化工企业危险工艺自动化控制及安全连锁改造

刘祥海

（广东好顺欧迪斯科技股份有限公司，广东深圳 518000）

在化工企业的日常生产过程中，会有很多具有较高危险性的工艺流程，为了降低生产中可能出现的意外，需要对化工生产装置进行控制和改造，否则，一旦出现意外，企业会蒙受损失，对于企业员工的生命健康则会造成严重的威胁，无论是对于企业还是对于员工，都需要付出巨大的代价，因此，在化工企业中开展自动化控制和安全联锁装置的改造是非常重要的。

1 化工企业危险工艺的内容和现状

1.1 危险工艺的现状

化工行业一直都是一个危险性比较高的行业，近些年随着互联网的普及，经常可以看到化工企业由于安全事故造成重大人员伤亡和财产损失的报道，因为生产的特殊性，化工企业一旦出现泄漏或者生产事故，都会对环境和人员造成严重的影响，尤其是对于环境造成的影响，有毒有害物质对生态循环造成的危害持续时间是很长的，所以，在化工企业的日常生产中加强安全管理，对危险工艺进行细致的分类并制定相应的安全防护规范和设置安全防护装置，对于提高化工企业的整体安全性和生产效率都有着很大的帮助。

目前，我国一些大型化工生产企业已经意识到了化工安全生产的重要性，对于一些具备强放热性质的工艺所涉及的生产设备，都进行了自动预警装置的安装，一方面大大提升了生产设备的安全性，另一方面也会推动我国针对化工生产设备自动化控制相关标准的完善，这得力于参与危险工艺自动化改造工程的管理人员与工程技术人员，他们在对设备进行改造的过程中，发现了很多我国在生产设备自动化控制方面存在的不足，由于缺乏相应的标准，在具体工作的过程中难免出现技术上的问题，通过讨论和解决，对于我国下一步完善相关技术标准有着很好的参考价值。

1.2 危险工艺包含的内容

化工企业危险工艺主要包括生产装置和存储装置两方面。生产装置主要包括一些涉及硝化反应、氯化反应等具有较强反应性或者需要在高热、高压等极限条件下反应的危险工艺装置，这些装置的稳定性和安全性都会直接关系到化工生产的安全；存储装置主要包括一些装有易燃易爆等危险化学品的储罐以及储罐大量放置的区域，很多安全事故的发生都是危险化学品的储藏不当造成的。

在化工生产中，原料的运输和储存都是非常重要的，尤其是一些储存有高温、高压气体的装置，一旦达到化学品稳定储存的临界值，很有可能出现爆炸，其中，危险性最大的就是气体的物料，在运输、储存、生产中都很容易在容器或者运输管道中由于外界环境的变化而出现泄漏或者爆炸，造成严重的化工安全事故。

当危险气体出现泄漏时，很有可能造成管道的腐蚀，一旦与其他危险气体或者化学品进行混合，混合物的稳定性就很难确定，极有可能在正常的环境中也出现爆炸等安全事故。

2 化学危险工艺中常用的自动化控制方式

2.1 安全联锁和自动化控制的作用

化工生产和化学品的储藏都具有很大的危险性，除了化学品本身的性质，化工生产中的高温高压环境都是造成安全事故的潜在因素，而且化学品一般都具有一定的腐蚀性，时间久了，都会对管道或者储藏装置、反应装置等造成不利影响，但是这些工艺要求不能随便更改，否则无法完成正常的化工生产，因此，通过计算机技术对整个化工生产进行自动化控制可以解决这些棘手的问题，通过自动化技术可以实现对整个生产流程的动态监控，降低由于人为因素造成的影响，而且自动化控制可以对生产设备的具体情况进行及时检测，保证设备的稳定性和安全性，为化工生产的安全提供有效的保障。

2.2 安全联锁和自动控制常用方式

化工危险作业设备的安全基本规范就是建立流量、压力、温度、联锁停车、自动报警，目前的自动化控制工艺主要包括以下四个方面：①可编程控制器，简称为PLC，主要应用在顺序控制和逻辑控制当中，它的应用是为了取代传统工艺中的继电器，在生产过程的控制中发挥了巨大的作用。②分布式工业控制计算机系统，简称DCS，这个系统是自动控制能够良好运行的核心之一，通过该系统可以对整个生产过程中的操作中心、采集点、控制点等进行分散控制，提升控制的效率和准确率，保证生产流程的有条不紊。③现场总线控制系统，简称FCS，该系统在目前的化工生产中已经得到了广泛地使用，但是仍然有待开发和探索，是整个工业领域未来发展的重要研究方向，它的使用对于降低工业自动化系统中出现危险的概率有着重要的作用。④总线工业控制机，简称OEM，配置工业控制机结构的时候具备十分方便、配置灵活、集中控制、适应性强等特点。

3 化工危险工艺自动化控制的实际应用

3.1 自动化控制在化学反应器中的应用

化学反应器在整个化工企业的正常生产中都有着较高的安全隐患，在工艺流程中需要对温度、液位、流量等因素进行严格的控制，一旦这些参数出现问题，很有可能造成反应器的损坏和化学品的泄漏，进而出现安全事故，所以化学反应器在实际应用的过程中，其工艺控制是非常复杂的。为了保证其稳定性和安全性，必须装设一定的报警装置和安全联锁装置，目前针对反应器安全使用到的自动化控制技术主要包括以下几类：

（1）针对化学反应器流量的控制，在实际的化工生产过程中，任何工艺都需要固定的配料比，只有保证配料比的正常，才能按照既定规划完成化学反应，这就需要对化学反应器的流量进行严格的控制来实现，自动化控制技术的使用可以通过计算机技术和控制技术对反应器内部流量的实际情况进行实时监控和及时调整，使流量控制更加精确，避免由于监控不到位或者人为失误导致的安全事故的出现。

（2）对反应器温度进行控制，通过自动化控制技术可以对反应器内部的温度进行自动调节，当温度出现异常时，自动化控制系统会将反应器正在进行的反应进行紧急切断，保障反应安全。

3.2 自动化控制在聚合反应器中的应用

聚合反应器同样是化工生产中一类重要的装置，其中采用的自动化控制系统基本原理和功能与化学反应器基本一致，但是在聚合反应器中使用到的自动化系统还需要对反应器内部的压力进行动态监控和调节。当反应器内部的压力出现异常，例如超压时，传感器可以将信号迅速传输给自动化控制系统，通过系统的控制，可以及时采取一系列应对措施，通过控制安全联锁将进料口迅速封闭，切断化学反应的继续进行，然后通过泄压系统降低反应器内部压力，进而实现对反应器的安全控制，降低生产过程中出现安全事故的概率。

3.3 自动化控制在蒸馏塔中的应用

蒸馏塔是化工企业中最常见的基础设施之一，通过蒸馏塔的化学工艺，可以将两种以上的沸点存在较大差距的混合液体进行分离，提升液体的纯度。蒸馏塔运行中的主要参数包括进料量、馏出量、釜液量、冷却量、加热量、回流量等，通过自动化控制系统的应用，可以对蒸馏塔运行过程中的压力、塔釜液位、进料量、产品量、回流罐液位、回流比等进行监测和控制，保证蒸馏塔的实际运行效率和安全性。

4 自动化控制及安全联锁改造

4.1 进行定量与定性分析

化工企业中针对危险工艺进行自动化控制的过程具有复杂、高技术含量等特征，想要保证自动化控制系统的正常进行，必须以准确的热力学和动力学数据以及参数作为基础，优化自动化控制系统的设计方案，对于危险工艺中的强放热单元，要根据热力学数据计算出反应所释放出的热量，在动力学参数无法确定的情况下，可以通过参考类似的反应模式，在能量衡算的基础上进行相应的动力学模型的构建，在动力学模型中寻找安全性和稳定性最高的操作区域，遵循这样的流程，才能保证自动化控制的准确性。针对一些非正常状态下可能出现燃烧、爆炸等事故的装置，无法进行准确的动力学模型的构建和热力学计算，只有根据实际的生产状况进行危险性的评估以及安全隐患的分析，找出可能引发安全事故的参数，对这些参数的控制进行特定方案的设计。

4.2 对相邻生产单元内部元素状况的整体性分析

化工企业危险工艺可以采用DCS系统进行处理，但是其相邻单元的系统处理对于企业生产来说依然是一个难题，针对这个问题，可以采用对生产车间的整体调整来进行解决，将危险单元尽量设置在厂区的边缘位置，并且分布尽量保持集中的情况，最大限度降低危险单元与其他单元的接触，最好可以采用一定的隔离措施使危险单元与相邻单元之间存在一定的缓冲区域。

4.3 调整安全操作规程和安全管理制度

在化工企业生产过程中应用自动化控制和安全联锁改造后，操作和管理人员需要重点关注和记录的参数相较于过去都会出现明显的改变，因此，企业需要将过去的工艺流程、安全规范、管理制度等都根据实际情况进行调整，保证自动化控制系统的正常运行以及安全联锁装置维持在稳定状态。

5 结语

由于行业本身的性质，化工行业在日常生产过程中很容易出现安全事故，造成重大的经济损失和人员伤亡，因此，需要进行危险工艺的自动化控制和合理使用安全联锁装置来降低出现事故的概率，提升化工产业的安全性，保证化工生产持续稳定地开展。