化工安全生产中的自动化控制探讨

秦明文

安徽司尔特化肥科技有限公司 安徽 宁国 242300

引言

现代化工生产流程极为复杂，易燃易爆及毒性物质涉及较多，使得化工生产比其他制造行业面临着更多的安全风险，生产控制工作也存在着极大的难度。以往以人工控制为主的方式，存在一定的控制效率低，控制效果不理想的局面，更为重要的是无法从根本上保障生产安全，这就需要应用自动化控制方案来解决这些问题，实现对化工生产过程的高效控制，提高生产过程的安全系数。因此，出于保证化工安全生产方面的考虑，依然有必要就化工生产中的自动化控制展开探讨，这是解决化工生产安全管理矛盾，提高化工生产安全性的关键所在。

1 化工安全生产对自动化控制的需求体现

1.1 高风险特征

化工生产的高风险特征较为明显，不仅一些化学反应过程比较危险，同时还会应用或生成一些腐蚀、有毒等危险性物质，整个生产过程存在一定的泄露、爆炸、中毒等安全风险。高风险特征使得其对自动化控制表现出应用需求，需要通过自动化控制的应用，来准确地对生产过程进行控制和监测，减少以往人为操作失误的问题，减少安全事故的发生，降低化工生产的风险性[1]。

1.2 复杂性和精确性要求

化工生产过程通常非常复杂，实际生产过程中需要监测和控制多个参数，如温度、压力、流量等，这些参数直接关系到生产的安全性，对控制的精准性提出了较高的要求。需要借助于自动化控制系统中传感器等设备，实时对这些参数进行采集和调节，并进行实时的调整，保证控制的精确性，同时也确保生产过程的稳定可靠。

1.3 快速响应能力

现代化工生产中，安全事故的发生往往具备一定的突发性，多数情况下也并无先兆。为避免事故影响范围的进一步扩大，需要利用自动化控制系统，来提高响应能力，通过监测作用对生产异常的实时监控，并基于事先设定的机制快速做出响应，如关闭阀门、切断电源等操作，以最大限度对事故进行控制，降低事故风险。

1.4 无人化作业

化工生产中所涉及的危险物质较多，以往人工实施控制操作，不可避免地会增加人身安全方面的风险，增加风险管理的难度。也正是因为如此，化工安全生产更倾向于无人化作业。自动化控制系统则能够实现无人化作业的需求，其不仅可以通过程序设定执行指令，也能够通过远程控制系统进行操作，这直接避免了人员直接接触生产过程，提高了生产过程的安全性。

2 化工安全生产中自动化控制的作用

2.1 监测和控制作用

监测和控制是自动化控制的重要功能。在化工安全生产中，自动化控制可以借助于设置于各处的传感器和监测设备，采集到生产的关键参数，如温度、压力、流量、浓度等，以此实现对生产过程的实时监测，并通过控制系统精确、稳定的对这些参数实施调节和控制，保证其运行在安全的范围内[2]。

2.2 预警和诊断作用

自动化控制具备预警和诊断的作用，能够通过对生产过程数据的分析，借助于算法对潜在事故风险进行预测，并提前发出预警，提醒相关人员做好预防措施，规避事故的发生。而针对生产过程所出现的异常问题，自动化控制也能够借助于诊断功能，确定故障位置及原因，以实现对故障的快速解决和处理。

2.3 隔离和保护作用

自动化控制在检测到异常问题的时候，可以采取紧急措施进行停机，阻止可能的事故发生，并通过控制阀门、管路等操作，来实现对异常区域的隔离，保护其他设备及作业人员的人身安全。远程操作功能则使得化工企业作业人员直接远程操作完成生产控制，减少了人员直接接触危险物质的风险，提高了工作安全性。

2.4 记录和分析作用

化工生产过程中设备的运行会产生大量的数据，包括生产参数、异常记录等，这些数据是生产状态的直接反馈，自动化控制系统可以对这些生产数据进行记录，这将有利于后续的事故分析、优化及决策的制定，帮助化工企业优化生产流程，提高生产的安全性和效率。

3 化工安全生产中的自动化控制应用场景

3.1 生产实时监测系统

生产实时监测系统是自动化控制的重要应用场景，主要起到监控生产运行的作用，从而及时发现异常情况，实现对生产各个环节的实时监测和控制，提高生产过程的可靠性。化工生产实时监测系统中，自动化控制通过仪表、传感器等设备，采集生产过程中的各种参数，如压力、温度、流量等指标，并将这些数据传输给数据处理中心，通过对数据的分析和处理，判断生产情况是否稳定、安全。而数据处理中心也可以根据事先所设定的参数范围，在相关数据超出正常值的情况下，及时报警或采取应急处理措施，以实现对异常问题的有效控制。在这一过程中，实时监测系统还能够将所采取到的数据以图表或曲线的形式进行呈现，使得操作人员可以更为直观的掌握生产过程的状态和趋势，实现对化工生产的全方位监控，避免安全事故的发生[3]。

3.2 安全仪表系统

安全仪表系统是自动化控制的重要组成部分。化工安全生产中需要做好对易燃易爆、腐蚀性、毒性等物质的控制，这些物质多对压力、温度等方面参数有着严格的要求，需要确保在安全范围以内运行。因此化工安全生产必须要引入安全仪表系统，对设备运行过程中的相关参数进行动态的监测和调控，确保设备运行状态的稳定可靠。基于目前的自动化控制技术，化工安全生产中所应用的安全仪表系统具备以下几种功能。

3.2.1 动态监测。安全仪表系统能够实时监测化工生产过程中的各种参数，如压力、温度、流量等，同时对相关的工艺变量也可进行监测和调整，确保生产过程的稳定和安全。

3.2.2 异常报警。安全仪表系统一旦监测到的数据超过安全范围，自动化控制系统会立即发出警报，并通过人机交互界面提示操作人员，以便及时采取相应措施，防止事故的发生。

3.2.3 模式转换。安全仪表系统具备模式自动转换的作用，能够在生产系统出现故障的情况下，转换工作模式，如检测到某个传感器故障，系统可以自动切换到备用传感器，确保数据的正常采集。或切换到手动控制模式，为检修和调整作业提供方便。

3.2.4 数据记录与分析。安全仪表系统可以实时记录生产过程中的各种数据，并通过数据分析软件进行趋势分析，帮助操作人员更好地了解生产状况，为改进生产工艺提供依据。

3.3 故障诊断系统

故障诊断系统是化工生产中一种非常关键的自动化控制手段，其能够通过数据的分析实现故障诊断效果，明确故障所发生的位置，并提供故障分析报告，帮助作业人员快速准确地找到故障源头，并采取准确的措施，实现对故障的有效修复。化工生产体系较为复杂，在过去一旦出现故障，就需要进行全方位的故障检测，才能够实现对故障的排除，对经验及操作的依赖性较强，无法保证效率和效果[4]。自动化控制模式下的故障诊断系统，通常会建立故障诊断模型，对生产过程中的所有信息进行汇总分析，利用统计学方法、机器学习和人工智能等技术，检测和诊断设备故障，提高故障诊断的可靠性。此外，故障诊断系统还具备一定预测故障功能，其基于对设备运行状况的动态跟踪，可以对设备性能进行趋势分析，预测可能出现的故障，提前采取措施予以解决，从而有效避免生产事故的发生，提高生产效率和安全性。

3.4 环境监测系统

环境监测系统是自动化控制在化工安全生产中的重要应用场景，主要是用以对化工生产场所环境指标进行监测和评估，旨在确保环境安全和作业人员的健康。环境监测系统通常由传感器、数据分析系统、预警与报警装置等几部分组成，可以实时对生产环境中的环境参数进行监测，包括空气质量、水质情况、噪音水平、辐射情况等，并通过对数据的收集和分析，评估其是否存在安全隐患，并以此决定是否发出安全警报，提醒相关人员采取必要的安全防护措施。以空气质量监测为例，化工生产中涉及大量有毒有害气体，这些气体一旦发生泄漏则会对人体造成直接的伤害，空气质量监测系统可以用以对空气中有害气体浓度进行监测，一旦检测到有毒气体或漂浮颗粒物的浓度超出指标，即可发出警报提醒相关人员撤离或做好防护。环境监测系统的传感器通常分布于现场的各个部位，确保监测的全面性，能够准确反馈环境的实际情况。由此可见，环境监测系统在化工安全生产中扮演着关键的角色，可以实时监测环境质量，提供预警信息，帮助企业及时采取措施，避免环境污染和事故的发生，保护员工和社会大众的健康与安全。

3.5 紧急停车系统

紧急停车对保障化工生产安全而言，是非常重要的。这一系统能够在紧急情况下，快速停止设备的运行，避免可能的安全事故发生。以往化工生产中的紧急停车多是通过手动按钮的方式进行触发，这种方式存在一定的滞后性，使得相应操作延迟较高，所取得的紧急停车效果也比较有限。基于自动化控制的紧急停车系统，能够在检测到紧急情况的时候，迅速触发紧急停车指令，切断电源或动力，确保设备停止运转，实现对可能事故的有效控制。紧急停车可以分为局部紧急停车和全面紧急停车，前者针对事故局部实施停车操作，避免事故范围的进一步扩大，后者则针对较大型事故进行停车，保证整个生产过程的安全性[5]。

从硬件系统的层面上来看，紧急停车可以分为检测单元、逻辑单元和执行单元等几部分，检测单元是整个紧急停车系统的第一步，负责检测可能出现的紧急情况。

3.6 安全连锁系统

化工安全生产中，安全联锁系统属于非常重要的自动化装置，其通过检测生产中相关参数，判断其是否超出预定阈值，而后触发一系列连锁反应，防止事故的发生。相较于紧急停车系统而言，安全连锁系统的保护性质更为明显，通常不需要对生产系统进行停车操作，能够针对事故做出快速反应，甚至在事故发生前就阻止其发生。例如，在化工厂的生产过程中，可以将氯气管道的压力和温度与相应的电磁阀连锁在一起，如果压力或温度超过了预定的阈值，电磁阀就会自动关闭，避免氯气泄漏事故的发生。此外，在生产过程中还可以将排风机与可燃气体报警器连锁在一起，如果可燃气体报警器检测到空气中可燃气体浓度超标，排风机就会立即启动，将可燃气体排出室外。由此可见，安全联锁系统是化工生产中不可缺少的重要装置，在关键时刻能够发挥重要作用，保障化工生产的安全性。

4 结束语

综上所述，化工生产充满了危险性，对自动化控制表现出强烈的应用需求，而自动化控制的应用，也能够在化工生产中起到监测控制、预警诊断、隔离保护等方面的作用，切实提高化工生产的安全性。可以说，自动化控制已经成为化工安全生产中不可缺少的重要因素，应当予以重视，不断加强对自动化控制技术的应用研究，有利于从根本上保障化工安全生产。