自动化控制在化工安全生产中的应用

魏鲁东(山东新和成精化科技有限公司，山东 潍坊 261000)

0 引言

2019年中国自动化市场规模达到1 865亿元，较2018年增长1.8%，预测至2022年中国自动化市场规模将高达2 085亿元，化工自动化产业迎来良好的发展机遇。化工实际生产过程中，存在多个不安全因素，以及整个生产工艺逐步精细化、生产流程复杂化，进一步加剧生产压力，若发生事故难以技术处理，产生严重的联动反应，造成不可估测的严重后果。需充分选取高效自动化控制动态化监测和诊断故障，以保证化工生产可靠性及安全性。

1 化工安全生产的基本要求

化工生产作为一类高风险工作，安全管理至关重要，若想管控其安全风险，需充分掌握安全生产基本要求，体现在以下3点：

(1)设备具有充足的强度。为始终保证化工设备长周期、稳定及安全运行，需充分确保各机械零部件具有足够的强度。一方面，需充分要求初期设计和制作单位严格控制质量关，从本质层面消除各类隐患，尤其针对压力容器，需严格依照相关规程及要求实施，严禁质量不达标的产品出厂；另一方面，操作人员需全面落实岗位责任制，严禁出现超温、超压及超负荷工作，定期做好机械设备检查工作。

(2)设备密封可靠性。化工厂生产过程中多种材料均为易燃、易爆类，若与设备或机器缺乏严密性便会产生泄漏，进一步引发爆炸事件。

(3)安全保护装置相适用。随着先进技术不断发展，现代化工逐步选用自动化控制、信号警报等举措，在化工设备与机械产生异常状况时，可自行发送相应的警报措施，避免发生事故。

2 影响化工安全生产的因素

化工生产作为一项复杂性工作，稍不注意便会触发安全事故，主要影响因素体现在以下5方面：

(1)对化工原料及产品危险性认识不足。化工生产中处于装置中原料混合，处于各类催化剂作用下逐步分解；对生产各类材料相关性质缺乏明晰性，尤其针对各类液化烃、可燃液体火灾危险性分类知识不熟悉，并未充分掌握因误操作、控制不良促使生产工艺处于异常状况。

(2)对化工工艺不熟悉。缺少充足的相关化工反应动力学数据，针对高危类副反应缺乏正确性认识；并未以热力学为核心基础分析爆炸实际能量；对化工生产工艺异常状况检测不足。

(3)物料输送的风险。化工实际生产过程中各单元正式操作过程中对物料流动难以进行高效、合理化控制；产品标示不完全；各类废气、废水等处理措施不足。

(4)人员误操作。并未最大限度发挥管理人员自身监督作用，开车、停车等计划操作缺乏合理性及可靠性，并未构建完善的操作人员与安全人员间协同体制。

(5)生产设备缺陷。选材不当造成整个生产装置产生腐蚀和损伤；设备缺乏完善性，精准性、可靠性控制仪表缺失；设备在超过设计极限工艺状况下运行；针对生产运行中存在安全隐患并未及时加以处理及防范[1]。

3 自动化控制在化工安全生产中的应用

3.1 实施监测诊断设备故障

化工整个生产过程中对生产设备的监测与故障诊断，是解决生产可靠性及安全性强有力的技术之一，有利于提高化工设备、生产系统运行高效性及可靠性，第一时间掌握故障产生的具体部位和类型，且可结合自动化控制技术，对各类生产数据进行汇总分析，对各类高危性风险进行估测。过程监测主要任务目标在于对故障做好系统性检测，精准性辨识故障发生的幅度，合理推算故障时间周期，对其未来发展趋势做好精准性估测，充分结合该故障特征针对性制定相应的建议及策略[2]。

当下化工实际生产过程中监测方法较多，不同监测方法自身特征及成效存在较大差异性，主要为以解析模型的过程监测方法、基于专家知识监测方法、基于数据分析监测方法。正式选用过程中，基于解析模型过程监测方法，因其内部整个流程具有一定的复杂性，建模难度较大，成为约束该方法关键因素。化工正式生产过程中，基于专家知识监测方法普遍应用，获取良好的控制成效，针对各类诊断方法分析的同时，结合不同技术提出相应的过程监测和诊断系统，该系统对化工整个生产过程监测主要是选取主元分析，将系统内处理信息及分析结果全部传输至数据库内，启动专家诊断模块，充分应用该模块对递交相关数据做好分析诊断。诊断模块中将各类知识充分以化工生产特征为基础，进行合理化划分层次进行管控。

3.2 仪表自动化监控

自动化仪表及其过程控制对于化工安全生产整个系统具有直接性作用，当下现代化工仪表种类较多，如温度检测装置、压力仪表装置、物位检测量装置。此类表实现过程控制主要体现在以下3方面：

(1)可编程过程控制。化工生产过程中应用自动化控制，充分依托先进的微电脑芯片和先进技术，保证仪表运行可靠性及抗干扰性。化工实际生产过程中，选取PLC控制系统决策制定控制目标及控制思路，处于各类数据汇总、处理分析出软件、硬件等系统实际工作状况，提供强有力的技术支持，实现远程端口动态化监测仪表实际工作状态。复杂控制模式可动态化控制仪表运行可靠性，可在电路控制、设计等环节融入自动化监控测试，可保证技术人员高效化汇总收集相关功能性指标。

(2)计算控制功能。自动化控制应用中，系统依托逻辑运算规则，选取初期相应的数据指标、公式等掌握仪表数据运行状态，依托全面性、持续性监控仪表自身运行实际需求，可从本质层面控制扫描时间，充分以大数据为核心技术监测仪表工作需求和作业状态，重复审核统计仪表数据精准性及可靠性，保证整个化工生产作业可靠性。若仪表中数据存在异常状况，需充分结合是记忆功能判定故障发生部位[3]。

(3)数据记忆控制。自动化数据自行存储、记忆过程中，化工仪表可充分依托后台数据库充分收集汇总相关数据，如压力、温度等相关指标，简易化处理控制中各类装置运行可靠性及效率。仪表可动态化掌握数据库中运行状况，技术人员将自身收集相关信息数据进行比对，记忆中不断更新线下数据库内数据信息，为后续实际应用提供方便，保证化工生产质量可靠性。

3.3 紧急停车系统

自动化控制用于化工生产过程中，核心在于对整个生产周期进行持续性监控，使生产装置可处于允许范围内安全、可靠运行。因化工生产过程中存在高温、高压、易燃等危险，部分工艺参数超出限值，便可能出现设备损坏、人员伤亡等事故，紧急停车系统是对整个生产过程中核心参数和实际生产状况动态化监测，一经发现监控内容偏离正常生产范围内，且达到设定停车要求状态下，紧急停车系统便会取代过程监控系统，依照初期设定相关顺序操作自动化紧急停车，从而保证整个化工生产过程中处于安全状态，保证化工生产人员、设备与周围环境安全性及可靠性，最大限度降低安全事故的发生。不同工艺过程对安全要求存在差异性，应充分选取风险评估方法，判定工艺产生的事故风险，以此确定是否配置紧急停车系统，保证工艺安全度等级，如表1所示。

表1 风险评估危害程度量化等级

化工安全生产过程中，紧急停车系统自身功能十分关键，其生产过程中停车一般包含3种方式：(1)正常停车。此类停车一般是因设备长周期处于工作状态，需积极进行检修或检查工作，相关专业人员有针对性、有目的性的停车。(2)局部紧急停车。正常状况下手多种异常状况发生停车，如生产过程中设备突发性故障、电气设备故障等。(3)全面紧急停车。化工生产过程中突发产生停水、停电等现象，需立即启动全面紧急停车[4]。

4 自动化控制在化工安全生产中的优化策略

4.1 联锁报警自动化

化工实际生产过程中多处于高温、高压工作状态，其化学反应效率较快，加工原材料自身存在一定的高危性，若其中某环节产生异常状况，便会短周期内形成联动效应，产生较大严重安全事故。针对此类状况，化工生产企业内部生产需加强自动化控制系统使用力度，需积极研发、应用自动化连锁报警装置，对该系统不断升级优化。选用该系统装置核心优势在于，若设备工作处于超高温、超高压或低液位及时进行警报给予提示，及时告知工作人员采取相应的解决措施，避免产生异常状况[5]。

4.2 安全装置自动化

化工生产作业现场环境中，存在多个有毒物质自身特征为无味、无色，且易挥发，短周期内人员难以及时察觉，增加危险系数。通过应用自动化安全装置，可从本质层面解决上述困境，化工企业及其内部人员需积极做好以下工作：一方面，化工正式生产过程中，受多方面因素影响产生意外现象，抢修人员难以即可到达现场，所以需提高对安全装置自动化重视程度，减少不良事故带来的损失。如有害气体流出之后，可充分依托自动化安全装置，第一时间控制泄漏部位，构建相应的防护网，将人员与有害气体散发区域内进行间隔；另一方面，出现危险状况，自动化安全装置可依托动态化监控，迅速引导现场人员安全撤离，自行实施相应的抢修工作，保证短期内人员脱离危险环境，避免产生人员伤亡。化工生产企业需加大安装装置的研发和利用，力争发挥其自身优势，凸显其动态化及安全控制功能，保证整个生产过程安全性[6]。

4.3 检测装置自动化

结合以往实践表明，化工生产发生安全事故核心因素在于设备老化与损坏。化工生产原料自身具有较强的腐蚀性，长周期接触化学原料的设备易产生腐蚀现象，加之部分设备长周期处于高温、高压工作状态，使用年限较长，增加安全事故发生的风险。所以需进一步加大设备安全检测力度，原有设备检测工作效率低下，且最终质量难以保证，依托布设自动化检测装置方式，不仅可提高工作效率及精准性，而且可保证设备自身质量可靠性。

5 结语

随着经济高速发展，化工生产过程逐步趋于项目大型化、工艺复杂化、产品高端化等，整个生产管理精细化水平显著提高，对整个生产过程质量要求愈发严格。化工生产中存在多个不安全因素，尤其针对各类原材料，增加生产安全事故发生风险，充分应用自动化控制，提高整个生产效率的同时，将广大从业人员从高危、繁重的工作环境中予以解脱，保证生产过程可靠性及安全性，促进化工生产成本显著降低，实现可持续发展。