化工安全生產中的自動化控制技術

張海波

（淄博雷法耐火材料有限公司，山東淄博 256410）

自動化技術是指機器設備、系統或作業過程在無人或半無人模式下，按照既定程序要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現預期目標的綜合技術。化工生產中，多個因素可能導致安全隱患，這使得自動化技術的運用得到普遍關注，在現有技術上，嘗試予以分析，有助于技術的優化和推廣。

1 化工安全生產中的危險因素

1.1 原料危險

化工生產過程中，來自原料的危險最為直接，也最為普遍，如在化工企業生產過程中各種酸堿類化學品直接作為原料或者輔助介質用于生產，強酸和強堿的腐蝕性較強，可能導致設備損壞甚至人員傷亡。企業的日常管理工作以及主要技術人員進行現場巡檢，存在一定的危險性。其他化工生產企業也面臨類似問題，主要表現為原來管理方法滯后、原料本身危險性高、現場巡檢不到位等方面原因，這是后續工作中化工安全生產需要關注的直接問題，可控性也較高[1]。

1.2 生產加工危險

生產加工過程中的危險往往帶有隱蔽性，操作人員很難在危險發生前予以察覺和預處理，部分危險在發生早期也無法得到有效快速解決。如密封容器、壓力容器在長期使用的過程中受到機械磨損和化學品侵蝕作用，造成材料塑性和強度降低，并導致設備內部形成細小的裂紋等。在生產過程中，生產工藝參數的波動、環境突發變化等可能導致裂紋快速增大，導致危險化學品泄漏，影響生產環境安全，甚至有可能導致火災、爆炸等惡性人員傷亡事故。

1.3 故障處理危險

生產工藝及設備設施的故障排除帶有不確定性。此前的化工生產工作中，生產工藝及設備設施的故障處理需要借助工藝、設備、電儀等技術人員共同進行參與管理，了解故障發生的原因，給予逐一排查和處理，在此過程中，因故障原因尚不明確，操作人員可能在排除時出現受傷問題，而化工生產過程的復雜性，意味著故障類型多樣，排除和處理的時間也較長，降低了工作效率，也可能導致故障進一步惡化、蔓延，出現更多的安全隱患和危險。

2 化工安全生產中自動化控制技術的應用

2.1 應用架構和核心技術

自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面，其特點在于強調作業的主動性和持續性。在化工安全生產領域，自動化控制技術的應用架構主要強調構建穩定的拓撲結構、明確不同結構的功能，給予有效的邏輯控制。結合一般工作要求，拓撲結構可包括控制中心、執行單元、輔助結構、通信設備。各個部分以控制中心為核心，借助有線線路實現物理形式的連接，以物聯網為基礎和紐帶，實現自動化控制應用架構和其他管理人員、部門的實時關聯。功能層面，執行單元包括傳感器、終端處理器等，傳感器可收集化工生產過程中的各類信息，并借助通信設施將其傳輸給計算機，計算機作為控制中心主要工作結構，實現默認程序的執行和信息讀取，結合各類實時信息下達不同指令，計算機的指令由執行終端負責執行，如切斷電源，再由輔助結構提供幫助，如發出警報等。邏輯控制方面，主要借助PLC 邏輯控制器以及默認程序保證自動化作業有序性，使不同結構功能得到有效履行[2]。

2.2 自動化作業

化工安全生產中，自動化作業是自動化控制技術的主要運用模式，強調在原料配比運輸、生產加工等全過程中實現無人化和半無人化，極大降低了安全風險出現的可能。在化工生產活動中，企業的人、機、料、法、環等業務管理均可以信息處理為核心實現，自動化作業則涉及電子計算機、通信系統與控制等。以天然氣隧道窯安全控制為例，可采用由多臺具有高速處理大量信息能力的計算機，以及各種終端組成的局部網絡提供信息交互通道，構建局部物聯網保證網絡接口的專用性，在管理信息系統的基礎上提供決策支持系統，由計算機直接借助該系統進行作業，并記錄各類工作信息，為高層管理人員決策提供備選方案。在天然氣窯爐工作過程中，默認其內部溫度值為H，天然氣窯爐噴嘴出現故障或者天然氣壓縮空氣配比波動過大時，溫度將出現下降或上升，可圍繞其標準溫度H 出現波動，表現為一個具有模糊線性變化特點的數集，表現為：

[Hmix……H-3、H-2、H-1、H、H1、H2、H3……Hmax]

其中[Hmix、Hmax]代表天然氣窯爐的安全作業模式下的溫度范圍，借助溫度變送器可實時獲取天然氣窯爐溫度變化曲線圖，如果天然氣窯爐溫度超過[Hmix、Hmax]范圍，該信息可得到計算機的實時捕捉，無論出現了何種故障，計算機完成溫度異常的識別后，均可快速給出警報，提醒操作人員進行處理。在非故障狀態下，系統則根據默認程序進行作業，以控制中心控制主要工藝過程，其他輔助工藝和設備設施以設定的系統作業參數進行生產、供料。如設定系統天然氣窯爐作業負荷參數為80%，窯爐工作溫度1200℃，天然氣消耗量420m3/h，將對應參數代入計算機中，實現參數變更程序確認，待生產程序啟動后，計算機可控制系統作業負荷穩定在80%的水平，以5min 為間隔，保持窯爐工作溫度1180～1220℃有效工作范圍內持續天然氣供給，保證生產工藝的持續進行。該模式下，無需人員進行化工生產操作控制，或僅提供遠程控制即可，降低了生產全過程中出現事故的可能，提升了化工生產的安全性。

2.3 自動化分析和應急處理

采用自動化技術不僅可以將工作人員從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣危險的工作環境中解放出來，也能極大地提高勞動生產率，增強化工生產的安全性和綜合效率。以自動化分析和應急處理為例，在化工生產過程中，可能導致危險事故的因素多樣，出現的故障也不盡相同，常規進行人工分析，消耗較多的時間和精力，也面臨不可預知因素威脅。在自動化控制技術的支持下，可對分析工作進行時間和空間范圍的拓展。

如在原料配備環節、生產環境、產品控制環節，分別放置若干傳感器，設為1號、2號、3號等若干代號，進行對應環節安全管理。所有傳感器均以獨立線路進行工作，為保證信息傳輸和控制的獨立性，借助CAN 總線系統提供若干通信信道（有線），不同信道可單獨向計算機傳遞信息，假定生產環節出現問題，與該環節直接相關的傳感器可獨立將信息傳遞至計算機處，由管理人員根據編號信息鎖定故障發生的區域。傳感器所傳遞信息的具體類型，則能為故障診斷提供依據，如氣壓異常、電流異常等分別反映了密封設備、電力元件的故障等。應急處理方面，強調結合故障特點和類型給予服務，如密封設備出現氣壓下降，可初步判定設備出現孔洞、連接不牢固等問題，無論問題類型存在何種差異，均應首先進行作業中斷，并通過默認程序進行故障態勢實時記錄。當傳感器測出電流異常時，也首先進行作業中斷，記錄故障態勢信息。該模式有助于及時控制安全問題，也能夠為后續人員處理提供數據信息。應急處理完成后，人員可根據記錄信息和傳感器位置信息等進行針對性故障排查和處理，提升了作業效率，避免逐一排查問題導致的安全隱患，化工生產的安全性總體提升。

3 結束語

綜上，化工安全生產中，自動化控制技術的應用價值突出，且具有多樣的應用實現方法。在實際工作中，化工安全生產中的危險因素包括原料危險、生產加工危險、故障處理危險等。自動化技術的應用可應對上述問題，借助有效的應用架構和核心技術，可實現自動化作業、分析和應急處理，保證化工生產安全。