化工安全生產中的自動化控制探討

秦明文

安徽司爾特化肥科技有限公司 安徽 寧國 242300

引言

現代化工生產流程極為復雜，易燃易爆及毒性物質涉及較多，使得化工生產比其他制造行業面臨著更多的安全風險，生產控制工作也存在著極大的難度。以往以人工控制為主的方式，存在一定的控制效率低，控制效果不理想的局面，更為重要的是無法從根本上保障生產安全，這就需要應用自動化控制方案來解決這些問題，實現對化工生產過程的高效控制，提高生產過程的安全系數。因此，出于保證化工安全生產方面的考慮，依然有必要就化工生產中的自動化控制展開探討，這是解決化工生產安全管理矛盾，提高化工生產安全性的關鍵所在。

1 化工安全生產對自動化控制的需求體現

1.1 高風險特征

化工生產的高風險特征較為明顯，不僅一些化學反應過程比較危險，同時還會應用或生成一些腐蝕、有毒等危險性物質，整個生產過程存在一定的泄露、爆炸、中毒等安全風險。高風險特征使得其對自動化控制表現出應用需求，需要通過自動化控制的應用，來準確地對生產過程進行控制和監測，減少以往人為操作失誤的問題，減少安全事故的發生，降低化工生產的風險性[1]。

1.2 復雜性和精確性要求

化工生產過程通常非常復雜，實際生產過程中需要監測和控制多個參數，如溫度、壓力、流量等，這些參數直接關系到生產的安全性，對控制的精準性提出了較高的要求。需要借助于自動化控制系統中傳感器等設備，實時對這些參數進行采集和調節，并進行實時的調整，保證控制的精確性，同時也確保生產過程的穩定可靠。

1.3 快速響應能力

現代化工生產中，安全事故的發生往往具備一定的突發性，多數情況下也并無先兆。為避免事故影響范圍的進一步擴大，需要利用自動化控制系統，來提高響應能力，通過監測作用對生產異常的實時監控，并基于事先設定的機制快速做出響應，如關閉閥門、切斷電源等操作，以最大限度對事故進行控制，降低事故風險。

1.4 無人化作業

化工生產中所涉及的危險物質較多，以往人工實施控制操作，不可避免地會增加人身安全方面的風險，增加風險管理的難度。也正是因為如此，化工安全生產更傾向于無人化作業。自動化控制系統則能夠實現無人化作業的需求，其不僅可以通過程序設定執行指令，也能夠通過遠程控制系統進行操作，這直接避免了人員直接接觸生產過程，提高了生產過程的安全性。

2 化工安全生產中自動化控制的作用

2.1 監測和控制作用

監測和控制是自動化控制的重要功能。在化工安全生產中，自動化控制可以借助于設置于各處的傳感器和監測設備，采集到生產的關鍵參數，如溫度、壓力、流量、濃度等，以此實現對生產過程的實時監測，并通過控制系統精確、穩定的對這些參數實施調節和控制，保證其運行在安全的范圍內[2]。

2.2 預警和診斷作用

自動化控制具備預警和診斷的作用，能夠通過對生產過程數據的分析，借助于算法對潛在事故風險進行預測，并提前發出預警，提醒相關人員做好預防措施，規避事故的發生。而針對生產過程所出現的異常問題，自動化控制也能夠借助于診斷功能，確定故障位置及原因，以實現對故障的快速解決和處理。

2.3 隔離和保護作用

自動化控制在檢測到異常問題的時候，可以采取緊急措施進行停機，阻止可能的事故發生，并通過控制閥門、管路等操作，來實現對異常區域的隔離，保護其他設備及作業人員的人身安全。遠程操作功能則使得化工企業作業人員直接遠程操作完成生產控制，減少了人員直接接觸危險物質的風險，提高了工作安全性。

2.4 記錄和分析作用

化工生產過程中設備的運行會產生大量的數據，包括生產參數、異常記錄等，這些數據是生產狀態的直接反饋，自動化控制系統可以對這些生產數據進行記錄，這將有利于后續的事故分析、優化及決策的制定，幫助化工企業優化生產流程，提高生產的安全性和效率。

3 化工安全生產中的自動化控制應用場景

3.1 生產實時監測系統

生產實時監測系統是自動化控制的重要應用場景，主要起到監控生產運行的作用，從而及時發現異常情況，實現對生產各個環節的實時監測和控制，提高生產過程的可靠性?；どa實時監測系統中，自動化控制通過儀表、傳感器等設備，采集生產過程中的各種參數，如壓力、溫度、流量等指標，并將這些數據傳輸給數據處理中心，通過對數據的分析和處理，判斷生產情況是否穩定、安全。而數據處理中心也可以根據事先所設定的參數范圍，在相關數據超出正常值的情況下，及時報警或采取應急處理措施，以實現對異常問題的有效控制。在這一過程中，實時監測系統還能夠將所采取到的數據以圖表或曲線的形式進行呈現，使得操作人員可以更為直觀的掌握生產過程的狀態和趨勢，實現對化工生產的全方位監控，避免安全事故的發生[3]。

3.2 安全儀表系統

安全儀表系統是自動化控制的重要組成部分?；ぐ踩a中需要做好對易燃易爆、腐蝕性、毒性等物質的控制，這些物質多對壓力、溫度等方面參數有著嚴格的要求，需要確保在安全范圍以內運行。因此化工安全生產必須要引入安全儀表系統，對設備運行過程中的相關參數進行動態的監測和調控，確保設備運行狀態的穩定可靠?；谀壳暗淖詣踊刂萍夹g，化工安全生產中所應用的安全儀表系統具備以下幾種功能。

3.2.1 動態監測。安全儀表系統能夠實時監測化工生產過程中的各種參數，如壓力、溫度、流量等，同時對相關的工藝變量也可進行監測和調整，確保生產過程的穩定和安全。

3.2.2 異常報警。安全儀表系統一旦監測到的數據超過安全范圍，自動化控制系統會立即發出警報，并通過人機交互界面提示操作人員，以便及時采取相應措施，防止事故的發生。

3.2.3 模式轉換。安全儀表系統具備模式自動轉換的作用，能夠在生產系統出現故障的情況下，轉換工作模式，如檢測到某個傳感器故障，系統可以自動切換到備用傳感器，確保數據的正常采集。或切換到手動控制模式，為檢修和調整作業提供方便。

3.2.4 數據記錄與分析。安全儀表系統可以實時記錄生產過程中的各種數據，并通過數據分析軟件進行趨勢分析，幫助操作人員更好地了解生產狀況，為改進生產工藝提供依據。

3.3 故障診斷系統

故障診斷系統是化工生產中一種非常關鍵的自動化控制手段，其能夠通過數據的分析實現故障診斷效果，明確故障所發生的位置，并提供故障分析報告，幫助作業人員快速準確地找到故障源頭，并采取準確的措施，實現對故障的有效修復?；どa體系較為復雜，在過去一旦出現故障，就需要進行全方位的故障檢測，才能夠實現對故障的排除，對經驗及操作的依賴性較強，無法保證效率和效果[4]。自動化控制模式下的故障診斷系統，通常會建立故障診斷模型，對生產過程中的所有信息進行匯總分析，利用統計學方法、機器學習和人工智能等技術，檢測和診斷設備故障，提高故障診斷的可靠性。此外，故障診斷系統還具備一定預測故障功能，其基于對設備運行狀況的動態跟蹤，可以對設備性能進行趨勢分析，預測可能出現的故障，提前采取措施予以解決，從而有效避免生產事故的發生，提高生產效率和安全性。

3.4 環境監測系統

環境監測系統是自動化控制在化工安全生產中的重要應用場景，主要是用以對化工生產場所環境指標進行監測和評估，旨在確保環境安全和作業人員的健康。環境監測系統通常由傳感器、數據分析系統、預警與報警裝置等幾部分組成，可以實時對生產環境中的環境參數進行監測，包括空氣質量、水質情況、噪音水平、輻射情況等，并通過對數據的收集和分析，評估其是否存在安全隱患，并以此決定是否發出安全警報，提醒相關人員采取必要的安全防護措施。以空氣質量監測為例，化工生產中涉及大量有毒有害氣體，這些氣體一旦發生泄漏則會對人體造成直接的傷害，空氣質量監測系統可以用以對空氣中有害氣體濃度進行監測，一旦檢測到有毒氣體或漂浮顆粒物的濃度超出指標，即可發出警報提醒相關人員撤離或做好防護。環境監測系統的傳感器通常分布于現場的各個部位，確保監測的全面性，能夠準確反饋環境的實際情況。由此可見，環境監測系統在化工安全生產中扮演著關鍵的角色，可以實時監測環境質量，提供預警信息，幫助企業及時采取措施，避免環境污染和事故的發生，保護員工和社會大眾的健康與安全。

3.5 緊急停車系統

緊急停車對保障化工生產安全而言，是非常重要的。這一系統能夠在緊急情況下，快速停止設備的運行，避免可能的安全事故發生。以往化工生產中的緊急停車多是通過手動按鈕的方式進行觸發，這種方式存在一定的滯后性，使得相應操作延遲較高，所取得的緊急停車效果也比較有限。基于自動化控制的緊急停車系統，能夠在檢測到緊急情況的時候，迅速觸發緊急停車指令，切斷電源或動力，確保設備停止運轉，實現對可能事故的有效控制。緊急停車可以分為局部緊急停車和全面緊急停車，前者針對事故局部實施停車操作，避免事故范圍的進一步擴大，后者則針對較大型事故進行停車，保證整個生產過程的安全性[5]。

從硬件系統的層面上來看，緊急停車可以分為檢測單元、邏輯單元和執行單元等幾部分，檢測單元是整個緊急停車系統的第一步，負責檢測可能出現的緊急情況。

3.6 安全連鎖系統

化工安全生產中，安全聯鎖系統屬于非常重要的自動化裝置，其通過檢測生產中相關參數，判斷其是否超出預定閾值，而后觸發一系列連鎖反應，防止事故的發生。相較于緊急停車系統而言，安全連鎖系統的保護性質更為明顯，通常不需要對生產系統進行停車操作，能夠針對事故做出快速反應，甚至在事故發生前就阻止其發生。例如，在化工廠的生產過程中，可以將氯氣管道的壓力和溫度與相應的電磁閥連鎖在一起，如果壓力或溫度超過了預定的閾值，電磁閥就會自動關閉，避免氯氣泄漏事故的發生。此外，在生產過程中還可以將排風機與可燃氣體報警器連鎖在一起，如果可燃氣體報警器檢測到空氣中可燃氣體濃度超標，排風機就會立即啟動，將可燃氣體排出室外。由此可見，安全聯鎖系統是化工生產中不可缺少的重要裝置，在關鍵時刻能夠發揮重要作用，保障化工生產的安全性。

4 結束語

綜上所述，化工生產充滿了危險性，對自動化控制表現出強烈的應用需求，而自動化控制的應用，也能夠在化工生產中起到監測控制、預警診斷、隔離保護等方面的作用，切實提高化工生產的安全性?？梢哉f，自動化控制已經成為化工安全生產中不可缺少的重要因素，應當予以重視，不斷加強對自動化控制技術的應用研究，有利于從根本上保障化工安全生產。