化工企業危險工藝自動化控制及安全連鎖改造

劉祥海

（廣東好順歐迪斯科技股份有限公司，廣東深圳 518000）

在化工企業的日常生產過程中，會有很多具有較高危險性的工藝流程，為了降低生產中可能出現的意外，需要對化工生產裝置進行控制和改造，否則，一旦出現意外，企業會蒙受損失，對于企業員工的生命健康則會造成嚴重的威脅，無論是對于企業還是對于員工，都需要付出巨大的代價，因此，在化工企業中開展自動化控制和安全聯鎖裝置的改造是非常重要的。

1 化工企業危險工藝的內容和現狀

1.1 危險工藝的現狀

化工行業一直都是一個危險性比較高的行業，近些年隨著互聯網的普及，經?？梢钥吹交て髽I由于安全事故造成重大人員傷亡和財產損失的報道，因為生產的特殊性，化工企業一旦出現泄漏或者生產事故，都會對環境和人員造成嚴重的影響，尤其是對于環境造成的影響，有毒有害物質對生態循環造成的危害持續時間是很長的，所以，在化工企業的日常生產中加強安全管理，對危險工藝進行細致的分類并制定相應的安全防護規范和設置安全防護裝置，對于提高化工企業的整體安全性和生產效率都有著很大的幫助。

目前，我國一些大型化工生產企業已經意識到了化工安全生產的重要性，對于一些具備強放熱性質的工藝所涉及的生產設備，都進行了自動預警裝置的安裝，一方面大大提升了生產設備的安全性，另一方面也會推動我國針對化工生產設備自動化控制相關標準的完善，這得力于參與危險工藝自動化改造工程的管理人員與工程技術人員，他們在對設備進行改造的過程中，發現了很多我國在生產設備自動化控制方面存在的不足，由于缺乏相應的標準，在具體工作的過程中難免出現技術上的問題，通過討論和解決，對于我國下一步完善相關技術標準有著很好的參考價值。

1.2 危險工藝包含的內容

化工企業危險工藝主要包括生產裝置和存儲裝置兩方面。生產裝置主要包括一些涉及硝化反應、氯化反應等具有較強反應性或者需要在高熱、高壓等極限條件下反應的危險工藝裝置，這些裝置的穩定性和安全性都會直接關系到化工生產的安全；存儲裝置主要包括一些裝有易燃易爆等危險化學品的儲罐以及儲罐大量放置的區域，很多安全事故的發生都是危險化學品的儲藏不當造成的。

在化工生產中，原料的運輸和儲存都是非常重要的，尤其是一些儲存有高溫、高壓氣體的裝置，一旦達到化學品穩定儲存的臨界值，很有可能出現爆炸，其中，危險性最大的就是氣體的物料，在運輸、儲存、生產中都很容易在容器或者運輸管道中由于外界環境的變化而出現泄漏或者爆炸，造成嚴重的化工安全事故。

當危險氣體出現泄漏時，很有可能造成管道的腐蝕，一旦與其他危險氣體或者化學品進行混合，混合物的穩定性就很難確定，極有可能在正常的環境中也出現爆炸等安全事故。

2 化學危險工藝中常用的自動化控制方式

2.1 安全聯鎖和自動化控制的作用

化工生產和化學品的儲藏都具有很大的危險性，除了化學品本身的性質，化工生產中的高溫高壓環境都是造成安全事故的潛在因素，而且化學品一般都具有一定的腐蝕性，時間久了，都會對管道或者儲藏裝置、反應裝置等造成不利影響，但是這些工藝要求不能隨便更改，否則無法完成正常的化工生產，因此，通過計算機技術對整個化工生產進行自動化控制可以解決這些棘手的問題，通過自動化技術可以實現對整個生產流程的動態監控，降低由于人為因素造成的影響，而且自動化控制可以對生產設備的具體情況進行及時檢測，保證設備的穩定性和安全性，為化工生產的安全提供有效的保障。

2.2 安全聯鎖和自動控制常用方式

化工危險作業設備的安全基本規范就是建立流量、壓力、溫度、聯鎖停車、自動報警，目前的自動化控制工藝主要包括以下四個方面：①可編程控制器，簡稱為PLC，主要應用在順序控制和邏輯控制當中，它的應用是為了取代傳統工藝中的繼電器，在生產過程的控制中發揮了巨大的作用。②分布式工業控制計算機系統，簡稱DCS，這個系統是自動控制能夠良好運行的核心之一，通過該系統可以對整個生產過程中的操作中心、采集點、控制點等進行分散控制，提升控制的效率和準確率，保證生產流程的有條不紊。③現場總線控制系統，簡稱FCS，該系統在目前的化工生產中已經得到了廣泛地使用，但是仍然有待開發和探索，是整個工業領域未來發展的重要研究方向，它的使用對于降低工業自動化系統中出現危險的概率有著重要的作用。④總線工業控制機，簡稱OEM，配置工業控制機結構的時候具備十分方便、配置靈活、集中控制、適應性強等特點。

3 化工危險工藝自動化控制的實際應用

3.1 自動化控制在化學反應器中的應用

化學反應器在整個化工企業的正常生產中都有著較高的安全隱患，在工藝流程中需要對溫度、液位、流量等因素進行嚴格的控制，一旦這些參數出現問題，很有可能造成反應器的損壞和化學品的泄漏，進而出現安全事故，所以化學反應器在實際應用的過程中，其工藝控制是非常復雜的。為了保證其穩定性和安全性，必須裝設一定的報警裝置和安全聯鎖裝置，目前針對反應器安全使用到的自動化控制技術主要包括以下幾類：

（1）針對化學反應器流量的控制，在實際的化工生產過程中，任何工藝都需要固定的配料比，只有保證配料比的正常，才能按照既定規劃完成化學反應，這就需要對化學反應器的流量進行嚴格的控制來實現，自動化控制技術的使用可以通過計算機技術和控制技術對反應器內部流量的實際情況進行實時監控和及時調整，使流量控制更加精確，避免由于監控不到位或者人為失誤導致的安全事故的出現。

（2）對反應器溫度進行控制，通過自動化控制技術可以對反應器內部的溫度進行自動調節，當溫度出現異常時，自動化控制系統會將反應器正在進行的反應進行緊急切斷，保障反應安全。

3.2 自動化控制在聚合反應器中的應用

聚合反應器同樣是化工生產中一類重要的裝置，其中采用的自動化控制系統基本原理和功能與化學反應器基本一致，但是在聚合反應器中使用到的自動化系統還需要對反應器內部的壓力進行動態監控和調節。當反應器內部的壓力出現異常，例如超壓時，傳感器可以將信號迅速傳輸給自動化控制系統，通過系統的控制，可以及時采取一系列應對措施，通過控制安全聯鎖將進料口迅速封閉，切斷化學反應的繼續進行，然后通過泄壓系統降低反應器內部壓力，進而實現對反應器的安全控制，降低生產過程中出現安全事故的概率。

3.3 自動化控制在蒸餾塔中的應用

蒸餾塔是化工企業中最常見的基礎設施之一，通過蒸餾塔的化學工藝，可以將兩種以上的沸點存在較大差距的混合液體進行分離，提升液體的純度。蒸餾塔運行中的主要參數包括進料量、餾出量、釜液量、冷卻量、加熱量、回流量等，通過自動化控制系統的應用，可以對蒸餾塔運行過程中的壓力、塔釜液位、進料量、產品量、回流罐液位、回流比等進行監測和控制，保證蒸餾塔的實際運行效率和安全性。

4 自動化控制及安全聯鎖改造

4.1 進行定量與定性分析

化工企業中針對危險工藝進行自動化控制的過程具有復雜、高技術含量等特征，想要保證自動化控制系統的正常進行，必須以準確的熱力學和動力學數據以及參數作為基礎，優化自動化控制系統的設計方案，對于危險工藝中的強放熱單元，要根據熱力學數據計算出反應所釋放出的熱量，在動力學參數無法確定的情況下，可以通過參考類似的反應模式，在能量衡算的基礎上進行相應的動力學模型的構建，在動力學模型中尋找安全性和穩定性最高的操作區域，遵循這樣的流程，才能保證自動化控制的準確性。針對一些非正常狀態下可能出現燃燒、爆炸等事故的裝置，無法進行準確的動力學模型的構建和熱力學計算，只有根據實際的生產狀況進行危險性的評估以及安全隱患的分析，找出可能引發安全事故的參數，對這些參數的控制進行特定方案的設計。

4.2 對相鄰生產單元內部元素狀況的整體性分析

化工企業危險工藝可以采用DCS系統進行處理，但是其相鄰單元的系統處理對于企業生產來說依然是一個難題，針對這個問題，可以采用對生產車間的整體調整來進行解決，將危險單元盡量設置在廠區的邊緣位置，并且分布盡量保持集中的情況，最大限度降低危險單元與其他單元的接觸，最好可以采用一定的隔離措施使危險單元與相鄰單元之間存在一定的緩沖區域。

4.3 調整安全操作規程和安全管理制度

在化工企業生產過程中應用自動化控制和安全聯鎖改造后，操作和管理人員需要重點關注和記錄的參數相較于過去都會出現明顯的改變，因此，企業需要將過去的工藝流程、安全規范、管理制度等都根據實際情況進行調整，保證自動化控制系統的正常運行以及安全聯鎖裝置維持在穩定狀態。

5 結語

由于行業本身的性質，化工行業在日常生產過程中很容易出現安全事故，造成重大的經濟損失和人員傷亡，因此，需要進行危險工藝的自動化控制和合理使用安全聯鎖裝置來降低出現事故的概率，提升化工產業的安全性，保證化工生產持續穩定地開展。