中小型化工企業生產工藝自動化改造

劉成遠

【摘 要】本文從中小型化工企業存在的安全風險，自動化改造的緊迫性、改造目標和措施等方面進行了分析，為中小型化工企業的自動化改造提供借鑒。通過自動化改造，可以進一步降低化工工藝的系統性風險，提升工藝的本質安全水平，實現風險可控和企業的可持續發展。

【關鍵詞】中小型化工企業;生產工藝;自動化改造

中小型化工企業應適應經濟社會發展新常態，以創新驅動思維來指導改造升級生產工藝過程，使其生產工藝自動化，走出化工產業特別是中小微型化工企業的“安全、環保、經濟”效益型發展新模式。

1 化工企業生產工藝安全風險

1.1 溢鍋情況

真空脫水階段聚氨酯含羥基組分的物料受到操作因素的影響造成的情況。這種情況下的危險在于當反應物溢鍋后，會在第一時間產生大量的可燃性氣體蒸汽，遇上星點火源就會出現火災，嚴重的甚至出現爆炸。

1.2 膠化情況

膠化情況通常出現在縮合型的聚酯樹脂與環氧酯中，一旦出現這種情況，意味著整釜物料都會爆料，而且膠凝出現的第一時間，電機極有可能燒毀并產生火花，造成火災事故的發生。還要注意清理釜內膠凝物時，應做好防毒氣防護工作。

1.3 催化劑過量情況

催化劑在化學生產中有著廣泛的應用，催化劑有的是強氧化劑（比如雙氧水），有的則是性質不穩定極易出現分解與爆炸，還有的暴露在空氣中極易出現自燃。實際中反應速度受到催化劑使用量的影響，當用量過高時，整個反應速度加快，反應中產生的大量熱量不能及時排除，造成火災或爆炸事故。

1.4 其他事故

除了上面幾種具有代表性的情況外，還有一些情況需要注意，比如冷凝器或管道堵塞、泄漏與靜電等，有可能造成火災與爆炸事故。因此對中小型化工企業的危險工藝進行自動化改造具有現實意義。

2工藝自動化改造的目標

針對重大危險源企業可在危險化學品重大危險源適當位置，進行壓力、溫度遠傳監控、液位超限位報警裝置的設置，同時根據國家標準要求，進行聲光報警檢測裝置的設置;針對反應釜進行自動化改造，實現對壓力、溫度、流量、液位等關鍵參數連續監控，在出現超溫超壓等緊急狀態下實現自動連鎖、緊急切斷等操作，減少人為操作失誤，全面提升工藝的本質安全水平。

3中小型化工企業生產工藝的自動化改造

目前我國大多數中小型?；髽I中，生產工藝都是簡單的物理混合，真正涉及到危險化工工藝的并不是很多，每個企業因為生產設施的不同，造成生產條件存在極大差別。結合實際，具體分析生產工藝的自動化改造，以樹脂生產為例。

（一）危化工藝的自動化改造

1.控制生產工藝的重點參數

聚合反應危險工藝生產中的溫度進行控制，通過報警、連鎖等方式實現控制閥的調節與切斷;通過壓力表與壓力變送器實現生產過程壓力的控制;通過顯示與累計等方式借助流量計與調節閥實現管道流量的控制;在物料投放中設置物料自動計量投量系統，實現控制工藝流程中投料順序與投料量。設置反應釜經濟冷卻與切斷系統等，保證反應釜工作的效率與質量。

2.安全聯鎖控制系統的正確選擇

為確保中小型化工企業生產安全與產品質量，可以在控制系統中設置UPS不間斷電源，當出現意外停電時，可以保證反應釜正常工作，確保斷電后系統可以繼續執行安全連鎖動作。針對連續聚合反應過程，可以選擇以監控模擬信號為主邏輯判斷為輔的DCS系統;而間歇聚合反應則需要選擇邏輯判斷與順序控制為主的PLC系統。

3.自動控制系統保障到位

應該對基本設施安裝自動控制系統，保障這些基本設施正常運轉，可以設置應急備用水源、可燃氣體濃度監測報警裝備等。

（二）普化工藝的自動化改造

某化工企業生產中涉及到連續性生產乙酸正丁酯的酯化反應，結合實際對企業生產工藝設施全面升級改造，該企業同時安裝自動控制與安全連鎖系統。具體操作方式如下：將原先的操作室整體搬遷到安全距離外，平時工作中員工可以在操作室中進行遠程操控，定期巡檢即可，在保證安全生產的同時，降低人員安全風險，發生事故時方便逃生。

（三）間歇式物理混合過程的自動化改造升級

?；飞a企業中，大部分化工生產工藝是簡單物理混合過程，特別是稀釋劑的生產和加料;縣域內大部分化工企業沒有儲罐，或有儲罐和輸送管道，但也未通過自動化控制方式安全聯鎖控制有機溶劑的投放，部分企業進行了此類間歇式物理混合過程的自動化改造升級。對間歇式物理混合過程進行自動化改造升級，對稀釋劑的生產和加料投放，實現了生產過程的自動控制和安全聯鎖，自動化代替了部分機械化和人力操作，安全風險降低，生產效率增加。

改造后的生產裝置采用國內最先進的醋酸酯生產工藝，將原有的復雜生產工藝直接簡化成連續的酯化-精餾-回收流程，在縮短生產流程的同時，大幅度降低物料消耗，促進產能提高，大幅度延長儲存期限，促進系統安全穩定性的提高，除此之外，還可以降低污染物的排放量，促進生產效率的提高，同時明顯降低生產成本。原有生產控制效果不是很理想，改進后采用先進的DCS操作系統，在裝置區外圍的操作室進行遠程監控與操作，完全取代原有的表盤顯示與現場手動操作，促進自動化程度的提高，再加上對安全聯鎖、聲光報警等措施的完善，大幅度提高生產與安全穩定性能。

（四）需要重點監控的工藝參數及控制要求

針對聚合反應重點參數特點，可綜合利用調節、報警、聯鎖、顯示等模式，從調節閥、切斷閥、流量計等方面，對生產過程溫度、壓力等參數進行全方位檢測?？刂埔缶唧w如下：

溫度控制要求：樹脂聚合反應調溫系統。樹脂在聚合反應過程中具有較大的溢鍋、膠化、暴聚風險。因此，溫控系統應根據樹脂反應釜正常工藝溫度，設定溫度聯鎖點工藝溫度為8℃。以便超溫情況下與冷熱媒系統形成聯鎖。

壓力控制要求：涂料樹脂聚合一般為常壓反應。溫度升高導致的反應釜內物料（蒸汽壓增大）汽化易導致反應釜內溫度上升?；蛘咴O備和管道粘堵，可導致引起釜內壓力和溫度變化，甚至成為爆炸事故的誘發原因?；谏鲜鲈?，應設置釜內壓力的報警及聯鎖。當釜內壓力超過0.03MPa時，發出聲光報警信號。當釜內壓力超過0.05MPa時，與冷熱媒系統形成聯鎖。

攪拌速率控制要求：反應釜攪拌的選型和轉速，直接影響攪拌效果。若攪拌裝置運轉不正常，不但影響傳熱效果。甚至引發聚合過程的反應失控、膠化或暴聚。

泄漏報警監測：按規范的要求，設置可燃氣體濃度監測報警裝置，探頭覆蓋半徑7.5m。報警系統應定期檢驗處于正常運行狀態。監控信號連接到24h有人值班的監控室。

（五）自動化聯鎖控制原理及措施

（1）在每個反應釜附近安裝防爆型控制柜，內含繼電器組、溫度/壓力顯示控制模塊等，實現溫度/壓力信號采集與顯示、邏輯判斷與輸出、控制閥門開啟關閉、控制聲光報警器動作等功能。（2）在每臺反應釜的頂部安裝防爆型壓力變送器，將壓力信號用4—20mA電流輸入控制系統進行顯示和控制;并通過壓力表現場顯示釜內壓力值。（3）在每臺蒸汽加熱反應釜的蒸汽管道上，與原手動閥門串聯安裝電動不銹鋼切斷閥。閥門正常情況下常開，緊急情況下由控制系統關閉該閥門，切斷反應釜加熱。（4）對每臺導熱油加熱反應釜，將原手動熱油/冷油閥門替換為氣動閥門，并配手輪。緊急情況下由控制系統關閉熱油閥門，打開冷油閥門，切斷反應釜加熱并進行冷卻降溫。（5）在供電室內增加UPS電源，將現場所有控制柜及儀表、閥門的供電線接入UPS，在停電情況下給控制系統和儀表閥門供電。

結束語

化工行業生產中面臨著巨大的挑戰與機遇，化工企業應該不斷提高生產自動化水平，在促進生產效率提高的同時，保證生產過程的穩定與安全。結合具體案例，分析了中小型化工企業生產工藝自動化改造中需要注意的問題。

參考文獻：

[1]潘慶輝。中小型化工企業生產工藝自動化改造研究[J].江西化工，2016（3）

[2]林北凡。中小型化工企業生產工藝自動化改造[J].化工設計通訊，2016（6）

（作者單位：山東省臨沂市沂水縣沂城街道辦事處）