精细化工中自动化技术的应用

2020-01-13江海波山东凯泰科技股份有限公司山东青岛266033

化工管理 2020年23期

江海波(山东凯泰科技股份有限公司，山东青岛 266033)

0 引言

精细化工行业在我国已经发展了很长时间，自动化技术的出现固然对精细化工的发展有一定的帮助作用。由于自动化技术在精细化工的应用比较复杂，当前如果想将自动化技术彻底应用在精细化工行业中还是有一定难度的，但是精细化工的发展方向将是高度自动化。如何提高自动化技术在精细化工中的应用是当前需要思考的问题。

1 精细化工与自动化技术

1.1 精细化工

精细化工与传统的化工行业不同，精细化工行业中使用的生产技术更多，其工艺流程更加复杂，加工过程中需要使用多种原材料进行多次反应，最后才能得到目标化学产品。精细化工涉及的行业比较多，例如常见的催化剂以及其他种类的助剂、医学行业中各类医药产品以及各种高分子新型材料等都属于精细化工产品，精细化工产品的质量要求非常高，精细化工产品的主要种类为助剂。精细化工行业对工作人员的素质要求非常高，精细化工行业的工作人员必须对反应的各个流程详细了解，在实际工程中务必按照规定的制度操作，否则会引发一系列的化学反应，造成化学安全事故，严重时会发生爆炸威胁到工作人员的生命安全。

1.2 自动化技术

自动化技术比较复杂，它包括了计算机技术、控制技术、信息传播技术、电子技术、编程技术等，自动化技术的使用比较广泛，例如物流行业、工业生产、人工智能、脸部或瞳孔识别等。自动化技术通过用来解决实际问题，例如物流行业中使用自动化技术实现自动分拣、工业生产中使用智能机器人或者自动化设备在高危高风险情况下作业、电力行业中的自动配电系统等，自动化技术的出现有效提高了各行业的工作效率，同时降低了生产中的风险。自动化技术对计算机技术的使用非常重视，自动化需要使用编程技术对工作逻辑进行编辑才能实现自动化，因此自动化控制系统可以说是自动化技术的核心。在传统的工业生产中，自动化技术的控制系统多采用DCS 控制系统，DCS控制系统对工业生产中的各个设备进行拆分，然后进行分布式控制。例如DCS 控制系统直接控制工业生产的网络层和控制层，网络层的作用是实现工业生产中各设备的连接并传输数据，而控制层的作用是对工业生产中的各个设备进行控制。DCS 的控制层需要根据工作设备的状态和工业流程实现对各设备进行操控，同时还能根据设备的运行状态判断设备是否故障，如果DCS 控制系统中存在报警装置，还能及时通过报警装置发出设备运行异常的警告[1]。

2 精细化工中自动化技术的发展现状

自动化技术在精细化工中的发展现状有以下几个现象：

(1)传统行业不愿意花费大量资金实现自动化，例如石油化工企业在生产中使用的化工原材料比较固定，操作流程也比较固定，因此即使自动化技术对企业发展比较好，可以实现企业生产自动化，但是化工企业却认为自动化技术没有必要应用在生产中。自动化技术虽然可以实现生产过程的自动化，现有的生产效率并不低，而且有些生产过程中需要人工操作间歇式反应，因此精细化工企业更不愿意使用自动化技术。如果自动化控制系统可以根据反应状态做出人工类型的判断，可以解决精细化工企业生产中的绝大部分问题，自动化技术就可以应用在大部门精细化工行业中。

(2)传统行业的龙头企业使用自动化技术的意愿不强，因此自动化技术很难得到大范围推广。小型企业的生产规模小，需要的操作人员不多，而且对操作人员的素质要求不高，因此精细化工小型企业认为应用自动化技术还要加强对员工的培训，耗费的资金与收入不成正比，小型精细化工行业不愿意尝试使用自动化技术，自动化技术在精细化工行业的发展和推广速度受到极大限制。

(3)近年来国家为保证化工行业的生产安全，对精细化工行业的生产工艺流程等方面出台了新的政策规定，国家严格要求精细化工的生产环境和操作规范，因此精细化工行业为了提高生产的安全性和规范性，将会自发地选择应用自动化技术优化企业的生产工艺。国家对精细化工行业严格要求同样可以推动自动化技术在精细化工行业的发展和应用，有利于提高整个行业环境的安全性，减少生产过程中需要的人力成本，降低人工操作的危险性[2]。

3 精细化工中自动化技术的应用

精细化工行业中传统生产模式中各阶段反应材料的供应具有一定的滞后性，当决定开始生产时设备开始运转但是材料供应却不到位，造成某一反应材料积累过多，不利于维持化学反应的稳定。精细化工行业多为间歇式生产的模式，间歇式生产对每个反应的材料供应更加慢，因此反应更加不容易控制。而自动化技术应用在精细化工中，反应通过自动化系统进行控制，可以在运转反应设备时同时供应反应需要的各种材料，有效提高了反应的稳定性，降低了反应过程中的安全风险，因此自动化技术在精细化工中应用是非常必要的。

3.1 改进精细化工设备优化生产工艺

精细化工行业的生产模式多为间歇式生产，而间歇式生产会严重导致材料供应的滞后，因此首先要运用自动化技术改进精细化工设备优化生产工艺。生产工艺的改造可以通过更换管式反应器，管式反应器可以与间歇式生产模式相互结合，当精细化工反应开始时反应原料进入到管式反应器中，当生产停止原料停止供应时在管式反应器中进行反应，当生产重新开始时原料重新开始供应，管式反应器又重新开始接受反应原料。与管式反应器类似的还有连续釜式反应器、流化床反应器等，这些反应器的共同点在于可以连续反应，连续反应解决了间歇式的生产的滞后性问题，所以可以通过改进精细化工的设备优化生产工艺。除了改进生产设备中的反应器以外还可以在现有反应设备的基础上进行优化，改进精细化工设备主要解决的是反应的滞后问题，解决反应的滞后问题即可实现反应的自动化，因此可以利用自动化技术对反应所需的反应原料输送装置进行控制，自动化系统需要保证各阶段反应所需要的不同原料同时送到反应发生器中，这样可以保证反应原料同时达到发生器中进行反应，反应直接开始提高了精细化工生产的稳定性。除此之外还要通过自动化技术控制反应原材料的供应量，通过自动化控制系统同时供应反应所需要的材料，保证各阶段发生的反应完全，没有多余反应原料的剩余可以降低精细化生产中的风险，还可以将反应原料的成本控制在最低。

3.2 运用自动化技术改进控制系统

传统的精细化工中的控制系统多为单回路控制系统，单回路控制系统在控制较大反应原料的供应中容易造成供应滞后，当反应比较剧烈时单回路控制系统的控制精度比较低，不能准确控制反应原料供应的时间、温度以及原料的供应量，因此传统的单回路控制系统需要严格监控各阶段的反应，防止反应原料供应滞后导致反应不稳定造成安全事故，因此可以使用自动化技术优化精细化工中的控制系统。传统的反应在反应釜中进行，反应釜的空间大而且反应壁较厚，因此想要控制反应釜的温度需要通过夹套装置，而反应的冷却水对反应釜的降温存在误差，不利于控制反应环境的温度。而有些精细化工生产要求在恒温下发生反应，自动化控制系统的温度控制首先要在反应器中设置温度传感器，然后又自动化控制系统中的网络层控制反应温度参数的传输，自动化控制系统中的DCS 系统再根据温度变化参数调节循环水系统，通过循环水系统达到控制反应温度的目的。DCS 系统通过自动化技术可以保持反应器中温度恒定，有利于维持反应温度，自动化技术应用在精细化工中有效降低了反应的风险系数。与传统控制系统想对比，自动化技术应用在精细化工中可以即时有效地对反应环境进行控制，不再具有滞后性[3]。

3.3 自动化联锁控制

传统的精细化工控制系统在联锁控制方面路径较长，在发生安全事故时不能立即停车，而精细化工中应用自动化技术可以有效提高控制效率，在发生安全事故时可以通过自动化联锁控制系统立即停车，自动化系统明显优化了控制流程。精细化工的紧急停车系统是非常重要的，因此紧急停车的速度直接决定了安全事故的扩散范围，如果紧急停车的速度慢，最后安全事故会对更多工作人员造成伤害，企业经济损失严重。因此自动化技术对紧急停车系统进行优化，在停车系统中添加自动化联锁控制装置，自动化系统操作人员如果发现生产过程中出现安全事故，可以直接在自动化操作系统中进行操作，直接进行停车操作。而自动化联锁控制系统通过切断反应器与空气或者油的连接，反应器缺少反应介质最后反应停止。或者自动化联锁控制通过控制反应冷却循环水系统强制对反应异常的反应器降温，防止反应器发生爆炸。自动化联锁控制系统需要具有一定的事故判断逻辑，可以根据事故的严重性自发判断是否需要紧急停车，如果需要紧急停车自动化联锁控制系统可以控制精细化工的电力系统，切断生产中各阶段的反应[4]。

4 精细化工中自动化技术的应用前景

当前自动化技术虽然应用在精细化工中实现了反应原料和反应环境的自动化控制，但是在某些工艺复杂的精细化工生产中还需要用人工进行辅助控制。精细化工生产中很多环节采用的都是人工操作自动化系统与现场工人操作反应设备相互结合的模式，这些精细化工中使用自动化技术仍然不能使生产全自动化，极大地限制了自动化技术的应用和传播。因此在未来自动化技术有进一步的发展之后，将会在精细化工中实现全自动化控制，将不再需要人工辅助控制。另一方面自动化技术在未来将会实现在精细化工中对各处反应进行更加细微的控制，整个自动化系统的控制精度更高，可以将安全事故解决在萌芽中，自动化技术在精细化工中的应用将是大势所趋。