淺談自動化控制及安全聯(lián)鎖在化工安全生產(chǎn)中的應用

王芳,賈福永,宋強

(1.威海市文登區(qū)化工產(chǎn)業(yè)園發(fā)展中心,山東 威海 264499;2.滕州市應急管理局應急救援指揮中心,山東 棗莊 277101;.3.青島科技大學 山東化工研究院,山東 濟南 250014)

化工是一個具有高度危險性的行業(yè),如果化工企業(yè)中的流體(包括固體、液體、氣體)發(fā)生泄漏,會對環(huán)境造成嚴重的破壞,甚至還會對化工生產(chǎn)裝置周圍工作人員和廠區(qū)周邊居住的居民的身體健康造成嚴重傷害,甚至死亡等。因此,在確保安全、高效的前提下,化工企業(yè)要重點強化對危險化工工藝環(huán)節(jié)的管理,因為,在涉及危險化工工藝的化工生產(chǎn)裝置存在著較高的潛在的危險性,因此,要對化工生產(chǎn)裝置的安全運行和日常管理維護高度重視。當前,有些化工企業(yè)為了提高生產(chǎn)設備在生產(chǎn)過程的安全性,已經(jīng)實施了對具有強放熱反應的生產(chǎn)設備設置自動控制和安全預警設施。然而,其缺點就是,在自動化控制和安全聯(lián)鎖裝置技術(shù)改造的過程中,還存在著一些爭論。從這一點可以看出,在現(xiàn)代化工企業(yè)中,化工生產(chǎn)危險工藝的有關(guān)法規(guī)和技術(shù)水平方面,還需要進一步完善、提高。從而推動化工企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標,把自動化控制及安全聯(lián)鎖裝置合理、高效地運用到化工安全生產(chǎn)中。

1 化學工業(yè)安全生產(chǎn)工藝特征

在化學工業(yè)持續(xù)進步和發(fā)展過程中,化學工業(yè)的生產(chǎn)工藝越來越多,不同的化學工業(yè)的生產(chǎn)工藝也是千差萬別。與傳統(tǒng)的化學工業(yè)的安全化學工業(yè)相比,目前所研究的化學工業(yè)是一種連續(xù)的,而且可以用于大規(guī)模生產(chǎn)的。其次,化學產(chǎn)品的安全生產(chǎn)周期很長,而且總是在滿負荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn),保證了生產(chǎn)過程中的安全性、連續(xù)性、穩(wěn)定性[1]?；ば袠I(yè)的安全生產(chǎn)要求有特定的工藝條件,需要在高壓、高溫、易燃易爆、真空和有毒的環(huán)境中也能進行安全生產(chǎn)。

根據(jù)國內(nèi)近年來化工行業(yè)安全生產(chǎn)事故原因統(tǒng)計分析,絕大多數(shù)安全生產(chǎn)事故均緣于生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)風險管控失效、工藝缺陷、員工的違章操作、應急環(huán)節(jié)失效有關(guān),只有持續(xù)提升企業(yè)的過程自動控制及安全聯(lián)鎖的水平,才能確保企業(yè)在第一時間扼住事故咽喉,否則,風險一旦失控,后果往往較為慘痛,因此引導化工企業(yè)提高自動控制及安全聯(lián)鎖水平,引導企業(yè)從本質(zhì)安全、系統(tǒng)安全的角度做好安全生產(chǎn)主體責任落實,才能從根本上實現(xiàn)化工行業(yè)安全生產(chǎn)形勢的根本好轉(zhuǎn)。

2 自動化控制技術(shù)及重要性

在化工生產(chǎn)中利用自動化控制技術(shù),應用先進的設備與技術(shù)對整個生產(chǎn)流程進行自動化控制與管理。自動化控制技術(shù)能夠在化工生產(chǎn)過程中,對溫度、壓力、濕度等進行控制與調(diào)節(jié),可以有效避免在高溫環(huán)境下或高壓環(huán)境下發(fā)生安全事故的可能性,提升了化工生產(chǎn)的安全性。同時,自動化控制技術(shù)推動了化工生產(chǎn)的變革,相關(guān)領(lǐng)域工作人員要熟練靈活的應用自動化技術(shù),嚴格遵照相關(guān)操作流程與標準,設定科學合理的自動化控制方案,進而提升化工生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。在化工生產(chǎn)制作過程中,由于化學物質(zhì)本身具有易燃易爆炸、易腐蝕的特點,因此化工生產(chǎn)也存在較高的危險性。一旦在化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)操作失誤或其他問題,容易對一定QE范圍內(nèi)的人身安全與健康造成威脅。因此,在化工生產(chǎn)過程中,要提升對安全生產(chǎn)的重視力度,避免造成人員傷亡或損失。基于此,提升對自動化控制技術(shù)的應用至關(guān)重要,自動化控制技術(shù)能夠?qū)どa(chǎn)過程中進行有效監(jiān)督管理,保障各作業(yè)環(huán)節(jié)能夠達到規(guī)定的標準要求,從而對提升整個化工生成過程的安全性。

3 自動控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的意義

近年來,雖然化工行業(yè)中危險化學品生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平逐步提高,我國的安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn),但生產(chǎn)的自動化控制及安全聯(lián)鎖水平仍然不高,多數(shù)化工生產(chǎn)企業(yè)中危險性較大場所的人員數(shù)量仍然相對較多,生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū)未有效分隔或管理松散的情況較為普遍。上述問題導致化工行業(yè)中危險化學品生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)科技水平,自動控制及安全聯(lián)鎖水平不高,存在發(fā)生較大生產(chǎn)安全事故的隱患[2]。實施自動化控制及安全聯(lián)鎖是認真落實安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃及應急管理部“科技強安”有關(guān)要求的具體舉措,可有效提高自動化控制及安全聯(lián)鎖對安全生產(chǎn)的支撐作用,避免或減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生,有效隔離生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū),進一步降低化工行業(yè)安全風險。

將自動化控制技術(shù)運用到化工生產(chǎn)中,運用先進的設備和技術(shù),實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的自動化控制和管理。自動化控制技術(shù)可以在化工生產(chǎn)過程中,對溫度、壓力、濕度等進行控制與調(diào)節(jié),可以有效地防止在高溫或高壓環(huán)境下,發(fā)生安全事故,提高化工生產(chǎn)的安全性。與此同時,自動化控制技術(shù)也在促進著化工生產(chǎn)的發(fā)展,在此過程中,有關(guān)部門的工作人員必須對自動化技術(shù)進行熟練運用,并按照相應的操作程序和標準,制定出一套科學、合理的自動化控制計劃,從而提高化工生產(chǎn)的品質(zhì)和效率[3]?；瘜W藥品的易燃、易爆、易腐蝕等特性,使化學藥品的制造也具有很大的危險性。在化工生產(chǎn)中,如果發(fā)生了一些錯誤或者其他的問題,就很可能會給在某一質(zhì)量環(huán)境中的人員安全和健康帶來危險。所以,在化工行業(yè),必須提高對安全的認識,才能減少事故的發(fā)生。在這種情況下,提高對自動化控制技術(shù)的應用是非常重要的。自動化控制技術(shù)可以對化工生產(chǎn)過程中進行有效的監(jiān)督和管理,保證各個作業(yè)環(huán)節(jié)可以達到規(guī)定的標準要求,從而提高整個化工生成過程的安全性。

4 在化學工業(yè)中實現(xiàn)自動化控制和安全聯(lián)鎖的措施

4.1 安全生產(chǎn)過程中的自動控制

自動化控制在化工安全生產(chǎn)中的運用是一種很有必要的方法,在具體的運用過程中,主要有模型檢測分析和儀器實時控制。模型檢測分析的應用可以對化工安全生產(chǎn)的全部過程與環(huán)節(jié)展開有效的監(jiān)督與控制,還可以對模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行明確,從而可以有效地解決模型分析困難的問題。使有關(guān)技術(shù)人員在遇到故障時能迅速發(fā)現(xiàn)解決辦法。采用自動監(jiān)控技術(shù),可以有效地對化工生產(chǎn)進行實時監(jiān)控,為企業(yè)在生產(chǎn)過程中發(fā)生的安全事故提供了一個可靠的依據(jù)。通過對儀表的實時監(jiān)控,技術(shù)人可以及時地掌握化工安全生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),相關(guān)工作人員在利用儀表監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息,可以有效地解決各類問題,從而可以對化工生產(chǎn)中的安全隱患進行有效地處理。比如,利用 DCS技術(shù)來完成對整個過程的監(jiān)控,如果在設備的運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了問題,那么就可以對其進行及時的處理,從而避免對整個生產(chǎn)帶來不利的影響[4]。當故障發(fā)生之后,DCS控制系統(tǒng)可以檢測到變化,從而實現(xiàn)自動報警,提醒有關(guān)人員進行維護,還可以幫助工作人員準確地找到故障的位置。自動化控制是一種自動依照既定程序或指令進行生產(chǎn)作業(yè)的一種技術(shù)方法,按自動化程度又分為兩種,一種是全自動化控制,一種是半自動化控制。它可以用于生產(chǎn)過程的控制,機械制造的控制,以及管理過程的控制。國內(nèi)的自動控制技術(shù)已在化學工業(yè)中運用了數(shù)十年,其發(fā)展方式主要有引進與自主研發(fā)?；瘜W工業(yè)的發(fā)展也從手工操作,機械控制,到自動控制。可編程序控制器是一種內(nèi)存,它使用了一種可程序控制。它是一個內(nèi)存的程序,它的主要作用有:執(zhí)行邏輯運算,執(zhí)行順序控制,執(zhí)行時間,計數(shù),執(zhí)行數(shù)學運算等。它的控制模式為中數(shù)碼型或模擬型的輸入型?？删幊炭刂破鞯闹饕卣魇?(1)性能價格比高,功能強大;(2)可靠性高,抗干擾能力強;(3)維護簡便?？捎糜诓贿B續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)和中小型工業(yè)的連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。FCS系統(tǒng)是在 DCS和 PLC的基礎上發(fā)展出來的,它既具備了 DCS系統(tǒng)和 PLC系統(tǒng)的所有優(yōu)點,又具備了更強大、更完備的控制功能?，F(xiàn)場總線的引入,大大降低了復雜的現(xiàn)場總線,并使得現(xiàn)場總線的布置更為合理。

4.2 應急停機裝置在化工安全生產(chǎn)中的運用

應急停機是近年來在化學工業(yè)中廣泛使用的一種應急停機裝置,主要是為了實現(xiàn)對裝置的各項關(guān)鍵參數(shù)和工作狀況的自動監(jiān)測。當被監(jiān)測對象與正常值有差異時,則為滿足緊急停車條件,將監(jiān)控系統(tǒng)由緊急停車系統(tǒng)代替,并向發(fā)生事故的操作環(huán)節(jié)下達停車命令,保證生產(chǎn)的安全。緊急停車系統(tǒng)通?？煞譃槿N狀態(tài),即正常停車、局部緊急停車與全面緊急停車,并根據(jù)不同的情況采取對應的自動化操作。當設備在常規(guī)維護范圍內(nèi)時,會發(fā)布常規(guī)停機命令。當發(fā)生不明原因的突發(fā)事故時,系統(tǒng)將給出完整的應急停機指示,以方便對設備進行徹底、仔細的檢測。

4.3 安全儀表系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng),又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng),主要為工廠控制系統(tǒng)中報警和聯(lián)鎖部分,對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機控制,是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。能夠?qū)崿F(xiàn):保證生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)、事故安全聯(lián)鎖;安全聯(lián)鎖報警;聯(lián)鎖動作和投運顯示等保障裝置安全運行的重要功能。

安全聯(lián)鎖是一種安全技術(shù)措施,它可以在安全隱患消除之前,對危險區(qū)域的接觸進行制止。應急停機系統(tǒng)(ESD)作為一種安全聯(lián)鎖技術(shù)被廣泛應用于化工企業(yè)。在設備出現(xiàn)故障或工作過程中出現(xiàn)意外情況時,保護裝置可以在第一時間關(guān)閉設備,保證不會出現(xiàn)任何的安全事故。為了提高自動化控制系統(tǒng)的安全性,一般情況下,ESD系統(tǒng)與 PLC系統(tǒng)、CS系統(tǒng)以及 FCS系統(tǒng)相結(jié)合,ESD系統(tǒng)能夠在溫度、壓力和液位超限,或者可氣體和有害氣體的濃度超出標準時,對其進行報警,并且會開啟安全聯(lián)鎖技術(shù)。對于具有較高危險性的化學裝置,除了配置自動控制裝置外,還需配置防靜電裝置,以保證在出現(xiàn)異常狀況時,不會出現(xiàn)安全事故[5]。在化工安全生產(chǎn)中,安全儀表裝置起到了很大的作用,在化工工業(yè)的實際操作中,使用安全儀表裝置,可以自動地給出事故報警,并發(fā)出安全信號。在使用自動化控制及安全聯(lián)鎖的過程中,可以有效地解決化工作業(yè)現(xiàn)場的潛在安全問題,減少事故隱患對施工人員造成的經(jīng)濟損失,確保各個環(huán)節(jié)工作的順利進行,減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

4.4 在化工安全生產(chǎn)中使用自動聯(lián)鎖報警設備

(1)由于化學工業(yè)生產(chǎn)工藝中具有高溫、高壓、使用大量易燃易爆、有毒有害物料等特點,導致自身的安全性不高,因此,在實際的生產(chǎn)過程中,存在著大量的安全隱患,這將直接影響到化學工業(yè)的整體發(fā)展。在具體的生產(chǎn)過程中,化工生產(chǎn)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間都有著密切、緊密的聯(lián)系,其中的任何一個環(huán)節(jié)出了問題,都有可能導致整個生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故,從而導致火災、爆炸、財產(chǎn)損失、人員傷亡等安全事故。需要將自動聯(lián)鎖報警裝置運用到化工生產(chǎn)的每一個危險環(huán)節(jié)中,以便能夠?qū)どa(chǎn)中的各類事故做出有效的預報、預防,及時地發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,并在最短的時間內(nèi)給出預警,以便工作人員能夠及時地采取有效的行動來消除安全隱患、制止安全生產(chǎn)事故的發(fā)生,保證化工企業(yè)的各類生產(chǎn)設備的安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

(2)以原國家安全監(jiān)管總局公布的18種重點監(jiān)管危險化工工藝為切入點,通過拓展傳感器的泛在感知,實現(xiàn)多源設備、異構(gòu)系統(tǒng)、作業(yè)環(huán)境、人員、庫存等數(shù)據(jù)的全面感知,將裝置運行的實時狀態(tài)、運行模式實時顯示,增強對危險工藝的全方位全流程監(jiān)控。在重點裝置、關(guān)鍵節(jié)點部署數(shù)據(jù)分析算法,在邊緣控制器上集成智能控制引擎,實現(xiàn)對工藝過程的自動調(diào)整和優(yōu)化。

4.5 生產(chǎn)過程中設備完整性管理與預測性維修。

基于化工行業(yè)同類設備故障案例庫和專家知識庫,建立設備異常狀態(tài)預警模型,應用自動控制及安全聯(lián)鎖報警裝置,開發(fā)設備運行狀態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)和建立遠程診斷預警中心,使之具備大機組、關(guān)鍵機泵及壓力容器、常壓關(guān)鍵容器等設備健康狀態(tài)評估、故障趨勢預測功能,從而實現(xiàn)化工生產(chǎn)中機組振動嚴重、旋轉(zhuǎn)不平衡失速、儲罐滲漏、管道腐蝕、軸承損壞等設備異常工況和失效風險提前報警,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的被動維護、周期性維護和預防性維護為預測性維護,避免停機生產(chǎn)損失、過剩檢維修、超量備件儲備、過度依賴個人經(jīng)驗,有效減少設備故障,遏制因設備失效引發(fā)的安全事故,確保設備服役期間安全可靠長周期運行。

5 強化化工企業(yè)自動化控制及安全聯(lián)鎖培訓管理水平

引導企業(yè)強化和規(guī)范對生產(chǎn)作業(yè)人員的自動化控制和安全聯(lián)鎖裝置的控制原理和應用培訓,著力解決企業(yè)安全培訓工作開展不平衡、特種作業(yè)人員持證上崗率達不到100%、一線員工操作培訓不到位及安全培訓、安全管理薄弱等突出問題,全面提升化工企業(yè)從業(yè)人員技術(shù)能力、安全素質(zhì),防止和減少“三違”行為,最大限度減少生產(chǎn)安全事故。

6 結(jié)束語

總而言之,化工行業(yè)與國民經(jīng)濟發(fā)展有著密切關(guān)系,它是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一,在國民經(jīng)濟發(fā)展中有著重要的地位。它的發(fā)展狀況對我國經(jīng)濟發(fā)展水平有著直接的影響。在中國特色社會主義市場經(jīng)濟高速發(fā)展的情況下,對化工自動化控制及安全聯(lián)鎖技術(shù)進行廣泛的應用,可以對化工行業(yè)的安全發(fā)展起到積極的推動作用。為此,必須對化工安全生產(chǎn)的特征進行分析,運用自動化控制、安全聯(lián)鎖裝置、自動聯(lián)鎖報警系統(tǒng),對化工企業(yè)的生產(chǎn)運行中的安全隱患起到早發(fā)現(xiàn)、早預警、早處置的作用,減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生的可能性,實現(xiàn)化工行業(yè)的安全、穩(wěn)定、快速發(fā)展。