淺析自動化控制如何應用于化工安全生產(chǎn)

胡水連(浙江和邦安全技術(shù)有限公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

化工企業(yè)涉及的化工原料、產(chǎn)品比較多，以易燃易爆、有毒、腐蝕性等特點的原料占大多數(shù)，與此同時，在化工企業(yè)實際生產(chǎn)過程中，采用工藝、技術(shù)以及設(shè)備都相對較為繁瑣、復雜，特別是涉及“兩重點一重大”的化工項目。所以在實際生產(chǎn)過程中安全條件也較為苛刻[1]。因此就導致了相關(guān)工作人員在實際操作中要切實保障化工裝置的安全性及可靠性。所以在當前的時代背景下，化工企業(yè)生產(chǎn)過程中需要進一步加強自動化控制技術(shù)的廣泛使用，這樣才能避免化工生產(chǎn)過程中出現(xiàn)較大的安全問題，同時也可以讓化工企業(yè)自身的社會影響力、經(jīng)濟效益得到全面提高，進而提升企業(yè)市場競爭能力，實現(xiàn)企業(yè)的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)的發(fā)展。

1 應用自動化控制技術(shù)對化工安全生產(chǎn)重要性

通常，化工企業(yè)涉及使用易燃易爆、有毒、腐蝕性的原輔料，通過化學過程或物理過程，生產(chǎn)大量的化工產(chǎn)品，大部分化工產(chǎn)品具有易燃易爆、有毒等特點。所以，化工企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中存在著較大的安全隱患，同時也直接影響到化工企業(yè)的正常穩(wěn)定的運營。一旦出現(xiàn)安全事故之后，也可能會對于企業(yè)內(nèi)部員工造成重大人身傷害，還可能會引發(fā)生命危險，所以這就需要進一步加強化工安全生產(chǎn)工作。為了有效解決和處理化工安全問題就需要加強自動化控制技術(shù)廣泛運用。通過采用自動化控制技術(shù)不僅可以有效縮減人工操作環(huán)節(jié)，而且，還可以有效彌補傳統(tǒng)人工操作缺陷和弊端，提高工作效率和工作質(zhì)量。在實際化工生產(chǎn)的過程當中，一旦發(fā)生突發(fā)性狀況，通過利用自動化控制技術(shù)也能夠及時進行處理和反應，減少不必要的損失。化工企業(yè)在生產(chǎn)工作過程中通過加強自動化控制系統(tǒng)廣泛運用，針對整個生產(chǎn)流程進行有效管理和監(jiān)控，同時也可以在發(fā)生故障的情況下快速找到故障產(chǎn)生原因，并且第一時間通知相關(guān)人員進行有效處理，降低事故發(fā)生概率，同時也避免事故一旦發(fā)生之后造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡[1]。

2 自動化控制化工安全生產(chǎn)應用

2.1 故障診斷系統(tǒng)

在化工企業(yè)生產(chǎn)工作的過程中，通常大多數(shù)故障都是來自機械設(shè)備?；ぴ贤ǔ６季邆淞烁g性、易燃易爆性等特點，另外化工生產(chǎn)過程中也存在著設(shè)備老化、磨損等不良狀況，工作人員若是對生產(chǎn)設(shè)備故障問題熟視無睹，不進行合理及科學的處理很容易導致設(shè)備損壞進一步加劇，同時也可能導致安全事故問題造成人員傷亡。所以這就需要企業(yè)管理人員能夠針對于故障引起高度的重視，要采取合理科學措施對故障進行處理。通過加強自動化控制系統(tǒng)的利用，不僅僅可以有效分析及監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)，同時，一旦發(fā)生相關(guān)設(shè)備故障之后可以及時的給予提示，促使故障問題得到快速有效解決，同時保障化工企業(yè)實現(xiàn)正常穩(wěn)定的生產(chǎn)[2]。

2.2 化工生產(chǎn)報警系統(tǒng)

對于化工企業(yè)來講，生產(chǎn)過程中需要加強報警系統(tǒng)廣泛運用，一旦發(fā)生突發(fā)狀況，比如設(shè)備出現(xiàn)故障或者相關(guān)工作人員操作失誤以及設(shè)備溫度較高或者是突發(fā)性停水停電等，報警系統(tǒng)就會及時進行報警，得到了報警信息之后就能夠及時采取合理的措施對于問題加以解決，促使設(shè)備恢復正常穩(wěn)定的運行[3]。

2.3 緊急停運系統(tǒng)

在化工生產(chǎn)過程中，需要加強緊急停運系統(tǒng)的廣泛運用，緊急停運系統(tǒng)主要就是指報警系統(tǒng)被啟動之后促使生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)自動化停止，屬于一種相對安全穩(wěn)定系統(tǒng)，通過利用緊急停運系統(tǒng)不僅可以切實保障相關(guān)生產(chǎn)人員人身安全，同時也可以促使生產(chǎn)設(shè)備不受損壞，避免出現(xiàn)二次事故產(chǎn)生。一般情況之下，緊急停運系統(tǒng)主要包括下列運作模式，第一，生產(chǎn)設(shè)備需要維護以及保養(yǎng)過程當中實現(xiàn)自動化停運；第二，設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)性異常，比如管道堵塞或者是損壞等問題實現(xiàn)自動化停運；第三，設(shè)備處于超負荷運作之下，例如設(shè)備所受壓力比較大或者是設(shè)備自身的溫度偏高等情況下設(shè)備會自行停運[4]。

3 化工企業(yè)自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 自動連鎖報警系統(tǒng)

在化工企業(yè)生產(chǎn)的過程中，大多設(shè)備都是長時間處于高溫、高壓的狀態(tài)下運行，一旦溫度壓力超出臨界值之后將會對設(shè)備造成重大損壞，同時也會導致重大風險隱患或者安全事故問題。針對化工企業(yè)來講，需要針對自動化控制系統(tǒng)進一步加強完善和創(chuàng)新，要促使設(shè)備運行狀態(tài)得到更加良好管理和監(jiān)控，這樣才能夠保障生產(chǎn)設(shè)備順利、穩(wěn)定以及安全運作。與此同時，若是發(fā)現(xiàn)安全事故問題，也可以通過采用自動化聯(lián)鎖報警系統(tǒng)及時進行反應，通知操作人員，有利于操作人員及時進行應急處理，有利于在較短時間之內(nèi)讓問題得到解決，化解危機。切實保障操作人員人身安全，同時可以避免化工企業(yè)重大經(jīng)濟損失[5]。

3.2 輔助工具

針對于危險以及可操作分析進行分析，其主要也被稱之為HAZOP，HAZOP 分析方式屬于過程系統(tǒng)危險分析當中比較重要一種評價方式，能夠針對于系統(tǒng)當中的每一大元件進行更加全面的分析和研究，在其中重要參數(shù)如果偏離了指定設(shè)計條件將可能會導致相對危險以及可操作性問題。在2013 年6 月20 號，國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部以及安全監(jiān)管總局已經(jīng)頒發(fā)了進一步強化化學品項目設(shè)計管理的重要通知，在文件當中指出，應當針對于首次設(shè)計建設(shè)項目以及兩重點一重大項目，進行HAZOP 的分析工作；其次，對于新建的化工裝置而言，也需要必須配備自動化控制系統(tǒng)，要求相關(guān)人士結(jié)合風險分析結(jié)果以及工藝過程危險分析結(jié)果，確定是否需要配備安全儀表系統(tǒng)。對于存在著相對危險化工工藝大型建設(shè)項目，也需要根據(jù)石油化工安全儀表系統(tǒng)規(guī)范以及安全儀表系統(tǒng)功能規(guī)范進行合理科學的系統(tǒng)設(shè)計工作。

在目前精細化生產(chǎn)通常都是采用半間歇性以及間歇性操作作為主體，其中工藝相對較為復雜以及多變，在當前現(xiàn)場操作人員相對較多，同時自動化控制水平相對較為低下，依然存在著一部分的企業(yè)缺乏對于安全風險的高度認知，同時沒有深入了解和掌握相關(guān)工藝控制要點，特別容易導致中毒事故、爆炸、火災，甚至還會導致群死群傷等等。2017 年1 月5 號，國家安全監(jiān)管總局頒布了加強精細化安全風險評估工作指導意見。在文件當中要求各地方監(jiān)管部門應當結(jié)合本地區(qū)實際狀況督促以及指導有關(guān)企業(yè)進行安全風險評估工作，并且應當對于評估結(jié)論進行積極跟蹤研判，以及掌握本區(qū)域之內(nèi)企業(yè)實際的風險狀況。通過進行精細化的安全風險評估有利于對于反應工藝危險程度進行明確，同時能夠促使安全設(shè)施設(shè)計得到有效的改善，還能夠讓風險控制措施得到進一步優(yōu)化和完善，有效提高企業(yè)安全水平，促使安全事故得到合理科學的防范。

化工安全儀表系統(tǒng)(SIS)包括安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急停車系統(tǒng)和有毒有害、可燃氣體及火災檢測保護系統(tǒng)等。安全儀表系統(tǒng)獨立于過程控制系統(tǒng)(例如分散控制系統(tǒng)等)，生產(chǎn)正常時處于休眠或靜止狀態(tài)，一旦生產(chǎn)裝置或設(shè)施出現(xiàn)可能導致安全事故的情況時，能夠瞬間準確動作，使生產(chǎn)過程安全停止運行或自動導入預定的安全狀態(tài)，必須有很高的可靠性(即功能安全)和規(guī)范的維護管理，如果安全儀表系統(tǒng)失效，往往會導致嚴重的安全事故，近年來發(fā)達國家發(fā)生的重大化工(危險化學品)事故大都與安全儀表失效或設(shè)置不當有關(guān)。2014 年11 月13 日，國家安全監(jiān)管總局頒布了國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見，文件中要求，從2018 年1 月1 日起所有新建涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學品儲存設(shè)施要設(shè)計符合要求的安全儀表系統(tǒng)。對于涉及“兩重點一重大”在役生產(chǎn)裝置或設(shè)施的化工企業(yè)和危險化學品儲存單位，要在全面開展過程危險分析(如危險與可操作性分析)基礎(chǔ)上，通過風險分析確定安全儀表功能及其風險降低要求。

4 小結(jié)

根據(jù)以上幾點及相應的政府文件分析，對輔助方法總結(jié)如下。

(1)針對化工企業(yè)開展危險與可操作性分析的，對于結(jié)論為采取防護措施后，風險可接受，則企業(yè)已有的DCS 或PLC 控制系統(tǒng)可以滿足控制要求。對于結(jié)論為采取防護措施后，風險不可接受，則企業(yè)需要采取其他措施(如增加聯(lián)鎖、安全儀表系統(tǒng)等)，才能滿足控制要求。

(2)開展精細化工反應安全風險評估，對于反應工藝危險度為1 級的工藝過程，應配置常規(guī)的自動控制系統(tǒng)，對主要反應參數(shù)進行集中監(jiān)控及自動調(diào)節(jié)(DCS 或PLC)。對于反應工藝危險度為2 級、3 級的工藝過程，均采取其他安全措施，及設(shè)置相應的安全儀表系統(tǒng)。對于反應工藝危險度為4 級、5 級的工藝過程，均需采取其他安全措施，及配置獨立的安全儀表系統(tǒng)。

(3)化工企業(yè)首先應開展SIL 定級，即使用保護層分析(LOPA)這種半定量的分析方法來確定每一個安全儀表功能(SIF)的安全完整性等級(SIL)。

安全完整性等級分為SIL0、SILa、SIL1、SIL2、SIL3，若SIL等級為SIL0、SILa 的，則表明不需要安裝安全儀表系統(tǒng)，若SIL等級為SIL1、SIL2、SIL3 的，則表明需要安裝安全儀表系統(tǒng)。

對于需要安裝安全儀表系統(tǒng)的，先開展SIL 驗證，明確控制點、閥門靈敏度等關(guān)鍵信息。安全儀表系統(tǒng)安裝完成后，需要進行SIL 確認，確認報告應保證安全儀表系統(tǒng)已經(jīng)滿足安全要求規(guī)范。

5 結(jié)語

綜上所述，化工生產(chǎn)過程中自動化控制技術(shù)應用是不可忽視重要一個部分，針對涉及“兩重點一重大”的化工裝置和危險化學品儲存設(shè)施應采取更多的評價方法，驗證自動化控制系統(tǒng)的安全性，確?；て髽I(yè)安全生產(chǎn)。自動化控制有其獨特優(yōu)勢和特點，能夠促使化工企業(yè)日常生產(chǎn)效率以及安全性得到全面的提升，同時讓化工企業(yè)實現(xiàn)健康、穩(wěn)定及可持續(xù)的發(fā)展。