng)器正在進(jìn)行的反應(yīng)進(jìn)行緊急切斷，保障反應(yīng)安全。

3.2 自動(dòng)化控制在聚合反應(yīng)器中的應(yīng)用

聚合反應(yīng)器同樣是化工生產(chǎn)中一類重要的裝置，其中采用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)基本原理和功能與化學(xué)反應(yīng)器基本一致，但是在聚合反應(yīng)器中使用到的自動(dòng)化系統(tǒng)還需要對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部的壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部的壓力出現(xiàn)異常，例如超壓時(shí)，傳感器可以將信號(hào)迅速傳輸給自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)的控制，可以及時(shí)采取一系列應(yīng)對(duì)措施，通過(guò)控制安全聯(lián)鎖將進(jìn)料口迅速封閉，切斷化學(xué)反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，然后通過(guò)泄壓系統(tǒng)降低反應(yīng)器內(nèi)部壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器的安全控制，降低生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)安全事故的概率。

3.3 自動(dòng)化控制在蒸餾塔中的應(yīng)用

蒸餾塔是化工企業(yè)中最常見(jiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，通過(guò)蒸餾塔的化學(xué)工藝，可以將兩種以上的沸點(diǎn)存在較大差距的混合液體進(jìn)行分離，提升液體的純度。蒸餾塔運(yùn)行中的主要參數(shù)包括進(jìn)料量、餾出量、釜液量、冷卻量、加熱量、回流量等，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對(duì)蒸餾塔運(yùn)行過(guò)程中的壓力、塔釜液位、進(jìn)料量、產(chǎn)品量、回流罐液位、回流比等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，保證蒸餾塔的實(shí)際運(yùn)行效率和安全性。

4 自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖改造

4.1 進(jìn)行定量與定性分析

化工企業(yè)中針對(duì)危險(xiǎn)工藝進(jìn)行自動(dòng)化控制的過(guò)程具有復(fù)雜、高技術(shù)含量等特征，想要保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常進(jìn)行，必須以準(zhǔn)確的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)以及參數(shù)作為基礎(chǔ)，優(yōu)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于危險(xiǎn)工藝中的強(qiáng)放熱單元，要根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算出反應(yīng)所釋放出的熱量，在動(dòng)力學(xué)參數(shù)無(wú)法確定的情況下，可以通過(guò)參考類似的反應(yīng)模式，在能量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建，在動(dòng)力學(xué)模型中尋找安全性和穩(wěn)定性最高的操作區(qū)域，遵循這樣的流程，才能保證自動(dòng)化控制的準(zhǔn)確性。針對(duì)一些非正常狀態(tài)下可能出現(xiàn)燃燒、爆炸等事故的裝置，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建和熱力學(xué)計(jì)算，只有根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)狀況進(jìn)行危險(xiǎn)性的評(píng)估以及安全隱患的分析，找出可能引發(fā)安全事故的參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)的控制進(jìn)行特定方案的設(shè)計(jì)。

4.2 對(duì)相鄰生產(chǎn)單元內(nèi)部元素狀況的整體性分析

化工企業(yè)危險(xiǎn)工藝可以采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行處理，但是其相鄰單元的系統(tǒng)處理對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)依然是一個(gè)難題，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用對(duì)生產(chǎn)車間的整體調(diào)整來(lái)進(jìn)行解決，將危險(xiǎn)單元盡量設(shè)置在廠區(qū)的邊緣位置，并且分布盡量保持集中的情況，最大限度降低危險(xiǎn)單元與其他單元的接觸，最好可以采用一定的隔離措施使危險(xiǎn)單元與相鄰單元之間存在一定的緩沖區(qū)域。

4.3 調(diào)整安全操作規(guī)程和安全管理制度

在化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖改造后，操作和管理人員需要重點(diǎn)關(guān)注和記錄的參數(shù)相較于過(guò)去都會(huì)出現(xiàn)明顯的改變，因此，企業(yè)需要將過(guò)去的工藝流程、安全規(guī)范、管理制度等都根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及安全聯(lián)鎖裝置維持在穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

由于行業(yè)本身的性質(zhì)，化工行業(yè)在日常生產(chǎn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)安全事故，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此，需要進(jìn)行危險(xiǎn)工藝的自動(dòng)化控制和合理使用安全聯(lián)鎖裝置來(lái)降低出現(xiàn)事故的概率，提升化工產(chǎn)業(yè)的安全性，保證化工生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定地開(kāi)展。