化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖優化研究

李喜鴿 趙乾

摘 要：在絕大多數的化工企業生產中，因生產需要或技術限制，通常會涉及到一些危險性較強的工藝技術，為生產過程帶來了一定的事故風險。基于此，文章闡述了化工企業常用的幾種自動化控制技術和其在實際生產中的應用，并對所用到的安全聯鎖方式進行優化，在滿足危險工藝自動化控制的同時，對安全聯鎖進行改造優化，這樣可以在一定程度上提高化工企業生產的安全性，降低企業生產風險系數。

關鍵詞：化工企業 ;危險工藝 ;自動化控制 ;安全聯鎖優化

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-5922（2020）10-0131-03

Abstract：In the production of the vast majority of chemical companies， due to production needs or technical limitations， some more dangerous process technologies are usually involved， which brings a certain story risk to the production process. this paper describes several automation control technologies commonly used by chemical companies and their application in actual production， and optimizes the safety interlocking methods used.While satisfying the automation control of hazardous processes，the safety interlock is reformed and optimized， which can improve the production safety of chemical enterprises to a certain extent and reduce the production risk coefficient of enterprises.

Key words：chemical enterprise; dangerous process; automatic control; safety interlock optimization

0 引言

當今化工企業的發展進程中，由于資金、政策、人員素質或技術儲備等方面的原因，導致不同的化工企業之間對工藝的自動化應用和控制水平差距較大，這種差距在中小型企業中尤為明顯，其資金有限，工藝差距水平較高，并且企業中應用的設備自動化水平低等原因都間接造成了中小型化工企業生產活動的危險系數和事故率普遍較高，不利于化工企業順暢、高效的生產。基于上述問題，在化工企業實際的生產過程中，需要采用相應的措施改進企業的化工設備，提高設備的自動化控制水平。基于此種目的，采取先進的自動化控制技術、設計安全聯鎖優化方案，提高化工生產中的自動化控制水平，在改造安全聯鎖功能的同時從整體上提升化工企業生產的生產效率及安全性，確保化工企業的安全、穩定運行。

1? ? ? 化工企業中常用的自動化控制及安全聯鎖方式

對當前化工企業的生產現狀進行分析可知，化工企業中常用的工藝過程自動化控制及安全聯鎖方式多種多樣，有可編程序控制器、DCS 集散控制系統和ESD 緊急停車系統應用等，具體的論述如下。

1）可編程序控制器。簡單來說，可編程序控制器主要是指可以提供編程環境，以實現數字化、信息化的邏輯控制器。通過編程可以實現對整個程序的全方面控制，完成整個任務的全生命執行周期，確保化工裝置自動化生產的進行及設備的聯鎖控制。一般來說，可編程序控制器主要應用于成套設備控制中，用以開展一些邏輯簡單、任務量小的自動控制。

2） DCS 集散控制系統。系統的開發、測試和運行離不開DCS中的操作站，同時也離不開相關的軟件支持。另外還包括操作系統、運行環境、測試工具以及編程語言等。在操作站需要運行具有一系列功能的軟件，用以支持DCS的完善性，例如對實時數據庫的操作、網絡管理功能和圖形處理功能等。自動化生產的現場控制主要采用DCS系統實現，DCS系統組成框圖見圖1所示。

3） ESD 緊急停車系統。隨著生產理念的不斷優化，ESD系統的設備配置也需要隨之進行更新和優化，例如，實現功能復雜化的轉變和性能的提升等。通常情況下ESD系統在程序中是處于靜態的，不會全程參與生產過程。當有緊急狀況發生時，會向系統發出一定的聯鎖信號，運行的裝置和設備會根據信號陸續地進入安全保護狀態，有效地降低了危險系數，并減少了危險傷害。

2? ? ? 化工企業危險工藝自動化控制的實際應用

2.1? ? 聚合反應器中應用自動化控制

在聚合反應器中選擇自動化控制系統，其目的是加強對壓力調節的自動化控制，包括實時監測反應器的壓力狀態和參數設置，使反應器保持穩定的運行狀態。同時，若在生產過程中出現超壓問題，自動化控制技術可自動、及時地采取相應措施，例如基于安全聯鎖機制關閉其進料口，并且能及時自動地加入聚和反應終止劑，暫停生產運作并通過其他系統關聯進行泄壓，自動開啟冷卻降溫功能、同時實現安全卸放功能的自動化控制，物料泄放出來之后能夠實現安全回收。

2.2? ?化學反應器中應用自動化控制

一般的化學反應在過程中會釋放出熱量，與聚合反應器的自動化控制系統選擇相似，一般的化學反應器在化工企業中的危險隱患較高，工藝特點復雜，對工藝參數要求極高。所以，化學反應器也同樣需要采用相應的報警和安全聯鎖裝置加以保護和預防，從而使操作人員能夠及時有效地掌握攪拌的運行狀況。其對自動化控制技術的應用內容主要體現在兩個方面，流量控制和溫度控制。

1）通過計算機技術及輔助技術嚴格控制化學反應器的流量，規范反應過程中需要的材料配比，提高其生產安全性，降低安全系數，減少人為操作失誤現象。

2）通過自動化控制技術可以實現對反應器溫度的嚴格控制和調節，通過溫度參數設置，實時比對當前溫度，一旦溫度與標準溫度出現偏差則會緊急中止，避免發生安全事故。

3）除此之外，還需要對攪拌機進行狀態監控等，包括電流、轉速等參數的監控。

2.3? ?蒸餾塔中應用自動化控制

在混合液的分離提純工藝中，所涉及的技術主要為蒸餾技術。通過自動化控制實現對蒸餾塔系統的調節參數和被調節參數的監測和報警，及時提醒或中止因參數缺少或過量引起的蒸餾異常，保證蒸餾質量和安全施工。

2.4? ?自動化控制在換熱器中的應用

在基本單元模式工藝過程中，通常用到的設備為冷卻器和冷凝器等換熱器設備，自動化控制主要用于調節控制溫度參數，包括兩方面，一是對有效傳熱面積進行調節，二是根據工藝物料出口溫度對載體流量進行冷（熱）調節，并相應的改變溫差等。

2.5? ?危險物料儲罐

在對危險物料的儲存設備進行設計時，應嚴格控制其液位、壓力和溫度等各項指標，在任何一個指標超出限值時及時做出提示并中止工作。對這些設備進行安全措施保障的設置，例如在儲罐頂部設置氮封裝置、噴淋水等降溫裝置，用以防出現泄露或高溫高壓等危險狀況;通過在設備隔堤內設置可燃或有毒氣體報警檢測器，實時監測周圍超標的易燃或和有毒氣體。另外，在工作場所還要配置一定量的滅火設備，實現一定的防火滅火能力。

3? ? ? 化工企業危險工藝中安全聯鎖優化

3.1? ?分析危險工藝風險因素

不滿足安全要求的危險工藝自動化控制和安全聯鎖企業需要進行優化改造。改造之前首先要分析工藝裝置結構，了解裝置在運行過程中可能出現的風險，針對性的對存在運行風險的裝置進行結構改造。

1）分析原料性質。在進行化工生產之前，需要了解化工原料各種特性，并采用適當的生化檢驗方法以對其化學特性和物質結構進行全面的掌握。通過建立模型或軟件分析，明確其危險程度，在此基礎上進行安全聯鎖優化。

2）施工過程風險分析。根據原料及產品性質決定的危險系數，結合生產工藝綜合研究，對其在應用過程中存在的危險性進行分析，確保掌握每一步的化學反應存在的主要危險。

3）硬件狀態分析。工作人員需要對化工企業應用的生產裝置如反應器等進行應用狀態檢查，對其在實際生產應用中的危險程度進行有效分析。對工藝中用到的反應器、儲罐等主要危險設備的狀態進行分析，包括其新舊程度、質地材料、生產日期和容易大小等，保證其安全性和穩定性。

3.2? ?制定安全聯鎖改造實施方案

1）結合上文中提到的安全聯鎖裝置和控制系統，如可編程序控制器、DCS 集散控制系統和ESD 緊急停車系統等，為化工企業量身訂制輔助應用軟件，根據工藝流程及其控制要點和參數，確定與其相適應的自動控制方法，并確定安全聯鎖控制點，加強軟件在實施過程中的可行性和有效性。

2）采用安全儀表系統（SIS）實現對生產工藝的準確控制。

3）重點加強對于燃易爆物體儲罐的監控和控制，根據設備內介質及儲存量和安全聯鎖控制方案要求，確定其安全設施的位置和數量。

4）最后，尋求有一定能力和資質的企業，提供合理的人才實施設計方案，從而保證安全聯鎖裝置的安裝和調試工作的順利開展，當然，設計方案要嚴格與國家標準相符合。從企業長遠發展來看，企業還需要加強技術人才的引進和培養。

3.3? ?優化改造中存在的問題

由于技術水平、經濟能力和管理政策等因素的影響，相關企業在對各項工作進行改造和優化的過程中，不可避免的會遇到一些相關問題。例如一些規模小、經濟效益低的小型化工企業中，設備更新不及時，使用時間較長等，造成一些危險原料的容器比較陳舊，質量下降;一些安全儀表年久失修，導致精確度較低，且易出現失靈狀況，這些都為一些不滿足安全要求的危險工藝的自動化控制和安全聯鎖優化的推進造成了客觀的阻礙，導致其優化質量較低，進度較緩慢。另外，某些企業的管理理念無法適應時代要求，只注重眼前利益，忽略企業的可持續發展，導致技術、人才的引入與培養得不到持續性保障，長期以往，導致其與市場同期競爭對手的差距越來越大，以至于再進行工藝自動化控制與安全聯鎖優化時，得不到有力的技術和人才支撐。因此，對于自動化控制和安全聯鎖的優化要綜合考慮各方面因素，從全局出發制定優化方案，保證優化的順利進行和優化質量。

4? ? ? 結語

文章主要分析了當前化工企業中應用的自動化控制方式及安全聯鎖方式，并從實踐應用角度對安全聯鎖進行了優化改造，從而確保化工生產過程中的安全性，降低安全事故。同時，自動化控制技術的應用還可以有效提升化工生產的質量和效率，優化化工產品的生產流程，從長遠來看，整體上保證了化工企業經濟效益的穩步提升。

參考文獻

[1]夏春谷，陳靜.化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造[J].精細化工原料中間體，2016，（9）：550-551.

[2]朱道藩.化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造[J].精細化工，2017，3（3）：424.

[3]張文效，耿云峰.化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造[J].現代化工，2016，23（10）：450-451.

[4]盧政波.化工企業危險工藝自動化控制及安全連鎖改造[J].工程技術，2016（6）：160.

[5]耿令超，張燁，王文強.化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造[J].當代化工研究，2020（04）：117-118.

[6]董工兵.研究化學工程與工藝自動化的發展創新[J].化工管理，2019（26）：184-185.

[7]高明江.綠色化工技術在化學工程與工藝中的應用研究[J].化工設計通訊，2017，43（01）：35+76.