中小型化工企业生产工艺自动化改造

刘成远

【摘 要】本文从中小型化工企业存在的安全风险，自动化改造的紧迫性、改造目标和措施等方面进行了分析，为中小型化工企业的自动化改造提供借鉴。通过自动化改造，可以进一步降低化工工艺的系统性风险，提升工艺的本质安全水平，实现风险可控和企业的可持续发展。

【关键词】中小型化工企业;生产工艺;自动化改造

中小型化工企业应适应经济社会发展新常态，以创新驱动思维来指导改造升级生产工艺过程，使其生产工艺自动化，走出化工产业特别是中小微型化工企业的“安全、环保、经济”效益型发展新模式。

1 化工企业生产工艺安全风险

1.1 溢锅情况

真空脱水阶段聚氨酯含羟基组分的物料受到操作因素的影响造成的情况。这种情况下的危险在于当反应物溢锅后，会在第一时间产生大量的可燃性气体蒸汽，遇上星点火源就会出现火灾，严重的甚至出现爆炸。

1.2 胶化情况

胶化情况通常出现在缩合型的聚酯树脂与环氧酯中，一旦出现这种情况，意味着整釜物料都会爆料，而且胶凝出现的第一时间，电机极有可能烧毁并产生火花，造成火灾事故的发生。还要注意清理釜内胶凝物时，应做好防毒气防护工作。

1.3 催化剂过量情况

催化剂在化学生产中有着广泛的应用，催化剂有的是强氧化剂（比如双氧水），有的则是性质不稳定极易出现分解与爆炸，还有的暴露在空气中极易出现自燃。实际中反应速度受到催化剂使用量的影响，当用量过高时，整个反应速度加快，反应中产生的大量热量不能及时排除，造成火灾或爆炸事故。

1.4 其他事故

除了上面几種具有代表性的情况外，还有一些情况需要注意，比如冷凝器或管道堵塞、泄漏与静电等，有可能造成火灾与爆炸事故。因此对中小型化工企业的危险工艺进行自动化改造具有现实意义。

2工艺自动化改造的目标

针对重大危险源企业可在危险化学品重大危险源适当位置，进行压力、温度远传监控、液位超限位报警装置的设置，同时根据国家标准要求，进行声光报警检测装置的设置;针对反应釜进行自动化改造，实现对压力、温度、流量、液位等关键参数连续监控，在出现超温超压等紧急状态下实现自动连锁、紧急切断等操作，减少人为操作失误，全面提升工艺的本质安全水平。

3中小型化工企业生产工艺的自动化改造

目前我国大多数中小型危化企业中，生产工艺都是简单的物理混合，真正涉及到危险化工工艺的并不是很多，每个企业因为生产设施的不同，造成生产条件存在极大差别。结合实际，具体分析生产工艺的自动化改造，以树脂生产为例。

（一）危化工艺的自动化改造

1.控制生产工艺的重点参数

聚合反应危险工艺生产中的温度进行控制，通过报警、连锁等方式实现控制阀的调节与切断;通过压力表与压力变送器实现生产过程压力的控制;通过显示与累计等方式借助流量计与调节阀实现管道流量的控制;在物料投放中设置物料自动计量投量系统，实现控制工艺流程中投料顺序与投料量。设置反应釜经济冷却与切断系统等，保证反应釜工作的效率与质量。

2.安全联锁控制系统的正确选择

为确保中小型化工企业生产安全与产品质量，可以在控制系统中设置UPS不间断电源，当出现意外停电时，可以保证反应釜正常工作，确保断电后系统可以继续执行安全连锁动作。针对连续聚合反应过程，可以选择以监控模拟信号为主逻辑判断为辅的DCS系统;而间歇聚合反应则需要选择逻辑判断与顺序控制为主的PLC系统。

3.自动控制系统保障到位

应该对基本设施安装自动控制系统，保障这些基本设施正常运转，可以设置应急备用水源、可燃气体浓度监测报警装备等。

（二）普化工艺的自动化改造

某化工企业生产中涉及到连续性生产乙酸正丁酯的酯化反应，结合实际对企业生产工艺设施全面升级改造，该企业同时安装自动控制与安全连锁系统。具体操作方式如下：将原先的操作室整体搬迁到安全距离外，平时工作中员工可以在操作室中进行远程操控，定期巡检即可，在保证安全生产的同时，降低人员安全风险，发生事故时方便逃生。

（三）间歇式物理混合过程的自动化改造升级

危化品生产企业中，大部分化工生产工艺是简单物理混合过程，特别是稀释剂的生产和加料;县域内大部分化工企业没有储罐，或有储罐和输送管道，但也未通过自动化控制方式安全联锁控制有机溶剂的投放，部分企业进行了此类间歇式物理混合过程的自动化改造升级。对间歇式物理混合过程进行自动化改造升级，对稀释剂的生产和加料投放，实现了生产过程的自动控制和安全联锁，自动化代替了部分机械化和人力操作，安全风险降低，生产效率增加。

改造后的生产装置采用国内最先进的醋酸酯生产工艺，将原有的复杂生产工艺直接简化成连续的酯化-精馏-回收流程，在缩短生产流程的同时，大幅度降低物料消耗，促进产能提高，大幅度延长储存期限，促进系统安全稳定性的提高，除此之外，还可以降低污染物的排放量，促进生产效率的提高，同时明显降低生产成本。原有生产控制效果不是很理想，改进后采用先进的DCS操作系统，在装置区外围的操作室进行远程监控与操作，完全取代原有的表盘显示与现场手动操作，促进自动化程度的提高，再加上对安全联锁、声光报警等措施的完善，大幅度提高生产与安全稳定性能。

（四）需要重点监控的工艺参数及控制要求

针对聚合反应重点参数特点，可综合利用调节、报警、联锁、显示等模式，从调节阀、切断阀、流量计等方面，对生产过程温度、压力等参数进行全方位检测。控制要求具体如下：

温度控制要求：树脂聚合反应调温系统。树脂在聚合反应过程中具有较大的溢锅、胶化、暴聚风险。因此，温控系统应根据树脂反应釜正常工艺温度，设定温度联锁点工艺温度为8℃。以便超温情况下与冷热媒系统形成联锁。

压力控制要求：涂料树脂聚合一般为常压反应。温度升高导致的反应釜内物料（蒸汽压增大）汽化易导致反应釜内温度上升。或者设备和管道粘堵，可导致引起釜内压力和温度变化，甚至成为爆炸事故的诱发原因。基于上述原因，应设置釜内压力的报警及联锁。当釜内压力超过0.03MPa时，发出声光报警信号。当釜内压力超过0.05MPa时，与冷热媒系统形成联锁。

搅拌速率控制要求：反应釜搅拌的选型和转速，直接影响搅拌效果。若搅拌装置运转不正常，不但影响传热效果。甚至引发聚合过程的反应失控、胶化或暴聚。

泄漏报警监测：按规范的要求，设置可燃气体浓度监测报警装置，探头覆盖半径7.5m。报警系统应定期检验处于正常运行状态。监控信号连接到24h有人值班的监控室。

（五）自动化联锁控制原理及措施

（1）在每个反应釜附近安装防爆型控制柜，内含继电器组、温度/压力显示控制模块等，实现温度/压力信号采集与显示、逻辑判断与输出、控制阀门开启关闭、控制声光报警器动作等功能。（2）在每台反应釜的顶部安装防爆型压力变送器，将压力信号用4—20mA电流输入控制系统进行显示和控制;并通过压力表现场显示釜内压力值。（3）在每台蒸汽加热反应釜的蒸汽管道上，与原手动阀门串联安装电动不锈钢切断阀。阀门正常情况下常开，紧急情况下由控制系统关闭该阀门，切断反应釜加热。（4）对每台导热油加热反应釜，将原手动热油/冷油阀门替换为气动阀门，并配手轮。紧急情况下由控制系统關闭热油阀门，打开冷油阀门，切断反应釜加热并进行冷却降温。（5）在供电室内增加UPS电源，将现场所有控制柜及仪表、阀门的供电线接入UPS，在停电情况下给控制系统和仪表阀门供电。

结束语

化工行业生产中面临着巨大的挑战与机遇，化工企业应该不断提高生产自动化水平，在促进生产效率提高的同时，保证生产过程的稳定与安全。结合具体案例，分析了中小型化工企业生产工艺自动化改造中需要注意的问题。

参考文献：

[1]潘庆辉。中小型化工企业生产工艺自动化改造研究[J].江西化工，2016（3）

[2]林北凡。中小型化工企业生产工艺自动化改造[J].化工设计通讯，2016（6）

（作者单位：山东省临沂市沂水县沂城街道办事处）