化工安全生產(chǎn)中智能化過程控制的應(yīng)用及優(yōu)化

孫樂朋，陳泰利，張磊

(1.青島歐賽斯環(huán)境與安全技術(shù)有限責(zé)任公司，山東 青島 266555；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司海洋采油廠，山東 東營(yíng) 257000；3.東營(yíng)港有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)化工產(chǎn)品的需求越來越大，化工企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)也越來越繁重。化學(xué)產(chǎn)品具有易燃易爆、腐蝕和有毒有害的特性，因此安全生產(chǎn)是化工企業(yè)的第一要?jiǎng)?wù)。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，在化工生產(chǎn)中的安全管理和生產(chǎn)效率得到了極大的提升。在化工行業(yè)中運(yùn)用智能化過程控制技術(shù)，可以有效地提高安全生產(chǎn)的效率，并能夠在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，從而有效地防止各類安全事故。

1 智能化過程控制的含義

對(duì)于很多復(fù)雜的系統(tǒng)或裝置，要用傳統(tǒng)的控制理論來進(jìn)行定量的計(jì)算和分析是很困難的，需要將定量和定性的方法結(jié)合起來，就是要讓設(shè)備以人類的智力和經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)問題的解決。所以，在智能系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)不在于表達(dá)、計(jì)算與處理，而在于描述任務(wù)與實(shí)際模型，辨識(shí)環(huán)境，并發(fā)展知識(shí)庫和推理引擎，也就是說，智能控制的核心問題，不在于傳統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)，而在于智能化模型的控制。而智能控制的關(guān)鍵在于高層管理，也就是組織控制。高級(jí)控制是指通過組織、決策和規(guī)劃現(xiàn)實(shí)的環(huán)境和過程來解決問題。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須運(yùn)用符號(hào)信息處理技術(shù)、啟發(fā)式編程技術(shù)、知識(shí)表達(dá)技術(shù)、自動(dòng)推理技術(shù)和決策技術(shù)。這些問題的解決與人類大腦的思考過程相似，也就是“智能”的水平。然而，在智能控制中，模型的不確定性很大，即，當(dāng)模型不為人所知時(shí)，其結(jié)構(gòu)與參數(shù)會(huì)有較大的改變[1]。如果一個(gè)系統(tǒng)能感知周圍的環(huán)境并不斷地獲得信息，那么它就可以降低不確定性，規(guī)劃、產(chǎn)生和執(zhí)行這些控制行為。隨著人類大腦的學(xué)習(xí)，智能控制技術(shù)逐漸發(fā)展，它具有實(shí)時(shí)推理、決策、學(xué)習(xí)、記憶等多種功能，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的控制環(huán)境。

在化工生產(chǎn)中，工藝檢測(cè)與故障診斷是解決生產(chǎn)安全問題的重要手段，對(duì)改善化工設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性、提高故障預(yù)報(bào)精度、提高設(shè)備維修效率具有重要意義。過程監(jiān)測(cè)包括故障檢測(cè)、程度識(shí)別、時(shí)間估計(jì)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、故障機(jī)制診斷、對(duì)策和建議等。當(dāng)前，過程監(jiān)控的方式有三種：基于分析模式的過程監(jiān)控、基于專業(yè)知識(shí)的過程監(jiān)控、基于數(shù)據(jù)的監(jiān)控。在工程實(shí)踐中，基于分析模型的工藝監(jiān)控包含了對(duì)復(fù)雜工藝進(jìn)行準(zhǔn)確的建模，但是由于建模難度大，因而很少被廣泛采用；以專家知識(shí)為基礎(chǔ)的工藝監(jiān)控技術(shù)已得到很好的發(fā)展和完善。

2 智能化控制技術(shù)的概述

智能控制技術(shù)被廣泛地用于化工安全生產(chǎn)，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化工過程中的溫度、壓力、濕度的變化，從而防止安全事故的發(fā)生。由于化工行業(yè)的高危險(xiǎn)因素，使其不能完全依靠人力來進(jìn)行管理。這是因?yàn)榛瘜W(xué)原料中含有易燃、易爆、腐蝕性和毒性的物質(zhì)，一旦泄漏，不但會(huì)對(duì)工作人員的身體和身體造成危害，而且可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，在安全、高效的生產(chǎn)中，必須在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用智能技術(shù)，以減少安全事故的發(fā)生，從而使安全生產(chǎn)得到最大程度的改善，從而使安全生產(chǎn)得到持續(xù)的發(fā)展[2]。

3 化工安全生產(chǎn)采用智能化控制的重要性

3.1 方便操作

現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)在科技進(jìn)步的推動(dòng)下，現(xiàn)如今的化工生產(chǎn)已成為半智能化或全智能化，而手工生產(chǎn)也逐漸被取代。與此形成鮮明對(duì)比的是，智能化或半智能化生產(chǎn)可以增加生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)工藝的安全性，并能有效防止某些生產(chǎn)事故[3]。在此情況下，采用智能控制系統(tǒng)進(jìn)行人工操作，降低了人身安全事故的危險(xiǎn)。比如當(dāng)化學(xué)產(chǎn)品出現(xiàn)火情時(shí)，人們往往會(huì)用滅火器來撲救，效率低，容易發(fā)生二次災(zāi)害。若采用智能控制系統(tǒng)，如煙氣報(bào)警器或溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，頂棚消防水系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)工作。

3.2 無疲勞等因素影響

在人工的安全防范工作中，要晝夜不停地進(jìn)行。眾所周知，人在凌晨3—5時(shí)的時(shí)候最疲勞，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，無法及時(shí)應(yīng)對(duì)，甚至有可能在安全防范的人員還沒有做出回應(yīng)的時(shí)候就結(jié)束了。機(jī)器不存在體力上的疲憊，只要保養(yǎng)得當(dāng)，該智能控制系統(tǒng)就可以一直工作。當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，反應(yīng)速度要比人類更快，工作起來也更加勤奮。

3.3 防止危險(xiǎn)化學(xué)品帶來的二次傷害

在化工行業(yè)中，有很多化學(xué)品和化學(xué)原料都是易燃易爆的，甚至是有毒的。當(dāng)對(duì)人體有危害的化學(xué)品發(fā)生燃燒或者是爆炸時(shí)，靠人工對(duì)災(zāi)害進(jìn)行處理，會(huì)有生命危險(xiǎn)。在這種情況下，智能控制系統(tǒng)的存在就顯得格外的重要了，不但能夠防止危險(xiǎn)品帶來的二次傷害，還能最大程度的減輕損失。

4 化工安全生產(chǎn)中智能化控制技術(shù)的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

安全監(jiān)測(cè)是化工生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在化學(xué)生產(chǎn)中，傳感器的數(shù)量是非常多的。這些傳感器可以采集諸如：溫度、壓力、流量等的數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行分析，可以有效地檢測(cè)出生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各類不正?，F(xiàn)象，從而采取相應(yīng)的對(duì)策。

4.2 故障診斷技術(shù)

由于化學(xué)產(chǎn)品的危險(xiǎn)特性，其生產(chǎn)過程中的故障率常常很高。一旦有關(guān)的設(shè)備發(fā)生故障，將導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。但是如果這些設(shè)備都可以裝上一個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)器，那么就可以有效地避免裝置故障的發(fā)生。錯(cuò)誤檢測(cè)器通過對(duì)裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)各種故障，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從而進(jìn)一步提高化工生產(chǎn)的安全性和平穩(wěn)性。

4.3 緊急停車系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)中，有相當(dāng)一部分的生產(chǎn)環(huán)境屬于高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆、毒性強(qiáng)等特點(diǎn)。一旦出現(xiàn)安全事故，就極易出現(xiàn)大規(guī)模的失效和重大的安全事件。應(yīng)用智能過程控制技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)完備的停車管理體系是十分必要的。通常，在進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)過程中，需要使用大量的運(yùn)行設(shè)備，且操作過程比較繁瑣，很難對(duì)其進(jìn)行有效的控制。如果某一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)了故障，那么由于設(shè)備之間的連接非常緊密，任何一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，都會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)過程的癱瘓。為避免這一現(xiàn)象，逐漸引入應(yīng)急停車系統(tǒng)，它能對(duì)生產(chǎn)設(shè)備中的某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障或設(shè)備的損壞進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。而且，由于對(duì)化學(xué)產(chǎn)品的精度要求很高，因此對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)備的定期進(jìn)行清潔，并對(duì)設(shè)備的儀器進(jìn)行定期的檢查和更換，使不良事件的發(fā)生率降到最低。但是，由于化學(xué)生產(chǎn)非常緊張，如果全部由人力來完成，耗時(shí)更久，而且會(huì)影響到下一次的工作，從而降低生產(chǎn)效率。而使用應(yīng)急停機(jī)系統(tǒng)，可以在任何時(shí)候暫停整個(gè)裝置的工作，直接對(duì)化工生產(chǎn)的活動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和維護(hù)[4]。

4.4 化工生產(chǎn)線直接控制

在化工生產(chǎn)過程中，采用智能過程控制技術(shù)進(jìn)行直接控制具有兩大特征：一是對(duì)各類化工產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。作為化工過程中必不可少的儀器，可以實(shí)時(shí)顯示反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)過程等實(shí)時(shí)狀況，不僅可以確?；ぎa(chǎn)品的質(zhì)量，而且可以通過儀表來防止事故的出現(xiàn)，從而確保生產(chǎn)的安全。由于化工產(chǎn)品的復(fù)雜程度，各種儀器在生產(chǎn)線上的應(yīng)用，使操作人員很難掌握。采用單片機(jī)及通信技術(shù)，對(duì)各類儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保了化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行，并能及時(shí)向相關(guān)部門報(bào)告，確保生產(chǎn)的安全。通過智能控制，可以對(duì)整個(gè)化工生產(chǎn)進(jìn)行全方位的監(jiān)控，并根據(jù)預(yù)算中的數(shù)據(jù)，判斷出生產(chǎn)線是否出現(xiàn)了問題，并向監(jiān)控中心反饋。

4.5 安全裝置智能化處理系統(tǒng)

在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，僅僅依靠人員的巡查是難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類安全事故的。智能的安全裝置處理系統(tǒng)可以第一時(shí)間找到問題，解決問題。它能有效地保障生產(chǎn)的正常運(yùn)行，避免事故的進(jìn)一步發(fā)展。此外，在發(fā)生安全事故后，通過智能控制系統(tǒng)可以及時(shí)檢測(cè)到危險(xiǎn)源，防止救援人員直接進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng)，從而進(jìn)一步減少了對(duì)人體的傷害。

4.6 自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

在實(shí)際的化工生產(chǎn)中，每一臺(tái)設(shè)備都要按照高速安全的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)溫度、壓力、液位、流量等都有嚴(yán)格的要求。智能控制技術(shù)能夠結(jié)合高溫高壓的生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)溫度、壓力、流速等參數(shù)進(jìn)行分析，在生產(chǎn)過程中發(fā)生任何突發(fā)事件，能在最短的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警，從而確保設(shè)備的安全，從而為生產(chǎn)和維護(hù)提供科學(xué)合理的依據(jù)，從而大大提高了事故處理的效率。設(shè)置了自動(dòng)聯(lián)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生安全事故時(shí)，該系統(tǒng)可快速通知員工，并可智能地對(duì)設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作。通常，該裝置的自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)可以及時(shí)地檢測(cè)到在設(shè)備工作中出現(xiàn)的高溫、高壓等問題。當(dāng)發(fā)生設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)可對(duì)智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保溫度、壓力等正常運(yùn)行。同時(shí)，監(jiān)測(cè)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。為確?；て髽I(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)，盡量排除故障[5]。

5 智能化控制在化工安全生產(chǎn)中的優(yōu)化

5.1 安全裝置的智能化

通過智能化的安全裝置，可以發(fā)現(xiàn)化工生產(chǎn)中某些潛在的危險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的行動(dòng)來減少這些危險(xiǎn)。比如當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，用隔離物封閉危險(xiǎn)氣體，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)就會(huì)被啟動(dòng)。運(yùn)用這些智能安全裝置，可以有效地避免操作人員對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接的處置，避免造成更重的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

5.2 優(yōu)化設(shè)備安全性檢測(cè)

在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常發(fā)生安全事故，導(dǎo)致人員傷亡。造成機(jī)械設(shè)備故障的主要原因是未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修。此外，常規(guī)的檢測(cè)方法不僅耗費(fèi)時(shí)間，而且檢測(cè)難度大，而且難以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障。針對(duì)上述問題，化工企業(yè)采取智能化控制技術(shù)，定期對(duì)裝置進(jìn)行安全性能監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置安全運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而從源頭上消除安全隱患，保障化工企業(yè)的安全生產(chǎn)。

6 智能化過程控制對(duì)化工生產(chǎn)的意義

化工生產(chǎn)中的不安全因素很多，所以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷是非常必要的。智能化控制技術(shù)是一種能夠有效地防止化工生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種安全事故的方法。智能化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠迅速地適應(yīng)變化的數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)問題，可以立即進(jìn)行調(diào)整和修正。這一切靠人工無法完成，只能靠智能化技術(shù)來完成。其次，它還能監(jiān)控、預(yù)警機(jī)器設(shè)備的故障，使員工提高警覺性，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止意外[6]。智能化控制技術(shù)也能使化工產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到改善。傳統(tǒng)的單純依賴人工的生產(chǎn)方式，既有較高的危險(xiǎn)因子，又有較高的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，不能適應(yīng)迅速發(fā)展的化工行業(yè)。所以，化學(xué)工藝必須進(jìn)行變革，運(yùn)用智能化技術(shù)替代人工所不能勝任的工作。

7 結(jié)語

化工產(chǎn)品在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活中占有舉足輕重的地位，生產(chǎn)規(guī)模將不斷擴(kuò)大。為了滿足化工行業(yè)的發(fā)展，減少操作失誤，避免發(fā)生意外，隨著技術(shù)進(jìn)步目前大部分沒有智能化過程控制的系統(tǒng)或裝置都將能逐步利用該項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全、綠色、節(jié)能、高速、智能化過程的改革與創(chuàng)新。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)化學(xué)產(chǎn)品的安全性要求越來越高。要有效地改善化工生產(chǎn)的安全，就需要不斷采用和優(yōu)化智能化過程控制技術(shù)。