化工安全生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制技術(shù)

張海波

（淄博雷法耐火材料有限公司，山東淄博 256410）

自動(dòng)化技術(shù)是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或作業(yè)過程在無人或半無人模式下，按照既定程序要求，經(jīng)過自動(dòng)檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的綜合技術(shù)。化工生產(chǎn)中，多個(gè)因素可能導(dǎo)致安全隱患，這使得自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用得到普遍關(guān)注，在現(xiàn)有技術(shù)上，嘗試予以分析，有助于技術(shù)的優(yōu)化和推廣。

1 化工安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素

1.1 原料危險(xiǎn)

化工生產(chǎn)過程中，來自原料的危險(xiǎn)最為直接，也最為普遍，如在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中各種酸堿類化學(xué)品直接作為原料或者輔助介質(zhì)用于生產(chǎn)，強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的腐蝕性較強(qiáng)，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至人員傷亡。企業(yè)的日常管理工作以及主要技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場巡檢，存在一定的危險(xiǎn)性。其他化工生產(chǎn)企業(yè)也面臨類似問題，主要表現(xiàn)為原來管理方法滯后、原料本身危險(xiǎn)性高、現(xiàn)場巡檢不到位等方面原因，這是后續(xù)工作中化工安全生產(chǎn)需要關(guān)注的直接問題，可控性也較高[1]。

1.2 生產(chǎn)加工危險(xiǎn)

生產(chǎn)加工過程中的危險(xiǎn)往往帶有隱蔽性，操作人員很難在危險(xiǎn)發(fā)生前予以察覺和預(yù)處理，部分危險(xiǎn)在發(fā)生早期也無法得到有效快速解決。如密封容器、壓力容器在長期使用的過程中受到機(jī)械磨損和化學(xué)品侵蝕作用，造成材料塑性和強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋等。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝參數(shù)的波動(dòng)、環(huán)境突發(fā)變化等可能導(dǎo)致裂紋快速增大，導(dǎo)致危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏，影響生產(chǎn)環(huán)境安全，甚至有可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等惡性人員傷亡事故。

1.3 故障處理危險(xiǎn)

生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)施的故障排除帶有不確定性。此前的化工生產(chǎn)工作中，生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)施的故障處理需要借助工藝、設(shè)備、電儀等技術(shù)人員共同進(jìn)行參與管理，了解故障發(fā)生的原因，給予逐一排查和處理，在此過程中，因故障原因尚不明確，操作人員可能在排除時(shí)出現(xiàn)受傷問題，而化工生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，意味著故障類型多樣，排除和處理的時(shí)間也較長，降低了工作效率，也可能導(dǎo)致故障進(jìn)一步惡化、蔓延，出現(xiàn)更多的安全隱患和危險(xiǎn)。

2 化工安全生產(chǎn)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用架構(gòu)和核心技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面，其特點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)作業(yè)的主動(dòng)性和持續(xù)性。在化工安全生產(chǎn)領(lǐng)域，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)主要強(qiáng)調(diào)構(gòu)建穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、明確不同結(jié)構(gòu)的功能，給予有效的邏輯控制。結(jié)合一般工作要求，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可包括控制中心、執(zhí)行單元、輔助結(jié)構(gòu)、通信設(shè)備。各個(gè)部分以控制中心為核心，借助有線線路實(shí)現(xiàn)物理形式的連接，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和紐帶，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制應(yīng)用架構(gòu)和其他管理人員、部門的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)。功能層面，執(zhí)行單元包括傳感器、終端處理器等，傳感器可收集化工生產(chǎn)過程中的各類信息，并借助通信設(shè)施將其傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)作為控制中心主要工作結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)默認(rèn)程序的執(zhí)行和信息讀取，結(jié)合各類實(shí)時(shí)信息下達(dá)不同指令，計(jì)算機(jī)的指令由執(zhí)行終端負(fù)責(zé)執(zhí)行，如切斷電源，再由輔助結(jié)構(gòu)提供幫助，如發(fā)出警報(bào)等。邏輯控制方面，主要借助PLC 邏輯控制器以及默認(rèn)程序保證自動(dòng)化作業(yè)有序性，使不同結(jié)構(gòu)功能得到有效履行[2]。

2.2 自動(dòng)化作業(yè)

化工安全生產(chǎn)中，自動(dòng)化作業(yè)是自動(dòng)化控制技術(shù)的主要運(yùn)用模式，強(qiáng)調(diào)在原料配比運(yùn)輸、生產(chǎn)加工等全過程中實(shí)現(xiàn)無人化和半無人化，極大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的可能。在化工生產(chǎn)活動(dòng)中，企業(yè)的人、機(jī)、料、法、環(huán)等業(yè)務(wù)管理均可以信息處理為核心實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化作業(yè)則涉及電子計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)與控制等。以天然氣隧道窯安全控制為例，可采用由多臺(tái)具有高速處理大量信息能力的計(jì)算機(jī)，以及各種終端組成的局部網(wǎng)絡(luò)提供信息交互通道，構(gòu)建局部物聯(lián)網(wǎng)保證網(wǎng)絡(luò)接口的專用性，在管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提供決策支持系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)直接借助該系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，并記錄各類工作信息，為高層管理人員決策提供備選方案。在天然氣窯爐工作過程中，默認(rèn)其內(nèi)部溫度值為H，天然氣窯爐噴嘴出現(xiàn)故障或者天然氣壓縮空氣配比波動(dòng)過大時(shí)，溫度將出現(xiàn)下降或上升，可圍繞其標(biāo)準(zhǔn)溫度H 出現(xiàn)波動(dòng)，表現(xiàn)為一個(gè)具有模糊線性變化特點(diǎn)的數(shù)集，表現(xiàn)為：

[Hmix……H-3、H-2、H-1、H、H1、H2、H3……Hmax]

其中[Hmix、Hmax]代表天然氣窯爐的安全作業(yè)模式下的溫度范圍，借助溫度變送器可實(shí)時(shí)獲取天然氣窯爐溫度變化曲線圖，如果天然氣窯爐溫度超過[Hmix、Hmax]范圍，該信息可得到計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)捕捉，無論出現(xiàn)了何種故障，計(jì)算機(jī)完成溫度異常的識(shí)別后，均可快速給出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行處理。在非故障狀態(tài)下，系統(tǒng)則根據(jù)默認(rèn)程序進(jìn)行作業(yè)，以控制中心控制主要工藝過程，其他輔助工藝和設(shè)備設(shè)施以設(shè)定的系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)、供料。如設(shè)定系統(tǒng)天然氣窯爐作業(yè)負(fù)荷參數(shù)為80%，窯爐工作溫度1200℃，天然氣消耗量420m3/h，將對(duì)應(yīng)參數(shù)代入計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)參數(shù)變更程序確認(rèn)，待生產(chǎn)程序啟動(dòng)后，計(jì)算機(jī)可控制系統(tǒng)作業(yè)負(fù)荷穩(wěn)定在80%的水平，以5min 為間隔，保持窯爐工作溫度1180～1220℃有效工作范圍內(nèi)持續(xù)天然氣供給，保證生產(chǎn)工藝的持續(xù)進(jìn)行。該模式下，無需人員進(jìn)行化工生產(chǎn)操作控制，或僅提供遠(yuǎn)程控制即可，降低了生產(chǎn)全過程中出現(xiàn)事故的可能，提升了化工生產(chǎn)的安全性。

2.3 自動(dòng)化分析和應(yīng)急處理

采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以將工作人員從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，也能極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)化工生產(chǎn)的安全性和綜合效率。以自動(dòng)化分析和應(yīng)急處理為例，在化工生產(chǎn)過程中，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的因素多樣，出現(xiàn)的故障也不盡相同，常規(guī)進(jìn)行人工分析，消耗較多的時(shí)間和精力，也面臨不可預(yù)知因素威脅。在自動(dòng)化控制技術(shù)的支持下，可對(duì)分析工作進(jìn)行時(shí)間和空間范圍的拓展。

如在原料配備環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品控制環(huán)節(jié)，分別放置若干傳感器，設(shè)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)等若干代號(hào)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)安全管理。所有傳感器均以獨(dú)立線路進(jìn)行工作，為保證信息傳輸和控制的獨(dú)立性，借助CAN 總線系統(tǒng)提供若干通信信道（有線），不同信道可單獨(dú)向計(jì)算機(jī)傳遞信息，假定生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，與該環(huán)節(jié)直接相關(guān)的傳感器可獨(dú)立將信息傳遞至計(jì)算機(jī)處，由管理人員根據(jù)編號(hào)信息鎖定故障發(fā)生的區(qū)域。傳感器所傳遞信息的具體類型，則能為故障診斷提供依據(jù)，如氣壓異常、電流異常等分別反映了密封設(shè)備、電力元件的故障等。應(yīng)急處理方面，強(qiáng)調(diào)結(jié)合故障特點(diǎn)和類型給予服務(wù)，如密封設(shè)備出現(xiàn)氣壓下降，可初步判定設(shè)備出現(xiàn)孔洞、連接不牢固等問題，無論問題類型存在何種差異，均應(yīng)首先進(jìn)行作業(yè)中斷，并通過默認(rèn)程序進(jìn)行故障態(tài)勢實(shí)時(shí)記錄。當(dāng)傳感器測出電流異常時(shí)，也首先進(jìn)行作業(yè)中斷，記錄故障態(tài)勢信息。該模式有助于及時(shí)控制安全問題，也能夠?yàn)楹罄m(xù)人員處理提供數(shù)據(jù)信息。應(yīng)急處理完成后，人員可根據(jù)記錄信息和傳感器位置信息等進(jìn)行針對(duì)性故障排查和處理，提升了作業(yè)效率，避免逐一排查問題導(dǎo)致的安全隱患，化工生產(chǎn)的安全性總體提升。

3 結(jié)束語

綜上，化工安全生產(chǎn)中，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值突出，且具有多樣的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法。在實(shí)際工作中，化工安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素包括原料危險(xiǎn)、生產(chǎn)加工危險(xiǎn)、故障處理危險(xiǎn)等。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可應(yīng)對(duì)上述問題，借助有效的應(yīng)用架構(gòu)和核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)、分析和應(yīng)急處理，保證化工生產(chǎn)安全。