自动化控制在化工安全生产中的应用探析

1 徐伟 2 李厚祥

（1 山东大成生物化工有限公司，山东 淄博 255075；2 山东民基新材料科技有限公司，山东 淄博 255075）

引言

自动化控制技术始于20 世纪70 年代，初期因电子计算机技术的制约，主要运用于测量、辅助监视作用，以单仪表控制回路调节的简单控制为主。后来随着电子计算机小型化和微型化发展和应用，才逐步形成以电脑系统为平台整合多仪表控制回路调节技术。如工业计算机控制系统(IPC)，可编程程序控制器(PLC)，集散控制系统(DCS)，现场总线控制系统(FCS)。上世纪90 年代，在DCS 系统基础上，又开发了多变量控制器，如模型控制器(MAC)、动态矩阵控制器(DMC)等先进控制系统(APC)。当前，自动化控制技术得益于电子计算机的快速发展和应用，逐步向智能化发展。未来在这些自动化控制器的基础上，集合信息、优化、判断、维护等系统形成智能化、信息化的控制系统，将得到更广泛的应用。

一、自动化控制在化工安全生产中的应用

（一）监控诊断故障

化工生产过程中，以实行实时的故障监测为主，能针对其中所存在的问题进行极早地发现，并开展有效诊断，这让化工生产安全工作方面得以保障和支持。通过自动化控制技术的合理运用和实施，就会形成相应的监控和诊断模式。比如，要从具体的监控领域入手，相应的专家做出了具体规划和研究方向，化工生产工作实际开展过程中，以自动化控制分析的形式构建为主，就会在数据和PCA 分析上拥有相应的结果，并输送到具体的数据库中。这让控制设备得以合理化的激活，形成了故障的有效诊断和监控。

（二）监控分析仪表

化工生产工作实际开展的过程中，把人工监控和传统监控仪器结合在一起对生产设备中使用的仪表进行全面监控的方式，不管是在效率还是在精准的程度上，往往是不能满足具体化工生产实际要求的。用自动化控制体系替代传统仪表监控设备，会让化工安全生产更加合理和高效。比如，现场的总线系统从化工生产相应的基准入手，在实行统一规划处理过程中，也实行了系统的合理性监控。在处于开放性的环境领域下，更好的保证操作具有互动性和实际价值。另外，系统以具体的数字模型装置为基础，能够开展装置配比工作，对化工生产的相应接线工程量进行减少。现场总线系统，就会按照实际的生产对象，以适配的仪表监控形式为主，保证系统具有相应的安全性能和价值。

（三）安全联锁系统

为确保生产过程的安全、稳定运行,大限度地减少由于过程失控造成的设备损坏和人身伤害,减少重大恶性事故发生的概率,对开工、停工和生产过程中可能发生重大人身事故和设备事故的工艺装置和机组,应设置相应独立的紧急停车和联锁系统。紧急停车和联锁系统主要是从生产中出现的事故入手，以此实行及时停止生产和作业的工作系统。通过安全保护系统实时在线监测装置的安全,在工艺参数超越某一极限时,或生产过程处于某一危险状态时,该装置将执行相应的逻辑程序,迅速发出保护联锁信号对工艺流程实行联锁保护或紧急停车,自动将有关生产过程和设备置于安全的临时状态（必要时置于部分或全厂停产状态），以防酿成人员伤亡、设备损坏等重大事故。安全联锁系统独立于生产过程控制,是实现石化装置本质安全的重要手段,也是过程安全的后一道屏障。一方面，在工艺装置出现异常情况时,要求控制系统能在许可的时间内将装置转入安全状态；另一方面,又要求保证控制系统本身在一个或多个关键环节出现问题时，避免由于生产装置的误停车而影响生产的经济效益。

（四）污水排放自动化监测

自动化控制技术合理的运用到化工安全生产工作中，在环境保护上也发挥出了十分重要的作用和价值。进行污水排放的过程中，在检测环节上，化工生产的污水排放需要从水温、pH 值、电导率和浊值方面监控。在此情况下，通过计量泵对污水进行相应的抽取，完成了过滤环节之后就可以把污水流经通池。在这样的环节构建下，污水就会和通池上电导率、PH 电极相互接触并发生电流信号。PLC对电流信号进行重点分析，并显示出具体的内容和数据。之后，以信号的有力执行为主，数据信息没有超出设定数值的情况下，就可以开展污水排放工作，同时进行留样。在没有达到标准的情况下，就会禁止排放工作的开展，也可以进行取样。在污水当中会含有相应的杂质，这些杂质对管道会形成一定的堵塞。这让检测工作实际开展陷入了一定的困境。针对此，系统中加入了自动清洗的装置体系，以PLC 进行控制，通过传感器和管道进行自来水的处理，由此完成清洗工作。

二、自动化控制在化工安全生产中的应用途径

（一）精细化工工艺

自动化系统在自动化控制设计理念被描述得较为详细，利用自动化控制设计理念对于化工工艺设计进行了详细审视与革新，将精细化工工艺设计中的各个步骤展开分析，找出存在于当中的问题。例如，设计环节中的实验中的每种原料、各种配料的占比、具体生产流程等。利用自动化控制设计理念进行化工工艺优化时都要进行重新分析，只有这样才能更好地看到是否存在提升的机会。自动化控制设计理念中对化工工艺在准确度、精确性以及科学性方面提供现代化算法，为生产流程设计出契合现代化特点的生产方式。自动化控制设计理念让精细化工工艺设计看到设计中对温度与压力等方面的现代化需要。让自动化控制设计理念的优势充分发挥出来，使得精细化工工艺设计的现代感以及设计的效率有所提高。工作人员认识到精细化工工艺设计还有较大发展的空间，对精细化工工艺设计从灵感层面、设计理念层面、投入生产层面等着手，分析精细化工工艺设计现状当中存在的问题，针对问题进行相应分析，使得自动化控制设计理念的优势能够被充分发挥出来。

（二）计算机综合控制系统

计算机综合控制系统也被称为集成控制系统。这项技术应用于化工生产行业之前，已经有诸多技术人员将计算机技术引入化工生产流程，辅助化工生产工作，提高化工生产效率和质量，这一技术为化工生产行业做出了较大贡献。但是运用计算机技术辅助化工生产，虽然能在一定程度上提高生产效率，减少资金投入，但是在实际化工生产过程中并不能形成较为完整的辅助体系，从而限制了化工生产行业进一步发展。计算机综合制造系统对化工生产过程中诸多环节进行了有效的整合和改进，将计算机辅助项目形成完整的体系应用于化工生产中。从整体角度来看，将计算机综合控制系统应用于化工生产，能够在很大程度上提高产品的生产效率和生产质量，从而有效促进化工企业的进一步发展。计算机综合控制系统的建立就需要运用电子信息技术以及先进性材料等，以此构成新型的自动化设备，对生产过程中的每个环节进行有效的控制和监测，从而促进化工企业的稳定生产。

（三）安全停车功能

化工生产中一旦出现突发性设备故障或生产反应失去控制状态时很容易因为上下游关联生产环节无法及时调整或停车而造成其他设备故障、损坏导致危险物料泄漏，发生火灾、爆炸、中毒等严重的生产操作安全事故。为了避免发生这样的安全生产事故，应用自动化控制系统完成紧急安全停车功能可以防止连带性事故的发生，有效降低化工企业的故障损失。安全停车功能是由紧急停车系统(ESD)来实现，基于自动化控制系统，通常依附DCS 系统。初期的紧急停车系统(ESD)系统是静态的，只有在生产装置出现异常的情况下，通过DCS 检测到的报警联锁信号或者人为干预触发紧急停车命令，ESD系统才会发出联锁信号，再通过DCS 系统实施预先设定好的逻辑顺序，依次停止各个相关运行生产工序或环节，尽可能降低因局部故障而造成的损失，避免发生严重的安全事故。近年来，ESD 系统经过不断的更新，变得更加的复杂和高级。ESD 系统分为正常停车、局部紧急停车和全部紧急停车三种控制范围。自动控制系统通过离线和在线诊断软件包括全面的诊断程序，具备完整的自诊断系统，能对化工生产操作系统以及设备状态和外部相关生产运行状态进行动态的检查分析，一旦发现故障预兆现象的出现，及时进行报警。ESD 系统根据预警的级别实施相应范围内的安全停车。

而对于涉及“两重点”(重点监管工艺和危险化学品)和“一重大”(重大危险源)的高度危险化工生产装置，由于其危险危害性很大，为了确保安全的可靠性，建立独立的安全停车系统，称安全仪表系统(SIS)。SIS 系统是有严格的条件的，其特点：(1)符合国际安全协会规定的仪表的安全标准规定；(2)具有覆盖面广、安全性高、有自诊断功能，能够检测并预防潜在的危险；(3)容错性的多重冗余系统，单一故障不会导致SIS安全功能丧失；(4)应用程序容易修改，可根据实际需要对软件进行修改；(5)自诊断覆盖率大，可实现从传感器到执行元件所组成的整个回路的安全性设计，具有I/O 短路、断线等监测功能；(6)响应速度快，从输入变化到输出变化的响应时间一般在毫秒级。SIS 系统无需人工干预，一旦投用即可自动运行。它是“静态”的，与ESD 的区别就是具有独立的检测和执行机构，虽然可以与DCS 共存，但不互通，互不影响。对现场设备设施进行独立的有等级的安全保护，避免安全事故的发生。

（四）优化设备安全检测

化工行业在实际运行的过程中，会经常设备故障，而且也不能及时地被发现和维修。传统的检测形式在实际运用过程中，往往需要比较久的时间，在工作上也存在比较大的难度。在此情况下，就不能对设备中所存在的隐患重点发现和关注。面对这样的问题，一些化工企业借助了自动化控制技术手段，从安全性能方面入手，对监测工作进行合理的优化和升级。在对设备安全开展重点监测的过程中，尽可能从源头上进行安全隐患的消除，让化工行业拥有安全生产的保障。关注设备的实际整体构造和运行特点，不同的设备拥有不同的性能，根据设备自身情况和工艺条件、介质特点等对设备自动化监测方法进行合理运用和优化升级。同时，对人员巡检失误等问题也需进行合理解决，避免由于人的失误引发安全事故。会。这让生产安全得以控制的情况下，在一定程度上节省人力和物力，实现化工设备的高效稳定运转。

结束语

综合以上阐释，化工生产工作开展的时候，所涉及的危险和有害因素是比较明确的。自动化控制技术在安全生产领域中的合理运用，会避免出现不安全性因素，也会从根本上对劳动强度进行重点降低。对安全生产的工作环境进行重点更新和稳定创建之下，也在优质、高产和长期运行过程中看到一定的希望。自动化控制合理的渗透到化工生产环节中，对技术条件会开展合理性的优化和完善，拥有了更新的模式下，也会在化工安全生产领域中展现出巨大的优势和价值。