农药行业自动化系统存在的问题及改造方向

马晓丽，刘稼琛，刘润柱，綦长茂

(1.天津市昊安安全卫生评价监测有限公司，天津 300000；2.天津渤化资产经营管理有限公司，天津 300000；3.北京市安全生产工程技术研究院，北京 100010)

作为农业大国，中国农业生产中病虫害的发生使得农药成为常用的一种产品[1]。我国农药行业起步较晚，但经过多年发展现在已是全球第一大农药生产国[2]，对外出口比例达70%以上，2019 年我国农药总产量225 万t[3]。但是需要注意的是，化工农药企业大多涉及“两重点一重大”，其原料及生产工艺危险性较高，农药企业在生产和存储过程中，如果设备设施本质安全性较低，就可能引起危险化学品的泄露导致火灾爆炸或人员中毒[4]，造成巨大经济损失并对周围环境造成严重污染和破坏[5]。因此，在农药业生产中选择合适的手段来对安全问题进行防控显得非常重要，只有保障了生产安全，才能够保证我国农药行业实现高效、可持续发展[6]。

1 相关法规和标准的安全要求

农药行业是精细化工行业重要组成部分，目前我国危险化学品安全监管体制在逐步完善，使精细化工行业能够更好的更加稳步的持续发展，提升整个行业的本质安全水平，提高设备自动化控制水平[7]，从源头上防范化解重大安全风险提供了保障。

近些年来，安全监管部门陆续发布一系列文件。2014 年原国家安全监管总局发布的《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三[2014]116 号)提出涉及“两重点一重大”在役生产装置或设施的化工企业和危险化学品储存单位，要在全面开展过程危险分析(如危险与可操作性分析)基础上，通过风险分析确定安全仪表功能及其风险降低要求，并尽快评估现有安全仪表功能是否满足风险降低要求。

2017 年原国家安全监管总局发布的《关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》(安监总管三[2017]1 号)要求根据《精细化工反应安全风险评估导则(试行)》，对反应中涉及的原料、中间物料、产品等化学品进行热稳定性测试，对化学反应过程开展热力学和动力学分析，确定反应工艺危险度等级，根据反应工艺危险度等级，明确安全操作条件。

2022 年12 月30 日正式发布实施的《精细化工反应安全风险评估规范》(GB/T42300—2022)进一步对评估对象、评估内容、评估结果应用做出更具体的要求。

2020 年4 月国务院安委会发布的《全国安全生产专项整治三年行动计划》(安委[2020]3 号)中《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》提出进一步提升危险化学品企业自动化控制水平，继续推进“两重点一重大”生产装置、储存设施可燃气体和有毒气体泄漏检测报警装置、紧急切断装置、自动化控制系统的建设完善，并于2020 年底前涉及“两重点一重大”的生产装置、储存设施的上述系统装备和使用率必须达到100%；推动涉及重点监管危险化工工艺的生产装置实现全流程自动化控制，2022 年底前所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化工艺装置的上下游配套装置必须实现自动化控制，最大限度减少作业场所人数。

2022 年6 月22 日国家应急部发布的《危险化学品生产建设项目安全风险防控指南(试行)》(应急[2022]52 号)提出涉及硝化、加氢、氯化、氟化、重氮化、过氧化等反应工艺危险度在3 级及以上的生产车间(区域)，同一时间现场操作人员不得超过3 人；车间内采用符合抗爆设计的防爆墙分隔的，可按照不同一区域处理；涉及易燃易爆、毒性气体、毒性粉尘、爆炸性粉尘的作业现场或厂房的最大人数(包括交接班时)不得超过9 人。

2 农药行业自动化系统存在问题

农药及农药中间体的生产以间歇生产为主，与连续化生产装置相比，自动化控制水平远低于连续化生产装置。经过3 年专项整治攻坚，农药行业生产自动化控制水平有显著提高，但同时也暴露了很多的问题。

2.1 自动化控制水平还需继续提高

农药行业中老企业和小型企业自动化程度水平有待进一步提高。如部分企业未设置紧急停车系统和安全仪表系统，关键参数调节未达到自动化，未按要求设置联锁，一旦遇到紧急情况，难以及时有效切断物料，阻止后果扩大；自动化控制水平有待提高还体现在涉及氯化、氟化、重氮化等工艺装置的上下游配套装置自动化控制手段不足，上下游手工操作较多，特别是涉及投料(尤其是固体料)、过滤(压滤、离心分离、减压过滤等)等工序自动化程度偏低，现场作业人员较多。

2.2 自动化控制专业技术人员匮乏

农药行业中小型企业自动化控制专业技术人员匮乏主要体现在2 个方面：一是缺乏自动化控制专业技术人员[5]，二是现有专业技术人员对自动化系统、安全仪表系统、有毒气体、可燃气体及火灾检测保护系统等在设计、安装、操作和维护生命周期的各阶段，还存在风险分析不足、设计选型不当、冗余容错结构不合理、缺乏明确的检验测试周期、预防性维护策略针对性不强等问题。自动化控制专业人员不足成为企业自控系统改造及发挥应有作用的较大薄弱环节。

2.3 报警管理不善

控制室报警主要指工艺报警及可燃气体和有毒气体探测报警。

工艺报警的主要问题有工艺系统无效报警、提示报警和异常报警不加区分、报警优先级设置错误、随意屏蔽和变更报警、无异常报警后处置预案等。许多企业设置了自控系统(DCS 或PLC)，工艺过程调节提示报警、波动异常时的报警较多，同样的生产装置较多时大量溢出的报警占据控制系统报警汇总画面，造成操作员手足无措，无法及时发现关键工艺设备异常状态，给安全生产造成较大的威胁；DCS 等控制系统人机界面复杂、不清晰，无法给操作员提供快速和正确的指引，及时发现和处置各类工艺设备异常工况。报警管理不善可能酿成重大安全事故，2005 年3 月23 日，BP 石油公司在美国德克萨斯的一家炼油厂发生爆炸事故导致15 人死亡，170 人伤。美国OSHA 调查认为报警管理不善是造成事故的一个主要原因，在爆炸发生前1 h 内，操作台上的报警数量有130 多个，操作员无法发现关键异常工况并及时响应。

可燃气体和有毒气体报警系统的主要问题有：未设置一、二级报警或报警值设置错误；未定期对泄漏检测报警装置进行校验，超期服役(工业场所内的可燃气体探测器使用年限多为3 年或5 年)；无一、二级报警后处置预案，对报警不做原因分析；有毒有害、可燃气体检测探头布置未经正规设计；有毒有害、可燃气体检测报警系统未独立设置等。

2.4 企业自控系统安全管理亟待加强

许多涉及重点监管的危险化工工艺的中小农药企业近几年新设置了安全仪表系统、改造了自控系统，但自控系统的管理未跟上硬件更新的步伐，存在着管理制度未建立或未制定相应的操作规程，如DCS 系统操作规程、SIS 操作规程、SIS 维护制度、安全仪表系统定期检验测试计划、联锁摘除和恢复工作程序、DCS 和SIS 系统管理权限制度、仪表检查、维护、使用、检定等各类台账及仪表巡检记录不系统、不完善、不具体等问题。规范自控系统及安全仪表系统、工艺报警系统、有毒有害、可燃气体检测报警系统管理工作亟待加强。

3 自动化系统改造方向

我国农药向减量、减毒、减残留方向发展，农药生产工艺逐渐向绿色、本质安全方向转型[3]。农药原药产量减量的同时，对产品质量、环境影响、过程安全提出了更高的要求，而提高生产过程的自动化控制水平是必由之路。

3.1 以风险分析为基础提升自控水平

2023 年整个精细化工行业将继续推进自动化提升工作，涉及重点监管危险化工工艺，特别是涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化工艺装置的农药及农药中间体企业，生产全流程自动化系统的改造继续推进。

第一，企业要充分发挥工艺、设备、仪表、安全等专业技术人员和现场操作骨干人员的作用，在“全流程反应安全风险评估报告”基础上，做好风险分析(如HAZOP/LOPA)工作，充分辨识工艺过程的风险，补充完善安全管控措施，确保设备设施满足工艺安全要求。第二，做好工程设计阶段工作，要紧扣“最大限度减少作业场所人数”目标，在初步设计完成之后，建议企业再次和设计院一起开展HAZOP 分析，完善设计方案；企业也可聘请工艺、自控方面专家对设计方案进行评审。第三，在改造过程中，要特别关注DCS 控制系统的组态问题，在步骤控制、程序控制、工艺过程预置控制曲线等方面一定要结合农药及农药中间体的工艺特点。比如在双甘磷的生产流程中升温、蒸发、回流、冷却等每一步工序都需要不同的执行机构同时进行动作，企业可以根据数据积累，预置各工序的控制曲线，过程自动控制，拟合预置曲线，在保证安全控制的条件下，还可提高产品质量稳定性，节能降耗，一举多得。第四，工艺操作规程的修订、自控系统操作规程的编制，人员培训。第五，完成SIS 系统的SIL验证。各地要求不一，有的省市要求在设计完成后开展SIS 系统的SIL 预验证，投入使用前进行正式验证。第六，整个自动化系统改造验收，原则是否达到“最大限度减少作业场所人数”，是否满足应急部[2022]52 号文的要求。

3.2 解决专业技术人员匮乏问题

若要使自动化系统改造工作落到实处，专业技术人员匮乏问题是必须解决的问题[8]。首先企业可以通过外聘技术专家或第三方机构专业团队，解决燃眉之急；同时培训专业技术人员[化工自动化控制仪表特种作业人员、执行功能安全运行维护人员(GB/T 41295.4—2022)]并采取和职业院校联合定向培养企业技术人员做好长远规划；企业还需培养自己的风险评估队伍，逐步过渡到HAZOP/LOPA 分析由企业自己定期开展。

3.3 加强自控系统制度管理

加强管理首先要做好自控系统管理的建章立制工作。例如企业需要建立自控系统(包括DCS 系统、SIS 系统、可燃气体和有毒气体检测报警系统)全生命周期管理制度；报警及联锁管理制度(分专业，如工艺报警、设备报警、安全报警等；联锁分级，如分A/B/C 三级联锁管理，SIS 联锁、公用工程联锁、引发多个生产单元停车的联锁定为A 级，某一个生产单元或某一台关键设备停车的联锁定为B 级，其他联锁分为C 级，具体分级根据企业实际情况确定)；报警及联锁解除(投用)变更管理制度；DCS 和SIS 系统管理权限制度；SIS 维护管理制度及规程(应涵盖SIS 防止的危险或风险事件，联锁设定值及其SIS 动作，旁路和复位等功能的使用，对SIS 报警和SIF 动作的响应，何时启动以及如何操作手动关停或启动开关，SIS 诊断报警的含义以及相关的响应等)。企业还应建立仪表检查、维护、使用、检定等各类台账及仪表巡检记录和自动化系统技术文档，如P&ID 图、联锁逻辑图、逻辑控制器卡件排布图、接线图、SIF 回路构成部分的SIL证书、安全手册等。

3.4 强化报警安全管理

生产运行装置工艺、设备(包括电气)的报警及联锁保护设施是确保安全生产，避免事故发生的重要技术措施；可燃气体和有毒气体检测报警系统是重要的预警技术措施，它们的运行状况直接影响着生产装置正常运行及操作人员人身安全。企业既不能刻意减少报警，不满足企业安全需要(如装置或设备已经进入危险区域或物料发生泄漏，操作人员还不知道)；也不能有过多的报警或无效报警使得报警泛滥，给事件记录的查询和工况的判断带来一定的困难。

对于间歇操作来说，报警范围的确定主要考虑工艺过程的反应安全风险评估的结果(技术最高温度MTT、失控体系最大反应速率到达时间为24 h对应的温度TD24，以及失控体系可能达到的最高温度MTSR、初始分解温度等)、行业事故案例、结合报警设置及联锁相关的所有的标准和规范，由技术提供方、设计院相关人员、企业工艺、设备、仪表、电气、安全等技术人员多方参与的一个论证(HAZOP分析)、修改过程(变更管理)。总的原则是必要的报警和联锁不能少，避免出现报警泛滥情况，动态管理过程。