我国精细化工自动化控制的现状与发展趋势

＊叶得强 赵转霞张彦龙

（兰州新区石化产业投资集团有限公司 甘肃 730300）

1.我国精细化工的发展现状

从数据来看，我国已经成为一个拥有丰富生产能力、全球领先的精细化工生产大国[1]。其中，染料的生产能力位列第一，农药位列第二，涂料位列第四[2-3]。随着科学技术的进步，我国精细化工率在“十二五”期间实现了快速增长，由规划前的30%左右增长到45%以上[4-5]，但与美国、德国、日本等发达国家相比，还存在相当大的差距[6]。在农药的研究上，我国仍存在着品种缺乏、高效性低的问题，产品结构仍急需调整。对于新型精细化工产品如饲料添加剂、水处理制剂、表面活性剂、食品添加剂等，其存在产品技术含量低、高精尖产品少、产品更新换代慢等问题，我国的研究和开发仍有待进一步深入。在电子化学品方面，由于其在技术、品牌、质量等方面的优势，使得中国在全球市场中占据一定的份额，但仍然存在着一定的竞争压力。因此，我们应该更好地运用先进的自动化和信息化技术，加速推动精细化工行业的可持续、快速、高效转型，实现传统到现代的跨越式发展。

2.我国精细化工自动化生产的发展现状

随着科学技术的进步，精细化工行业的自动化水平得到了显著的提升，这得益于近十年来企业对技术的不断改进和创新，他们不断投入更多的资源，以实现更高的产量、更低的成本、更先进的产品、更优秀的管理水平，以及更强的市场竞争力。随着精细化工行业走向高端化，其所面临的挑战多种多样，其中最突出的表现形式有：

（1）独特的生产流程，使得自动化技术很难得到广泛应用。随着科学技术的进步，精细化工企业的生产方式都有所改善，但是大部分企业仍采用传统间歇式生产方式，部分生产线的中间产品通常需要先取样检测并计算分析后才能进行下一工序的投入，并且传统的生产方式因其受容量滞后和纯滞后的因素使得PID控制算法也很难控制。不能大批量储存的桶装危险化学品和无法用管道输送的块状和粉状化学品都依赖大量的人力，此外，企业的在线分析技术和手段的投入不足，也大大限制了采用自动化技术来完成精确加料的可能性。

（2）自动化技术人员分布不均衡。自动化改造需要集合工艺、仪表、自动化控制、设备等多个专业的工程师，针对本企业生产工艺进行系统的研究，来合理制定相应的控制方案。同时汇集多个专业技术人员，这对于很多企业来说也存在一定的难度。

（3）随着行业政策实施和企业理念的转变，精细化工自动化将迎来一个蓬勃发展的良好时期。近年来，为确保企业的安全生产，保障员工的健康和财务安全，国家政府纷纷出台了一系列重要的政策性文件，2020年4月28日，国务院安委会印发《全国安全生产专项整治三年行动计划》，明确了两个专题实施方案、9个专项整治实施方案，其中，在“危险化学品安全整治”专项整治实施方案中提出：“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，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%，未实现或未投用的，一律停产整改。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10日，应急管理部、国家发展改革委、工业和信息化部、市场监管总局四部门联合印发《危险化学品生产建设项目安全风险防控指南（试行）》，提出6项具体危险防控，包括项目安全准入风险防控、项目安全条件审查风险防控、项目安全设施设计审查风险防控、项目安全设施建设风险防控、项目试生产安全风险防控、项目安全设施竣工验收风险防控，其中在项目安全条件审查风险防控专题中再次强调：“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，必须实现全流程自动化控制及机械化生产，最大限度的减少现场人员”。在国家政策的支持与鞭策下，2022年底至今，精细化工园区部分涉及“两重点一重大”的企业已对生产装置、储存设施、GDS泄漏检测报警装置等进行了全流程自动化设计，大部分企业的自动化水平程度都有很大程度的改进，实现了化工生产模式的优化与创新[7]。投入自动化控制技术可以有效预防重大安全事故的发生，还可以及时监测设备故障并发出报警，以便及时控制和处理，既保证化工设备的本质安全，也能够保障生产流程的持续性，大幅提升了生产效率、有效缩减了人员配置。

3.使用先进的自动化控制技术对于提高生产效率和质量至关重要

自动化控制技术是以“安全、提质、降本、增效、环保、连续”为目的，需人工较少干预，甚至无需人工干预，通过现代化的化工生产设备、技术，对生产全过程进行自动检测、实时监视、控制和综合管理的技术。随着科学技术的发展及行业政策的推动，企业利用先进的自动化控制技术，对化工产品的生产、加工和检测工艺进行了全面的自动化升级改造，使得生产过程更加高效、安全和可控，并且能够更快、更准确地完成生产过程中的危险或重复性的操作，减少生产过程中的错误和损坏，极大降低了安全隐患，从而提高了生产效率[8]。在化工生产中往往需要用到大量易燃、易爆、易腐蚀及高毒性危险化学品，一旦发生泄露或者管控不当就会造成化学品的浪费，甚至危及员工的生命和财产安全。因此，企业需要加大对自动化控制技术的投入，一方面，可以提高生产效率和产品质量，另一方面，可减少工人的劳动强度和安全风险，同时，也为环保和工作环境做出了贡献。自动化控制系统可实现对化工设备运行中的参数变化进行分析并快速做出调整，还可以及时监测设备故障并发出报警，以便及时控制和处理。由此可见，自动化控制技术是化工安全生产的重要保障，可以促进化工企业的稳定可持续发展。

4.自动化控制系统在精细化工行业中的应用

(1)优化生产工艺，改良生产设备

①连续式真空上料机在精细化工自动化中的应用。基于传统的间歇式真空上料机，现已开发出了一种全新的连续式真空上料机，它能够满足各种复杂的生产工艺，大大提升了生产效率。真空上料机是一种粉末自动上料装置，上料机是采用负压的方式把物料带到料仓，相比螺杆上料机效率更高，降低了工人劳动强度，并且拥有自动清洗功能，广泛用于粉末颗粒物料的无尘输送。连续式真空上料机可实现物料的连续上料和连续放料，适合大批量生产车间，带有除尘系统，可以将粉末过滤出来，形成无尘输送环境，并采用“GMP”标准的新型机械，大大降低了工作量，有效地防止了加料时的粉尘污染，为医药和食品行业的环保和安全提供有力的保障。

②全自动配方机设备在精细化工自动化中的应用。通过将电子秤和称重控制仪表相连，全自动配方机可以实现对多种原料的自动化配料，具有准确度高、操作简单、操作灵活等优点。此外，该设备还可以通过触摸屏、工控机等多种控制手段，实现对多条管路的计量，从而大大提升了生产效率，使得自动称重配料系统在当今工厂生产中变得越来越普及，并且得到了广泛的应用。这台机器采用先进的电脑控制技术，拥有卓越的智能化功能，配料精度极高，小量配料分辨率可达0.01mm，大大提升了生产线的运行效率和稳定性。此外，该系统还具备强大的数据管理功能，可以抵御密度、温度、压力、气泡等外界因素的影响，具有安装、使用和维护方便、操作简单等优点，大大降低了生产时间和精力。

③高位槽上料至反应釜滴加自动化装置在精细化工自动化中的应用。目前在生产酯类、氨基类、环氧类或其他产品时，需要将原料以滴加的方式缓慢的加入到反应釜内，一是可以使原料充分的反应，二是避免单位时间内加料过多产生其他物质。在滴加原料时，往往采用人工的方式慢慢滴加，然而人工方式控制不好量和速度，导致效率低下，还增加了工人劳动量，最重要的是，稍微不注意就会加入过多的原料，一旦加入原料过多，就导致生产失败，增加生产成本。通过对高位槽上料和反应釜滴加装置进行自动化改造升级为新型自动化控制装置，可精准控制滴加量及滴加速度。该装置全部采用智能传感器、智能仪表、自控阀门和先进逻辑控制系统，可实现远程控制，最大化的释放人工量，减少物料浪费、节能环保，大大降低了生产成本。

(2)在现有生产工艺和设备基础上实现自动化控制

当前的生产工艺难以实现连续化改造，但是，技术人员可以通过精心挑选和优化控制策略，实现自动化改造，从而获得更高的控制效果。

①PLC和触摸屏组合控制系统在精细化工自动化中的应用。对于传统老式反应釜加热的反应，操作人员需要现场查看、调整、记录温度及手动开停电机，给现场操作人员的操作及数据记录造成极大的不便，产品质量好坏完全由人为因素决定。PLC和触摸屏组合控制系统与传统继电器控制相比，具有相应速度快、集成度高、故障率低等特点[9]。精细化工生产过程中可根据工艺流程提前设置好加热温度、电机启动时间等系列参数，达到自动控制的目的，从而很大程度的减轻了操作人员的负担，避免了人为因素影响产品质量。PLC和触摸屏组合控制系统可保存操作、报警、参数设置等数据记录，方便工艺工程师随时查看数据、调整工艺参数，最大程度提高产品质量。同时可以配置物联网模块，实现手机和电脑端查看设备实时运行状态、实时数据、历史数据；还可以设置报警条件、通过短信或者微信的方式通知到具体人员，可实现无人值守，减少人员投入。

②APC控制系统在精细化工自动化中的应用。“先进过程控制”是一种特殊的控制策略，它与传统的单回路控制相比，能够提供更优的控制效果，不仅仅局限于某种特定的计算机控制算法。采用最新的控制技术，对设备稳健运行和工艺参数的优化提供了有力保障。并且可提高设备的运行效率，有效降低能耗率和物耗率，很大程度提高了企业的ROI。随着技术的不断发展，APC控制系统已经被广泛地应用于苯胺、聚苯烯、精馏和常减压装置，该控制系统以其高效的控制能力，简化了工艺流程的复杂性，有效地抑制生产过程中不必要的干扰。先进的控制系统因其成本低、收益高等特点已广泛应用于精细化工行业中，使得精细化工行业的整体自动化程度得到了很大提升，同时极大地提升了市场竞争力。

5.精细化工自动化控制的发展趋势

虽然自动化控制系统在精细化工行业中的应用得到了很大改进，但整体自动化程度还不高，仍未能满足企业对高精度控制的要求。因此，企业必须加大投入，开发更先进的检测仪器，并采用自适应控制技术，以提升自动化控制系统的性能，能够按需及时调整自身生产工序和工艺弹性生产，从而实现精细化工企业对“安全、提质、降本、增效、环保”的实际需求，同时企业需要加强自身的技术能力，关注当前的技术发展情况，不断进行技术创新。严格遵守相应的行业规范及国家的各项规章制度和政策，做到可持续发展。随着科技的飞速进步，精细化工行业正朝着高科技、智能化的方向前进，而这一切都离不开现有的智能化系统的支持。近年来，由于手机互联网、机器人、人工智能不断升温，经济的全球化加剧了市场竞争，精细化工行业的智能化、无人化、柔性化必将成为未来发展趋势，这些趋势将进一步推动精细化工生产过程控制的自动化、高效化和可持续发展。