自動化控制在化工安全生產中的應用

魏魯東(山東新和成精化科技有限公司，山東 濰坊 261000)

0 引言

2019年中國自動化市場規模達到1 865億元，較2018年增長1.8%，預測至2022年中國自動化市場規模將高達2 085億元，化工自動化產業迎來良好的發展機遇。化工實際生產過程中，存在多個不安全因素，以及整個生產工藝逐步精細化、生產流程復雜化，進一步加劇生產壓力，若發生事故難以技術處理，產生嚴重的聯動反應，造成不可估測的嚴重后果。需充分選取高效自動化控制動態化監測和診斷故障，以保證化工生產可靠性及安全性。

1 化工安全生產的基本要求

化工生產作為一類高風險工作，安全管理至關重要，若想管控其安全風險，需充分掌握安全生產基本要求，體現在以下3點：

(1)設備具有充足的強度。為始終保證化工設備長周期、穩定及安全運行，需充分確保各機械零部件具有足夠的強度。一方面，需充分要求初期設計和制作單位嚴格控制質量關，從本質層面消除各類隱患，尤其針對壓力容器，需嚴格依照相關規程及要求實施，嚴禁質量不達標的產品出廠；另一方面，操作人員需全面落實崗位責任制，嚴禁出現超溫、超壓及超負荷工作，定期做好機械設備檢查工作。

(2)設備密封可靠性。化工廠生產過程中多種材料均為易燃、易爆類，若與設備或機器缺乏嚴密性便會產生泄漏，進一步引發爆炸事件。

(3)安全保護裝置相適用。隨著先進技術不斷發展，現代化工逐步選用自動化控制、信號警報等舉措，在化工設備與機械產生異常狀況時，可自行發送相應的警報措施，避免發生事故。

2 影響化工安全生產的因素

化工生產作為一項復雜性工作，稍不注意便會觸發安全事故，主要影響因素體現在以下5方面：

(1)對化工原料及產品危險性認識不足。化工生產中處于裝置中原料混合，處于各類催化劑作用下逐步分解；對生產各類材料相關性質缺乏明晰性，尤其針對各類液化烴、可燃液體火災危險性分類知識不熟悉，并未充分掌握因誤操作、控制不良促使生產工藝處于異常狀況。

(2)對化工工藝不熟悉。缺少充足的相關化工反應動力學數據，針對高危類副反應缺乏正確性認識；并未以熱力學為核心基礎分析爆炸實際能量；對化工生產工藝異常狀況檢測不足。

(3)物料輸送的風險。化工實際生產過程中各單元正式操作過程中對物料流動難以進行高效、合理化控制；產品標示不完全；各類廢氣、廢水等處理措施不足。

(4)人員誤操作。并未最大限度發揮管理人員自身監督作用，開車、停車等計劃操作缺乏合理性及可靠性，并未構建完善的操作人員與安全人員間協同體制。

(5)生產設備缺陷。選材不當造成整個生產裝置產生腐蝕和損傷；設備缺乏完善性，精準性、可靠性控制儀表缺失；設備在超過設計極限工藝狀況下運行；針對生產運行中存在安全隱患并未及時加以處理及防范[1]。

3 自動化控制在化工安全生產中的應用

3.1 實施監測診斷設備故障

化工整個生產過程中對生產設備的監測與故障診斷，是解決生產可靠性及安全性強有力的技術之一，有利于提高化工設備、生產系統運行高效性及可靠性，第一時間掌握故障產生的具體部位和類型，且可結合自動化控制技術，對各類生產數據進行匯總分析，對各類高危性風險進行估測。過程監測主要任務目標在于對故障做好系統性檢測，精準性辨識故障發生的幅度，合理推算故障時間周期，對其未來發展趨勢做好精準性估測，充分結合該故障特征針對性制定相應的建議及策略[2]。

當下化工實際生產過程中監測方法較多，不同監測方法自身特征及成效存在較大差異性，主要為以解析模型的過程監測方法、基于專家知識監測方法、基于數據分析監測方法。正式選用過程中，基于解析模型過程監測方法，因其內部整個流程具有一定的復雜性，建模難度較大，成為約束該方法關鍵因素。化工正式生產過程中，基于專家知識監測方法普遍應用，獲取良好的控制成效，針對各類診斷方法分析的同時，結合不同技術提出相應的過程監測和診斷系統，該系統對化工整個生產過程監測主要是選取主元分析，將系統內處理信息及分析結果全部傳輸至數據庫內，啟動專家診斷模塊，充分應用該模塊對遞交相關數據做好分析診斷。診斷模塊中將各類知識充分以化工生產特征為基礎，進行合理化劃分層次進行管控。

3.2 儀表自動化監控

自動化儀表及其過程控制對于化工安全生產整個系統具有直接性作用，當下現代化工儀表種類較多，如溫度檢測裝置、壓力儀表裝置、物位檢測量裝置。此類表實現過程控制主要體現在以下3方面：

(1)可編程過程控制。化工生產過程中應用自動化控制，充分依托先進的微電腦芯片和先進技術，保證儀表運行可靠性及抗干擾性。化工實際生產過程中，選取PLC控制系統決策制定控制目標及控制思路，處于各類數據匯總、處理分析出軟件、硬件等系統實際工作狀況，提供強有力的技術支持，實現遠程端口動態化監測儀表實際工作狀態。復雜控制模式可動態化控制儀表運行可靠性，可在電路控制、設計等環節融入自動化監控測試，可保證技術人員高效化匯總收集相關功能性指標。

(2)計算控制功能。自動化控制應用中，系統依托邏輯運算規則，選取初期相應的數據指標、公式等掌握儀表數據運行狀態，依托全面性、持續性監控儀表自身運行實際需求，可從本質層面控制掃描時間，充分以大數據為核心技術監測儀表工作需求和作業狀態，重復審核統計儀表數據精準性及可靠性，保證整個化工生產作業可靠性。若儀表中數據存在異常狀況，需充分結合是記憶功能判定故障發生部位[3]。

(3)數據記憶控制。自動化數據自行存儲、記憶過程中，化工儀表可充分依托后臺數據庫充分收集匯總相關數據，如壓力、溫度等相關指標，簡易化處理控制中各類裝置運行可靠性及效率。儀表可動態化掌握數據庫中運行狀況，技術人員將自身收集相關信息數據進行比對，記憶中不斷更新線下數據庫內數據信息，為后續實際應用提供方便，保證化工生產質量可靠性。

3.3 緊急停車系統

自動化控制用于化工生產過程中，核心在于對整個生產周期進行持續性監控，使生產裝置可處于允許范圍內安全、可靠運行。因化工生產過程中存在高溫、高壓、易燃等危險，部分工藝參數超出限值，便可能出現設備損壞、人員傷亡等事故，緊急停車系統是對整個生產過程中核心參數和實際生產狀況動態化監測，一經發現監控內容偏離正常生產范圍內，且達到設定停車要求狀態下，緊急停車系統便會取代過程監控系統，依照初期設定相關順序操作自動化緊急停車，從而保證整個化工生產過程中處于安全狀態，保證化工生產人員、設備與周圍環境安全性及可靠性，最大限度降低安全事故的發生。不同工藝過程對安全要求存在差異性，應充分選取風險評估方法，判定工藝產生的事故風險，以此確定是否配置緊急停車系統，保證工藝安全度等級，如表1所示。

表1 風險評估危害程度量化等級

化工安全生產過程中，緊急停車系統自身功能十分關鍵，其生產過程中停車一般包含3種方式：(1)正常停車。此類停車一般是因設備長周期處于工作狀態，需積極進行檢修或檢查工作，相關專業人員有針對性、有目的性的停車。(2)局部緊急停車。正常狀況下手多種異常狀況發生停車，如生產過程中設備突發性故障、電氣設備故障等。(3)全面緊急停車。化工生產過程中突發產生停水、停電等現象，需立即啟動全面緊急停車[4]。

4 自動化控制在化工安全生產中的優化策略

4.1 聯鎖報警自動化

化工實際生產過程中多處于高溫、高壓工作狀態，其化學反應效率較快，加工原材料自身存在一定的高危性，若其中某環節產生異常狀況，便會短周期內形成聯動效應，產生較大嚴重安全事故。針對此類狀況，化工生產企業內部生產需加強自動化控制系統使用力度，需積極研發、應用自動化連鎖報警裝置，對該系統不斷升級優化。選用該系統裝置核心優勢在于，若設備工作處于超高溫、超高壓或低液位及時進行警報給予提示，及時告知工作人員采取相應的解決措施，避免產生異常狀況[5]。

4.2 安全裝置自動化

化工生產作業現場環境中，存在多個有毒物質自身特征為無味、無色，且易揮發，短周期內人員難以及時察覺，增加危險系數。通過應用自動化安全裝置，可從本質層面解決上述困境，化工企業及其內部人員需積極做好以下工作：一方面，化工正式生產過程中，受多方面因素影響產生意外現象，搶修人員難以即可到達現場，所以需提高對安全裝置自動化重視程度，減少不良事故帶來的損失。如有害氣體流出之后，可充分依托自動化安全裝置，第一時間控制泄漏部位，構建相應的防護網，將人員與有害氣體散發區域內進行間隔；另一方面，出現危險狀況，自動化安全裝置可依托動態化監控，迅速引導現場人員安全撤離，自行實施相應的搶修工作，保證短期內人員脫離危險環境，避免產生人員傷亡。化工生產企業需加大安裝裝置的研發和利用，力爭發揮其自身優勢，凸顯其動態化及安全控制功能，保證整個生產過程安全性[6]。

4.3 檢測裝置自動化

結合以往實踐表明，化工生產發生安全事故核心因素在于設備老化與損壞。化工生產原料自身具有較強的腐蝕性，長周期接觸化學原料的設備易產生腐蝕現象，加之部分設備長周期處于高溫、高壓工作狀態，使用年限較長，增加安全事故發生的風險。所以需進一步加大設備安全檢測力度，原有設備檢測工作效率低下，且最終質量難以保證，依托布設自動化檢測裝置方式，不僅可提高工作效率及精準性，而且可保證設備自身質量可靠性。

5 結語

隨著經濟高速發展，化工生產過程逐步趨于項目大型化、工藝復雜化、產品高端化等，整個生產管理精細化水平顯著提高，對整個生產過程質量要求愈發嚴格。化工生產中存在多個不安全因素，尤其針對各類原材料，增加生產安全事故發生風險，充分應用自動化控制，提高整個生產效率的同時，將廣大從業人員從高危、繁重的工作環境中予以解脫，保證生產過程可靠性及安全性，促進化工生產成本顯著降低，實現可持續發展。