自動化技術在化工安全生產中的應用

[摘 要]自動化技術的快速發展使其在化工安全生產中的應用越來越廣泛。文章結合化工生產工藝特性，分析了自動化技術在化工安全生產中應用的必要性，并探討了幾種典型自動化技術在化工安全生產中的具體應用，以期為化工行業相關人員提供參考。

[關鍵詞]機械自動化技術；化工安全生產；應用

[中圖分類號]TQ086 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0132–03

Exploration of the Application of Mechanical Automation Technology in Chemical Safety Production

YIN Jianzhong

[Abstract]The rapid development of mechanical automation technology makes it more and more widely used in chemical safety production. Based on the characteristics of chemical production process， this paper analyzes the necessity of application of mechanical automation technology in chemical production safety， and discusses the specific application of several typical mechanical automation technology in chemical production safety， in order to provide reference for related personnel in chemical industry.

[Keywords]mechanical automation technology； chemical safety production； application

化工行業是現代工業的重要組成部分，化工產品的復雜性和生產過程的高風險性使得生產安全成為行業關注的重點問題。化工安全事故不僅會帶來嚴重的經濟損失，還會對環境造成不良影響，因此化工企業對安全管理的要求日益嚴格。機械自動化技術通過自動化控制系統、傳感器技術等手段，實現了化工生產過程的智能化、自動化。例如，自動化控制系統可在高溫、高壓等危險環境下實現遠程操作，減少人力接觸，提高操作的安全性；傳感器技術、數據采集與監控系統可實時監測生產過程中可能出現的安全隱患，為及時處理潛在風險提供科學依據，減少人為操作失誤帶來的安全隱患，提高生產效率，降低事故風險。

文章將深入探討機械自動化技術在化工安全生產中的應用，以期為化工行業的安全生產提供新的思路和方法。

1 化工生產工藝特性及應用自動化技術的必要性

1.1 化工生產工藝特性

化工生產規模較大，生產周期長，時常在高負荷下運轉，不同化學品生產工藝相差較大，部分化學品還需要在高溫、高壓、真空等條件下進行。總體來講，化工生產工藝的特性主要包括復雜化、危險化、精細化及連續化。

（1）復雜化。化工生產涉及多種物質之間進行化學反應，環節多，生產工藝流程十分復雜。

（2）危險化。化工生產過程中經常涉及高溫、高壓、易燃易爆等危險因素，一旦發生事故通常會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。

（3）精細化。在化工生產過程中，通常需要對物料的成分、溫度、壓力等參數進行精確控制，以保證產品的質量和生產的穩定性。

（4）連續化。化工生產通常是連續進行的，生產設備需要長時間穩定運行，以保證生產的連續性和穩定性。

1.2 自動化技術應用于化工生產的必要性

根據近些年化工行業安全生產事故統計，大多數安全生產事故主要來自于生產作業風險管控失效、員工違規操作、應急環節失靈等。隨著機械自動化技術的蓬勃發展，其在提高化工生產效率、降低生產成本、保障生產安全等方面發揮了重要作用。

（1）通過自動化系統的精確控制，能夠實現生產過程的自動化控制。

（2）機械自動化技術能夠降低生產成本。如自動化生產過程減少了對人力資源的需求，降低了人力成本。同時，自動化系統能夠精確控制原材料和能源的使用，減少浪費，降低了能源和原材料的消耗成本。

（3）化工生產涉及許多危險性較高的化學物質和工藝過程，人為操作存在較大的安全隱患。通過自動化系統，可以減少人員接觸危險環境的機會，降低事故發生的概率，保障生產安全。

2 典型自動化技術在化工安全生產中的應用

2.1 分布式控制系統

分布式控制系統（以下簡稱“DCS”）是綜合自動控制系統、計算機技術等進行管理與控制的系統，在化工生產中得到了普遍應用。

2.1.1 DCS特點

DCS是以網絡通信技術為核心，集顯示、控制、管理等為一體的控制系統，具有良好的可擴展性，便于系統后期的優化、更新、升級。在化工安全生產中，DCS主要有監督、參數調控等功能。通過實時數據的收集和分析，DCS能夠及時檢測到潛在的問題，并采取相應的措施進行調整，以確保生產過程的穩定和安全。例如，在化工廠的反應器中，DCS可以監測并控制各種參數，以避免發生溫度過高或壓力異常等情況，從而防止事故的發生。

2.1.2 DCS在化工安全生產中的具體應用

（1）液體數量控制。以組合聚醚生產為例，反應過程中主要應用聚醚、聚酯等原料，該類型原料黏度較大，不易于通過齒輪泵直接抽進混合釜，為方便投加原料，通常應用儲罐儲存此類原料。儲罐具有一定保溫特性，熱的原料通過齒輪泵直接從儲罐傳輸至組合聚醚混合釜，DCS操作人員設置原料投加數量，開啟自動閥門，打開聯鎖，開始傳輸原料。DCS中混合釜液位設有高限報警，當發出警報時，需要檢查核實，以防物料泄漏，保證安全生產。

（2）原料儲罐溫度控制。化工原料的儲存溫度直接影響其化學穩定性和安全性，通過DCS，可以實現對儲罐溫度的實時監測和精準調控。當溫度超出設定范圍時，DCS會自動觸發報警，并啟動冷卻或加熱設備進行調節，以維持溫度在安全范圍內。以聚醚生產為例，通常需要將儲罐內聚醚等原料溫度控制在40～70℃，在未應用DCS前，需要檢查儲罐溫度，應用DCS后，通過在儲罐盤管進口處安裝自動調節閥門，僅需要設定儲罐原料溫度低限為40℃，高限為70℃，啟動連鎖開關，DCS就能夠實時監控儲罐內原料溫度，低于下限值時，自動調節閥門開啟，簡單方便，節約人力資源，還避免了人員操作失誤發生燙傷的現象。

2.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（以下簡稱“PLC”）通過編程實現對生產設備的控制，可以根據預先設定的邏輯條件自動執行相應操作。在化工生產中，PLC常用于控制生產線上的各種機械設備，如閥門、泵及攪拌器等。通過PLC的應用，可以實現對生產過程的精確控制，提高生產效率，保證生產安全。

2.2.1 PLC在化工生產中需要注意的問題

（1）程序設計復雜。化工生產過程涉及的反應參數和設備較多，一旦出現異常，PLC程序需要精準識別并迅速作出響應。如果PLC程序設計較復雜，會導致故障診斷時間延長。同時，系統還應具備較好的容錯能力，當程序較復雜，會加大錯誤和故障風險，進而影響化工生產安全。此外，PLC程序需要不斷更新與改進，復雜的程序設計會使得程序改進困難，加大了程序更新的復雜性和風險性。

（2）數據傳輸延遲和丟失。在化工安全生產中，PLC設備之間需要進行實時數據傳輸和通信，環境、設備、通信線路等問題，會導致數據傳輸可靠性降低，進而影響對化工過程的實時監測與控制，對化工安全生產產生不良影響。

2.2.2 PLC在化工生產中的優化

（1）簡化程序邏輯。將復雜的控制任務分解成多個獨立的功能模塊，每個模塊執行特定的任務，如數據采集、信號處理、執行機構控制等。這種方法不僅使程序更易于理解和調試，還可以提高代碼的重用性。同時，采用標準化的程序塊能夠確保程序的一致性和可讀性。此外，根據具體工藝需求，選擇和優化合適的控制算法，對于更加復雜的工藝過程，可以采用自適應控制或模糊控制等先進控制算法，以提高控制精度和效率。

（2）優化通訊協議。根據實際需求選擇最適合的通訊協議，Modbus協議簡單易用，適合小規模系統，而Ethernet/IP協議則具有高速傳輸和良好的擴展性，適合大規模分布式系統。在關鍵的通訊鏈路上實施冗余設計，以提高系統的可靠性。例如，可以配置雙網卡或使用冗余總線系統，確保在單點故障發生時，系統仍能正常運行。這種設計能夠顯著提高系統的容錯能力和穩定性，確保化工生產的連續性和安全性。

2.3 智能預警技術

智能預警技術是近年來逐漸發展起來的一種新型技術，在化工安全生產中也開始得到應用。這種技術利用先進的傳感器和數據分析算法，可以實時監測生產過程中的各種參數，并對異常情況進行預警。例如，智能預警技術可以監測到某個設備溫度突然升高，或某個管道壓力異常增大，并立即發出預警信號。通過及時的預警，可有效減少事故的發生，保障生產安全。

2.4 高級過程控制

高級過程控制（以下簡稱“APC”）是一種通過數學建模和優化算法來優化生產過程的自動化技術。在化工生產中，由于生產過程的復雜性和多變性，通常需要對各種參數進行精細調節才能達到最佳的生產效果。APC技術通過對生產過程進行建模，并利用優化算法來調整控制參數，可以實現生產過程的自動優化。

結合目前化工企業中APC技術的應用情況，其應用體現在以下方面。

2.4.1 在 線監測

APC技術通過實時監測生產中的關鍵參數，如溫度、壓力、流量、濃度等，能依據實際的生產需求，借助有關算法調整參數，保持最佳的生產狀態，促進不同生產流程之間的高效銜接。這一實時監測不僅能夠幫助企業及時發現生產過程中的異常情況，預防潛在的風險，還能為生產優化提供可靠的數據支持。

2.4.2 負荷控制

負荷控制旨在通過優化生產設備的運行狀態，合理分配生產資源，最大化生產效率和經濟效益。化工生產中經常因為內外部因素的影響而造成負荷的異常波動，借助APC技術能精準控制負荷，利用先進的控制算法和模型預測控制技術，對生產過程進行實時調節，使各生產單元在最佳狀態下運行，防止因負荷異常變化而引發的安全風險。

2.4.3 設備保護

化工生產過程通常涉及高溫、高壓及腐蝕性介質，對設備的要求非常高。一旦設備發生故障，不僅會影響生產效率，還可能引發安全事故和環境污染。因此，通過APC技術對設備進行有效保護尤為重要。APC技術可以通過實時監測設備的運行狀態，如振動、溫度、壓力等參數，及時發現設備的異常情況，進行預警和保護。

3 結束語

自動化技術在化工安全生產中的應用為化工行業帶來了顯著的改變和提升。通過DCS、PLC、智能預警技術及APC等技術的應用，化工企業能夠實現生產過程的實時監測、精確控制及智能優化，從而提高生產效率，保證產品質量，并最大程度地減少事故風險。這些技術不僅提高了生產安全性，還為企業節約了人力資源和成本投入。隨著科技的不斷發展，化工企業需要不斷更新技術，提升自身的應對能力，以適應日益復雜和多變的生產環境，從而更好地保障員工安全，實現安全、高效、可持續的生產。

參考文獻

[1] 馬錦毅.化工安全生產與管理對策研究[J].造紙裝備及材料，2022，51（7）：186-188.

[2] 張國之，王云龍，穆波.工業互聯網在化工企業安全生產中的研究現狀和發展趨勢[J].應用化工，2022，51（5）：1403-1407.

[3] 陸華，毛海峰，陳海華.基于雙重預防機制化工安全管理創新模式探討[J].當代化工研究，2022（2）：16-18.