煤化工安全生产中机械自动化技术的应用

代智毅

（陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西延安 727500）

1 机械自动化技术在煤化工生产中的应用优势

（1）促进生产质量水平的提升。在传统的煤化工生产实践中，更多操作均需要人工完成，因此整个生产过程会受到更多人为因素的影响。例如，在进行生产原材料的人工配制中，难免会发生多配或是少配的问题，进而导致生产质量水平的下降。在煤化工生产实践中引入机械自动化技术就能够规避上述问题的发生，依托机械自动化操作替代人工操作，消除人为因素影响，保证煤化工生产长期规范、标准开展，从而达到维护、提升煤化工生产质量水平的效果。

（2）促进生产效率水平的提升。在机械自动化技术的支持下，煤化工生产可以持续24 h 不间断开展，且整个生产过程、机械设备均能够在实时监管条件下平稳运行[1]。相比于传统人工生产与管理，这种基于机械自动化技术的煤化工生产及管理效率水平更高，且能够实现对故障问题的及时、迅速处理，达到整体提升煤化工生产效率的目标。

（3）促进生产安全水平的提升。机械自动化技术在煤化工生产中的应用能够减少生产现场的人员数量，可以实现对整个生产过程以及所有机械设备的运行安全监管，发现故障问题后能够自动完成故障分析，向相关人员输出故障信息，并及时停止设备运行，能够体现出对生产安全的有效维护。

2 煤化工安全生产中常见的机械自动化技术要点分析

2.1 信息自动化技术

设定信息技术程序，促使煤化工生产机械设备可以在预设程序的指导下安全、自动化运行。此时，需要提前落实对生产与设备运行程序的设定，包括机械设备的工艺数据设计、工艺辅助设计、数据库管理等，将技术参数插入机械自动化生产实践中，保证所有机械设备始终在符合相关程序要求以及技术参数要求的条件下自动运行。依托信息自动化技术的利用，能够加速先进技术整合应用，推动煤化工生产一体化，促使信息数据的收集速度以及利用率有所提升，保证在管理信息系统、安全技术信息系统的综合管控条件下实现煤化工生产质量与效率水平的提高。

2.2 机械智能化技术

依托信息系统提前设定的技术参数，整合人工智能化手段以及机械自动化手段，完成对煤化工生产的管控，促使机械设备自动化运行与自我管控成为现实，而这一目标的实现就需要机械智能化技术的支持。相比于传统的人工运算与管控而言，机械智能化技术在煤化工生产与设备管控中所显现出的反应速度与精准程度更理想，提升了机械自动化生产的灵活性水平以及安全性水平，有效规避人为因素对煤化工生产所造成的影响。同时，机械智能化技术在煤化工安全生产中的应用也促使生产资源利用率、生产经济效益有所提升，为智慧煤化工企业的建设提供支持。

2.3 机械管理自动化技术

在应用机械自动化技术展开煤化工生产过程中，生产设备运行参数的设定以及生产参数的保存均需要计算机完成，以此助推生产设备运行数据管理的自动化落实，结合数据库内保存参数的对比，可以更为直观、明确地反映出当前煤化工生产状态以及生产设备运行状态[2]。结合对设备生产运行数据的收集与研究，对比使用者反馈情况，在数据库内迅速完成对现存问题的挖掘与定位，及时制定并落实问题处理方案，从而达到提升煤化工生产质量水平的效果，促使机械管理自动化成为现实。在基于机械管理自动化技术的煤化工生产实践中，需要同时应用计算机自动化控制以及人工辅助选择，以此实现对不同生产需求的应对与满足；通过柔性机械管理自动化的落实，可以结合现实情况完成对生产程序的灵活调整与运用，支持大规模生产，并体现出对煤化工生产质量水平以及实际效率的有效维护。

3 机械自动化技术在煤化工安全生产中的具体应用

3.1 煤化工生产线中的直接控制

通过在煤化工生产中引入机械自动化技术，不仅可以实现对生产安全与效率的更好维护，还能够完成对煤化工生产线的直接控制，支持煤化工生产线智能化建设。先进控制系统是机械自动化技术支持下对煤化工生产线进行直接控制的常见系统，实现对煤化工生产线的智能控制，解放相关人员的“双手”。先进控制系统使工作人员从传统被动应付平稳生产的繁琐操作行为中抽身，集中于思考提升装置运行品质。实现大规模生产，并确保最高水平的生产效率，促使煤化工企业从传统的关注装置运行平稳的监控模式向监视装置运行状态模式转变、从过程实操模式到系统监视模式转变、从传统的关注过程平稳运行向致力于思考提升装置经济运行模式转变。例如，依托PID+APC+一键负荷升降组合技术的应用，可以从回路级、单元级、单元间逐级提升装置自动化水平，在平稳优化控制的基础上进一步提升，建立跨区域、跨控制器关联模型及关联约束策略；实现全装置物料、能量关联解耦，达到全工况负荷自动升降，自动跟踪优化控制，提升装置运行品质，形成了高度自动化操控中心。

另外，通过机械自动化技术与信息技术等先进技术的综合应用，能够搭建起煤化工安全生产标准化信息管理系统，进一步加强安全生产标准化管理体系建设，促进工业互联网和信息管理技术在安全生产中的融合应用，实现矿井安全生产标准化管理体系规范化、基础数据标准化、管理流程信息化、现场管控智能化、考核评价自动化、监督管控全程化、工作改进持续化，全面提升安全生产标准化管理水平。煤化工安全生产标准化信息管理系统在直接控制煤化工生产线中也能够发挥出较好作用，助推煤化工安全生产的升级。

3.2 急停控制系统的应用

煤化工生产复杂程度相对较高，多种因素均有可能对煤化工生产造成影响，并引发安全事故[3]。诚然，依托事故应急处置的实施能够实现对煤化工生产过程中安全事故发生概率及其影响程度的降低，但是这样的操作无法保证在发生安全事故的第一时间就实现故障定位与处理，最终使得引发的负面影响或损失增大。为避免上述问题的发生，机械自动化技术在煤化工安全生产中的应用受到更多关注，依托急停控制系统的构建与应用，能够达到消除上述问题发生的效果，有效防止安全事故危害持续扩大。

在急停控制系统的支持下，一旦发现生产设备运行情况未达到煤化工安全生产水平以及相关质量要求时，能够迅速向工作人员发出提示，并第一时间组织更新换代，体现出对煤化工生产安全性以及效率水平的有效维护，延长煤化工生产设备的实际使用年限。同时，在发生突发事故问题的条件下，急停控制系统还能够迅速完成对相应故障生产线运行的暂停，避免事故危害进一步扩大，隔绝事故发生位置与其他煤化工生产设备。而在完成对相应事故的处理后，可以利用急停控制系统将相应生产线（设备）由暂停状态恢复至正常运行状态，防止煤化工生产线与生产设备的长时间停运。

3.3 实时故障检测系统的应用

通过在煤化工生产中引入实时故障检测系统，能够推动煤化工生产的安全性与可靠性水平，依托机械自动化技术等先进技术的综合利用，迅速挖掘与精准定位煤化工生产线或是相关设备的突发性故障问题，提示相关人员第一时间组织处理，支持煤化工生产长期安全、平稳展开。

为保证煤化工生产的安全性，必须要定期针对生产中使用的所有机械自动化设备实施检查，落实故障隐患排除。但是，由于在实际煤化工生产中所应用的设备较为多样，且结构复杂性明显，因此单纯依赖人工巡检难以最大程度实现对其安全性的维护，也无法及时展开对相应生产设备故障问题的判断，从而导致设备安全性下降。出于规避上述问题的考量，搭建并引入实时故障检测系统是必然选择，实时收集生产设备运行信息，结合传感器将信息传递至控制系统内综合分析，及时落实运行异常问题与事故的判断，并同时发出预警提示信息，指导相关人员完成故障处理方案的迅速、准确、科学设定并投入故障排查处理工作中，减少或避免故障维修期间停机，体现出对煤化工生产安全、高效的更好维护。

需要注意的是，为确保实时故障检测系统能够在实际的煤化工安全生产中得到深入应用，提高煤化工安全生产中机械自动化技术的应用程度，需要在引入实时故障检测系统的同时，针对该系统的应用展开培训。在此过程中，应当安排行业专家从实时故障检测系统功能设置操作规程：实时故障检测系统使用操作，设备安装、设置、维护，实时故障检测系统及监测仪器使用管理规范以及现场操作注意事项；实时故障检测系统常见故障判定及故障排除方法；各类传感器调校方法及规范；各类传感器的性能及故障判定、排除方法；管线敷设、吊挂标准；监测监控设备、设施及各类传感器，入井使用前测试、检测、调试规范[4]；线缆保护安全技术措施等方面全方位、系统、详细的讲解实时故障检测系统使用、维护、管理，保证相关工作人员切实了解实时故障检测系统功能以及使用技巧，提升煤化工生产的安全性与可靠性水平，避免在实际的煤化工生产期间发生更多、更为严重的故障问题。

3.4 安全仪表系统的应用

安全仪表系统在煤化工安全生产中的投放与应用，能够依托串行通信将数据和警报有效地传输到相关的控制系统和操作员工作站，并将有用的诊断信息发送到控制层，保证相关管理人员能够迅速、准确地掌握生产现场信息，并支持对误跳闸的有效规避。对于安全仪表系统而言，其普遍基于完全的三冗余（TMR）架构，包括控制器、输入输出模块和通讯，最大限度地兼顾安全性和可用性，可为机组和装置提供高可靠的安全和关键控制一体化解决方案，对煤化工行业发展具有重要意义。

在进行安全仪表系统的构建过程中，需要引入更为先进的控制算法，着力完成更为开放的软件操作平台建立，提升系统的安全性、可用性以及可维护性，重点为煤化工安全生产中所使用的机组、装置等提供安全保障。安全仪表系统具有以下特点：

（1）容错控制系统。安全仪表系统的硬件具备较高的诊断覆盖率，无单电故障且支持在线维护工作。

（2）更短扫描周期。安全仪表系统主控制器的扫描周期最小可以达到5 ms，系统整体的响应时间长度最小可以达到15 ms 的水平。

（3）多任务。在安全仪表系统的实际运行过程中，能够在同一套系统内同时完成快任务以及慢任务。例如，ESD 任务周期为100 ms，机组控制任务周期为20 ms。

（4）智能仪表集成。在安全仪表系统内包含着AO 模块以及AI 模块，支持在系统内部完成对ART协议的解析，且不需要额外引入其他设备；HART 信号分配、协议转换以及安全仪表系统物理上融为一体。

（5）信息安全。所有投入煤化工安全生产中的安全仪表系统，均需要符合ISAEDSA 以及IEC62443标准信息安全要求，在必要条件下，相应系统也需要通过国际权威机构SLI 认证[5]。

（6）电能质量监测。对于安全仪表系统中的机架内电源模块而言，其可以完成对电网电能质量水平的实时性监控，并自动在非易失性存储器内落实对相应监测结果的统一存储；主控制器周期性实施对监测结果的读取，并在上位机中实现对监测结果的显示。

（7）独立超速保护模块。安全仪表系统内设有独立的超速保护模块，相应时间始终维持在不超过12ms 的水平，切实满足AP1670要求。

4 结束语

机械自动化技术在煤化工生产中能够发挥出较为明显的应用优势。生产实践中，信息自动化技术、机械智能化技术、机械管理自动化技术等技术的综合应用，支持着生产质量、效率以及安全水平的提升，实现对煤化工生产过程以及所有机械设备的自动化、智能化管控，推动着煤化工生产与管理工作的升级。