化工行業控制系統安全故障應用實踐

劉慧芳　李尚昆

摘 要：隨著國家的發展，能源消耗不斷增加，現代生產技術的可持續發展，化工行業對安全生產的要求逐年提高。安全生產是現代化工生存和發展的必要基礎，也是構建和諧社會、實現全面小康社會的重要保障。本文針對化工行業安全生產的問題進行了簡單分析，并對當前化工行業控制系統安全故障工作中存在的問題進行簡單描述。

關鍵詞：化工行業;控制系統;安全故障;應用

0 引言

化工生產行業風險高、工藝流程復雜、操作要求嚴格且伴有易燃易爆、有毒有害等特點，稍有疏忽，則會在生產過程中引發嚴重的安全事故，造成經濟損失，危及生命安全，也會破壞周邊環境，對居民的正常生活產生負面影響。因此，新時代背景下的化工企業必須要從根源上降低安全事故的發生幾率，根據實際生產情況，結合不斷優化的工業控制系統，確保整個生產過程“安、穩、長、滿、優”運行。

1 化工行業常見的安全隱患

1.1 產品材料的安全隱患

化工行業在工藝生產過程中往往涉及到多種易燃易爆炸、有毒有害的介質，比如各種氣體、粉塵、催化劑、化學材料及其衍生物，在工藝操作過程中，要嚴格按照操作規程執行，有關生產技術人員需要小心謹慎對待這些化工介質，避免威脅自身安全。另外，在提煉加工原油的過程，為了保證一定的純度和成功率，不得不用到一些具有腐蝕性的物質，甚至有部分帶有一定的毒性。眾多安全事故發生的根源正是因為沒有正確妥善處理這些物質。技術人員和生產人員必須保證整個過程毫無紕漏，做到萬無一失。

1.2 生產設備存在的安全隱患

化工生產過程有很多化學反應和物理變化，這些過程往往是在高溫高壓條件下進行的，這對設備要求極高，也需要一定的外部條件來運行。而且，由于化工產業生產規模龐大，生產體積和反應材料數量較大，大大增加了設備運行壓力。生產設備長期處于高負荷環境使得機械內部零件壽命縮短，容易出現故障，技術人員需要及時維修和保養，排查有關問題。不僅如此，生產人員錯誤的操作指令也會給機械設備帶來損傷，機械設備運行不當導致后期安全事故發生幾率增長。

1.3 生產過程中的安全隱患

化工生產本身存在眾多不可預測的反應因素，在生產過程中由于各種物質不穩定性和苛刻的生產環境，很容易在生產過程中因各種條件沒有控制得當或者反應具有的副反應副產物等原因，造成火災等事故。除了生產過程中的反應帶來的安全隱患外，其他環節的疏漏也能造成一定程度的危害，比如存儲甲醇的甲醇罐進出口閥門管理不當造成泄漏，或者運輸中出現泄漏造成環境污染產生隱患等。一旦化工事故發生，不僅損失的經濟效益很難挽回，也會造成一定的人員傷亡，還會導致環境污染。

2 化工行業控制系統的優化

2.1 CPU負荷的優化

化工裝置常采用分布式控制系統架構，CPU負荷率非常高，有些生產單元甚至超過了70%，嚴重影響正常生產。通過增加控制器的方式對其進行優化，且控制器冗余配置，每套控制器可獨立運行，避免控制器出現故障導致工藝停車。每對控制器為熱備工作狀態，主控制器出現故障，備用控制器立即啟用。現場巡檢過程中如發現CPU負荷率過高，可通過在線切換控制器的方式降低負荷，滿足現場工作要求。同時在系統設計階段，通過計算控制器負荷，合理分配I/O點數，控制器負荷一般控制在50%以下。

2.2 通訊方式的優化

控制系統的聯鎖保護采用硬接線的方式，取代原來控制器之間通過通訊的方式進行的聯鎖控制。對于參與緊急停車的控制信號，采用“一進兩出”安全柵，既減少了系統配置，節約經濟成本，也增加了信號傳輸的可靠性和安全性，從而保障了現場的安全生產。

2.3 重要壓縮機組的系統配置

大型設備、大型壓縮機組通常是化工工藝的關鍵設備，大型壓縮機組的正常運行是保證工藝流程連續運行的關鍵節點，因此，對于大型設備、大型壓縮機組，一般單獨配置控制系統，增設工程師站和操作站，獨立完成機組運行，達到“集中操作、分散控制”的目的，給操作人員提供了更加安全可靠的監視控制功能，更好地實現遠程控制。目前國內大型壓縮機組一般采用ITCC三重化冗余控制系統，每套CPU可獨立運行，通過“三取二”表決器輸出結果。同時對于導致聯鎖停車的信號，通常分配三個獨立的信號通道進行“三取二”聯鎖模式，從控制系統的角度減少了故障信號導致停車的幾率，提高安全生產。

2.4 控制功能的優化

在中央控制室設置輔助操作臺，增設緊急停車按鈕，同時設置遠程I/O站，更好地滿足了遠程緊急停車控制功能。其次在操作畫面上設置了操作權限，針對不同的控制功能確定不同的權限級別，保證了人員操作的可靠性。

2.5 控制系統UPS電源的配置

針對目前主要存在的多套控制系統共用一套電源系統、個別控制系統的電源系統的配置結構未實現冗余配置、個別控制系統的電源系統的切換時間未達到規定切換時間以及電源系統的工作方式、狀態、報警等未進入控制系統等問題，提出了綜合改造方案，首先配置兩路UPS電源和一路市電，兩路UPS電源實行無擾動切換控制，其次對UPS電源的工作狀態和報警狀態進行實時監視，同時根據UPS電源的負荷分配控制系統負荷，保證了控制系統電源的雙路冗余配置及電源之間的相互獨立。

2.6 邏輯控制的優化

邏輯控制的主要功能是對化工工藝生產過程進行控制，根據實際生產經驗和工藝控制要求，不斷改進、優化控制程序，滿足工藝控制要求，實現自動化控制。

3 新形勢下加強控制系統安全保障措施

3.1 管理體系建設

①在設計控制系統的過程中需要遵循設計規范，以專業的手段來統一企業內部網絡、工業控制等，展開相關工作;②設計人員必須嚴格遵循國家法律法規，如工業控制系統信息安全行動計劃等，以這些標準規范來優化實際工作流程，并結合化工行業發展現狀與戰略發展方向，加強遠程監視、安全防護、環境監測等功能，在此基礎上全面實現規范化管理。

3.2 技術體系建設

①結合實際情況完善化工企業工業防火墻，對整個網絡協議展開精準全面識別，從根源上過濾安全隱患。因控制系統內部存在一定安全威脅，故設計過程中需要重點突出生產操作的科學性以及合理性，給予相匹配的操作權限，營造良好的系統運行環境;②根據企業實際業務需求，建設控制系統測試床，使病毒庫、修補補丁等可在測試床上進行更新，若是驗證通過，則正式應用至系統運行當中;③設置病毒庫升級服務器、身份驗證平臺等，以這些系統實現安全防護，并及時更新數據信息，采取適宜的措施修補安全漏洞，進而促進工業系統良好運行。

4 結語

綜上所述，新形勢下加強控制系統安全保障對推動化工企業長遠發展有著極為重要的作用。因此，作為一名化工人員，應充分了解目前化工行業控制系統存在的隱患，并從多個方面做起，優化并完善控制系統安全保障措施，確保核心設備穩定運行，從而進一步推動化工產業發展。

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