化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造研究

濮文均

（邁克斯〔如東〕化工有限公司,江蘇 南通 226000）

化工企業在發展的過程中，容易受到來自資金、人才、政策等方面的影響，導致各類化工企業之間在工藝生產方面存在一定差異[1]。差異最為明顯的屬中小型企業，由于資金限制導致工藝落后，自動化水平較低，因此也間接增加了危險系數與事故發生的概率，中小型化工企業更應該在安全生產方面加以重視[2]。因此，化工企業在整個生產過程中，需要提高設備的自動化控制水平，利用先進的自動化控制技術與安全聯鎖設計，提高化工生產中的自動化控制水平，通過改造安全聯鎖功能提升化工企業的安全性，保證化工企業的安全穩定運行。

1 HAZOP技術的應用

1.1 HAZOP技術

隨著計算機技術的不斷發展進步，為了進一步提高精細化生產的水平，實現對生產過程的監控，讓整個生產過程可以實現自動化和智能化，對工藝生產的過程進行自動化控制已經成為當前最具安全性的工藝危害控制技術。HAZOP技術主要對生產裝置的工藝以及操作步驟進行研究，通過引導詞對過程中的工藝變化進行確認，并找出生產裝置中存在的危害因素，從而分析產生偏差的原因，提出評估風險等級與安全控制措施。常用的HAZOP分析工藝有溫度、壓力、流量、攪拌速度等[3-4]。在精細化生產裝置中，分為兩種生產方式：間歇生產和半間歇生產，當遇到突發狀況時要考慮操作步驟是否發生變化。HAZOP技術在我國化工行業得到了廣泛應用和推廣，在識別、分析和消除精細化生產中存在的危險方面具有較高的水平，可以起到保證安全生產的作用[5-6]。

1.2 HAZOP技術在精細化生產中的應用

在使用HAZOP技術對生產裝置進行工藝危害分析之前要進行準備工作。建立HAZOP技術分析小組，明確工作職責，分析小組選擇一位組長作為代表；收集HAZOP技術所需資料，基本資料中包含帶控制點工藝流程圖（P&ID）、裝置設備和管道布置圖、操作規程、說明書等；確定分析的范圍和目標，對于具有連續性的工藝，HAZOP技術要劃分分析節點，對于連續的工藝操作，HAZOP技術分析節點作為工藝單元存在；對于間歇操作過程，HAZOP技術分析節點作為操作步驟存在。通過分析帶有危險因素的工藝節點或者操作步驟，將它們劃分成若干個分析節點，便于后期的分析與使用。

隨著計算機技術的不斷進步，為了提高精細化工生產的安全水平，實現對生產過程的精細化控制，讓生產過程可以更加智能化，可以通過自動檢測與控制的方法，對生產過程的運行情況進行檢測，減少生產過程中存在的工藝危害。目前，設置生產工藝過程的自動化控制系統，已經成為化工企業生產過程中最可靠和有效的工藝危害控制技術。自動化控制系統采用一些自動控制裝置，對企業生產中的一些關鍵參數進行控制，當這些參數受到外界的干擾影響后，會偏離正常狀態，通過自動控制裝置，可以自動調節并回到工藝所要求的范圍內。精細化工行業中最常見的自動化控制系統從功能上進行劃分可以分為過程控制系統和過程安全保護系統，過程安全保護系統的安全等級高于過程控制系統。對于精細化工生產，加強工藝過程中對于危險因素的識別、評估與控制，是實現安全生產的關鍵，采用HAZOP技術對工藝流程與操作步驟存在的因素進行分析，可以促進精細化工生產裝置自動化的建設。

2 危險工藝磺化反應裝置安全控制

2.1 安全控制的基本要求

磺化反應是一種危險化工工藝，表1為磺化工藝HAZOP技術分析，其風險程度超出了人工的能力范圍。

表1 磺化工藝HAZOP技術分析表

2.2 監控系統設計

2.2.1 化學反應特點

磺化反應屬于放熱反應，為了提高反應度，可以在甲苯中加入濃硫酸，將磺化水移出釜，反應公式為：

工藝具有的危險特點為：易燃、易氧化、易腐蝕。硫酸溶于水后放熱，體系溫度升高；甲苯與硫酸發生反應后也會使體系溫度升高。如果投放順序錯誤或者攪拌速度不勻，都會造成反應溫度的異常，從而發生火災甚至爆炸。

2.2.2 監控設計

監控設計主界面如圖1所示。

圖1 監控主界面

監控主界面中，有安全操作規程的順序展示圖，根據工業生產與人身安全的需求，對甲苯原料/硫酸原料的流量、磺化釜的溫度設置高低限制，如果超出限制范圍就會發出紅色警示，提醒工作人員進行檢查。

3 化工企業危險工藝自動化控制及安全聯鎖改造

3.1 常用的自動化控制及安全聯鎖方式

3.1.1 可編程序控制器

可編程序控制器可以通過自身的編程環境實現數字化和信息化，并對整個程序進行有效控制，從而幫助程序更好地執行自身任務，保證化工裝置自動化生產的有效進行及安全聯鎖控制。一般應用于成套設備控制中，可以完成一些邏輯簡單且任務量小的功能。

3.1.2 DCS集散控制系統

系統中所有的開發、測試和運行都需要通過DCS集散控制系統完成，當然也離不開操作系統、運行環境、測試工具等軟件支持。在操作站中運行一些功能性軟件時，可以讓DCS更加完善，保證數據庫操作的實時性。自動化生產的現場控制也需要通過DCS實現，其框架組成如圖2所示。

圖2 DCS系統組成框架

3.1.3 ESD緊急停車系統

生產理念的更新，使得ESD系統的相關配置也需要更新，提升性能，完成功能復雜化的轉變。一般情況下EDS系統處于靜態，不會參與到生產中。當發生緊急情況時系統會發出聯鎖信號，隨后系統中的運行裝置和設備會根據發出的聯鎖信號讓設備進入到安全保護狀態，起到一定的安全保障作用，降低危險系數。

3.2 化工企業危險工藝自動化控制的具體應用

3.2.1 聚合反應器

自動化控制系統應用于聚合反應器中，其作用是為了更好的平衡壓力，并實時監測聚合反應器的壓力狀態，以保證聚合反應器的安全穩定運行。如果生產過程中出現超壓，自動化控制技術會立即關閉進料口，并及時加入聚合反應終止劑等，開展補救措施，保證生產安全。通過與其他系統關聯后，自動啟動冷卻功能，實現自動卸放功能。

3.2.2 化學反應器

化學反應的過程會釋放一定熱量，特別是化學反應器所含危險系數較高，因此對工藝的參數設置十分重視。對化學反應器進行安全聯鎖設置，可以起到一定的保護和預防的作用，讓工作人員可以及時了解生產情況，保證自身安全。應用自動化控制技術，可以嚴格控制化學反應器的流量和溫度，對所需材料和參數設置進行嚴格把控，最大限度地降低危險系數。通過自動化控制技術對化學反應器的溫度進行監測，并實時對比溫度的變化情況，一旦發生異常立即停止工作。

3.2.3 蒸餾塔

蒸餾技術是混合液分離提純工藝的主要技術，采用自動化控制的方式，對蒸餾塔進行實時監控，可以及時發現蒸餾異常，保證生產安全。

3.2.4 換熱器

冷卻器和冷凝器是最常用到的兩種換熱器設備，自動化控制技術可以自動調節溫度參數，對有效傳熱效果進行調節，并根據工藝的物料溫度完成對載體流量的調節。

3.2.5 危險物料儲罐

設計危險物料儲存設備時，要嚴格控制儲存設備的液位、壓力以及溫度，如果指標超出設定值，要立即中斷。在儲罐頂部設置氮封裝置和噴淋水裝置，可以起到一定的降溫效果，預防設備出現泄露；在設備的隔堤內設置報警檢測器，但凡發現設備周圍存在有毒氣體或者易燃裝置，立即觸發警報；在生產中配置滅火裝置，發生火災后可以及時進行滅火。

3.3 化工機械設備與電氣自動化控制的有效結合

3.3.1 實時監測與故障診斷

化工企業在生產的過程中容易受到很多危險因素的影響，因此，對生產過程中的工序進行嚴格把控，可以保障生產的各個環節穩定運行，對化工企業生產能力的提升有很大幫助。利用監控系統，對生產的各個環節進行監測和控制，實時調整數據，使其可以符合生產需要。化工企業在生產過程中，結合電氣自動化控制技術，對整個系統的運行情況進行監測，及時處理運行中發生的問題。對化工生產技術人員的專業性也要加強管理，在實際的監督管理工作中，化工生產技術人員要嚴格遵守監督管理的相關規定，對技術控制的實時要點進行掌握，以保證機械設備的運行質量。化工企業的管理人員更要對生產運行中的實際情況進行掌控，努力提高自身的管理能力，才可以準確處理自動化系統中存在的數據異常問題，保證自動化應用過程中的有效性。

3.3.2 維護緊急停車系統的運行

停車系統中的運行控制技術具有保障功能，對于整個化工生產安全的維護非常重要。現有的化工生產技術為了保證化工生產的效益，需要根據生產情況有目的地對停車系統的控制能力進行改進和維護，以最大化滿足整個控制系統對于技術的要求，保證停車工作的順利進行。整個系統控制中，最關鍵的就是自動化控制系統，監督管理者進行工作過程中，可以通過自動化控制系統實時監測數據，對整個生產運行過程進行掌握，通過精準的數據對整個系統進行控制，以提升系統的運行能力。化工企業在生產的過程中，為了保證停車系統的正常工作，要與系統運行控制操作中的具體需求進行有效結合，對停車維護系統進行整合，為整體生產能力的提升奠定基礎，為企業的整體發展奠定基礎。

4 結語

從實際應用的角度進行分析，通過對當前化工企業存在的危險因素進行討論后，采用自動化控制方式及安全聯鎖優化，對安全聯鎖完成改造，可以極大地提高化工企業的生產安全性，避免發生安全事故。自動化控制技術的合理運用，有利于幫助企業提高生產效率，保證生產質量。同時，對化工產品的整個生產流程完成安全聯鎖優化，可以促進企業經濟效益的提升。