化工安全生产中智能化过程控制的应用及优化

孙乐朋，陈泰利，张磊

(1.青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司，山东 青岛 266555；2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司海洋采油厂，山东 东营 257000；3.东营港有限责任公司，山东 东营 257000)

0 引言

随着我国经济的迅速发展，对化工产品的需求越来越大，化工企业的生产任务也越来越繁重。化学产品具有易燃易爆、腐蚀和有毒有害的特性，因此安全生产是化工企业的第一要务。随着信息技术的飞速发展，在化工生产中的安全管理和生产效率得到了极大的提升。在化工行业中运用智能化过程控制技术，可以有效地提高安全生产的效率，并能够在短时间内发现问题，从而有效地防止各类安全事故。

1 智能化过程控制的含义

对于很多复杂的系统或装置，要用传统的控制理论来进行定量的计算和分析是很困难的，需要将定量和定性的方法结合起来，就是要让设备以人类的智力和经验来指导问题的解决。所以，在智能系统的研究与设计中，重点不在于表达、计算与处理，而在于描述任务与实际模型，辨识环境，并发展知识库和推理引擎，也就是说，智能控制的核心问题，不在于传统的控制器的设计，而在于智能化模型的控制。而智能控制的关键在于高层管理，也就是组织控制。高级控制是指通过组织、决策和规划现实的环境和过程来解决问题。要实现上述目标，必须运用符号信息处理技术、启发式编程技术、知识表达技术、自动推理技术和决策技术。这些问题的解决与人类大脑的思考过程相似，也就是“智能”的水平。然而，在智能控制中，模型的不确定性很大，即，当模型不为人所知时，其结构与参数会有较大的改变[1]。如果一个系统能感知周围的环境并不断地获得信息，那么它就可以降低不确定性，规划、产生和执行这些控制行为。随着人类大脑的学习，智能控制技术逐渐发展，它具有实时推理、决策、学习、记忆等多种功能，能够适应多种复杂的控制环境。

在化工生产中，工艺检测与故障诊断是解决生产安全问题的重要手段，对改善化工设备及生产系统的可靠性、提高故障预报精度、提高设备维修效率具有重要意义。过程监测包括故障检测、程度识别、时间估计、趋势预测、故障机制诊断、对策和建议等。当前，过程监控的方式有三种：基于分析模式的过程监控、基于专业知识的过程监控、基于数据的监控。在工程实践中，基于分析模型的工艺监控包含了对复杂工艺进行准确的建模，但是由于建模难度大，因而很少被广泛采用；以专家知识为基础的工艺监控技术已得到很好的发展和完善。

2 智能化控制技术的概述

智能控制技术被广泛地用于化工安全生产，它可以实时监测化工过程中的温度、压力、湿度的变化，从而防止安全事故的发生。由于化工行业的高危险因素，使其不能完全依靠人力来进行管理。这是因为化学原料中含有易燃、易爆、腐蚀性和毒性的物质，一旦泄漏，不但会对工作人员的身体和身体造成危害，而且可能导致事故的发生。因此，在安全、高效的生产中，必须在实际生产中应用智能技术，以减少安全事故的发生，从而使安全生产得到最大程度的改善，从而使安全生产得到持续的发展[2]。

3 化工安全生产采用智能化控制的重要性

3.1 方便操作

现代化学工业在科技进步的推动下，现如今的化工生产已成为半智能化或全智能化，而手工生产也逐渐被取代。与此形成鲜明对比的是，智能化或半智能化生产可以增加生产效率，改善生产工艺的安全性，并能有效防止某些生产事故[3]。在此情况下，采用智能控制系统进行人工操作，降低了人身安全事故的危险。比如当化学产品出现火情时，人们往往会用灭火器来扑救，效率低，容易发生二次灾害。若采用智能控制系统，如烟气报警器或温度监测系统，当发生火灾时，顶棚消防水系统会自动工作。

3.2 无疲劳等因素影响

在人工的安全防范工作中，要昼夜不停地进行。众所周知，人在凌晨3—5时的时候最疲劳，一旦出现突发事件，无法及时应对，甚至有可能在安全防范的人员还没有做出回应的时候就结束了。机器不存在体力上的疲惫，只要保养得当，该智能控制系统就可以一直工作。当遇到紧急情况时，反应速度要比人类更快，工作起来也更加勤奋。

3.3 防止危险化学品带来的二次伤害

在化工行业中，有很多化学品和化学原料都是易燃易爆的，甚至是有毒的。当对人体有危害的化学品发生燃烧或者是爆炸时，靠人工对灾害进行处理，会有生命危险。在这种情况下，智能控制系统的存在就显得格外的重要了，不但能够防止危险品带来的二次伤害，还能最大程度的减轻损失。

4 化工安全生产中智能化控制技术的应用

4.1 系统监测应用

安全监测是化工生产的一个重要环节，在化学生产中，传感器的数量是非常多的。这些传感器可以采集诸如：温度、压力、流量等的数据。通过对这些指标进行分析，可以有效地检测出生产过程中出现的各类不正常现象，从而采取相应的对策。

4.2 故障诊断技术

由于化学产品的危险特性，其生产过程中的故障率常常很高。一旦有关的设备发生故障，将导致火灾甚至爆炸。但是如果这些设备都可以装上一个错误检测器，那么就可以有效地避免装置故障的发生。错误检测器通过对装置的运行状况进行分析，能够及时地发现各种故障，并采取相应的预防措施，从而进一步提高化工生产的安全性和平稳性。

4.3 紧急停车系统

在化工生产中，有相当一部分的生产环境属于高温、高压、腐蚀性强、易燃易爆、毒性强等特点。一旦出现安全事故，就极易出现大规模的失效和重大的安全事件。应用智能过程控制技术，构建一个完备的停车管理体系是十分必要的。通常，在进行化学生产过程中，需要使用大量的运行设备，且操作过程比较繁琐，很难对其进行有效的控制。如果某一台设备出现了故障，那么由于设备之间的连接非常紧密，任何一台设备出现故障，都会造成整个生产过程的瘫痪。为避免这一现象，逐渐引入应急停车系统，它能对生产设备中的某个环节发生故障或设备的损坏进行实时的控制。而且，由于对化学产品的精度要求很高，因此对各种生产设备的定期进行清洁，并对设备的仪器进行定期的检查和更换，使不良事件的发生率降到最低。但是，由于化学生产非常紧张，如果全部由人力来完成，耗时更久，而且会影响到下一次的工作，从而降低生产效率。而使用应急停机系统，可以在任何时候暂停整个装置的工作，直接对化工生产的活动进行控制，同时还可以实现对仪器设备的实时监控和维护[4]。

4.4 化工生产线直接控制

在化工生产过程中，采用智能过程控制技术进行直接控制具有两大特征：一是对各类化工产品进行实时监控。作为化工过程中必不可少的仪器，可以实时显示反应时间、反应过程等实时状况，不仅可以确保化工产品的质量，而且可以通过仪表来防止事故的出现，从而确保生产的安全。由于化工产品的复杂程度，各种仪器在生产线上的应用，使操作人员很难掌握。采用单片机及通信技术，对各类仪表进行实时监控，确保了化工生产的正常进行，并能及时向相关部门报告，确保生产的安全。通过智能控制，可以对整个化工生产进行全方位的监控，并根据预算中的数据，判断出生产线是否出现了问题，并向监控中心反馈。

4.5 安全装置智能化处理系统

在实际的现场生产中，仅仅依靠人员的巡查是难以及时发现各类安全事故的。智能的安全装置处理系统可以第一时间找到问题，解决问题。它能有效地保障生产的正常运行，避免事故的进一步发展。此外，在发生安全事故后，通过智能控制系统可以及时检测到危险源，防止救援人员直接进入事故现场，从而进一步减少了对人体的伤害。

4.6 自动联锁报警系统的应用

在实际的化工生产中，每一台设备都要按照高速安全的速度运转，对温度、压力、液位、流量等都有严格的要求。智能控制技术能够结合高温高压的生产环境，对温度、压力、流速等参数进行分析，在生产过程中发生任何突发事件，能在最短的时间内触发自动联动报警，从而确保设备的安全，从而为生产和维护提供科学合理的依据，从而大大提高了事故处理的效率。设置了自动联动报警系统，当发生安全事故时，该系统可快速通知员工，并可智能地对设备进行停机操作。通常，该装置的自动联锁报警系统可以及时地检测到在设备工作中出现的高温、高压等问题。当发生设备发生故障时，自动联锁报警系统可对智能生产控制系统的运行状况进行实时监测，确保温度、压力等正常运行。同时，监测人员能够及时发现故障，并制定相应的应对措施。为确保化工企业安全稳定生产，尽量排除故障[5]。

5 智能化控制在化工安全生产中的优化

5.1 安全装置的智能化

通过智能化的安全装置，可以发现化工生产中某些潜在的危险，并采取相应的行动来减少这些危险。比如当火灾发生时，用隔离物封闭危险气体，自动喷水灭火系统就会被启动。运用这些智能安全装置，可以有效地避免操作人员对事故现场进行直接的处置，避免造成更重的人员和财产损失。

5.2 优化设备安全性检测

在化工生产中，经常发生安全事故，导致人员伤亡。造成机械设备故障的主要原因是未能及时发现和维修。此外，常规的检测方法不仅耗费时间，而且检测难度大，而且难以在短时间内发现故障。针对上述问题，化工企业采取智能化控制技术，定期对装置进行安全性能监测，实现对装置安全运行的实时监测，从而从源头上消除安全隐患，保障化工企业的安全生产。

6 智能化过程控制对化工生产的意义

化工生产中的不安全因素很多，所以对其进行实时监控和诊断是非常必要的。智能化控制技术是一种能够有效地防止化工生产中出现的各种安全事故的方法。智能化技术的优势在于能够迅速地适应变化的数据。如果出现问题，可以立即进行调整和修正。这一切靠人工无法完成，只能靠智能化技术来完成。其次，它还能监控、预警机器设备的故障，使员工提高警觉性，并采取相应的预防措施，防止意外[6]。智能化控制技术也能使化工产品的生产效率得到改善。传统的单纯依赖人工的生产方式，既有较高的危险因子，又有较高的生产风险，不能适应迅速发展的化工行业。所以，化学工艺必须进行变革，运用智能化技术替代人工所不能胜任的工作。

7 结语

化工产品在我国国民经济的发展和人民生活中占有举足轻重的地位，生产规模将不断扩大。为了满足化工行业的发展，减少操作失误，避免发生意外，随着技术进步目前大部分没有智能化过程控制的系统或装置都将能逐步利用该项技术，实现安全、绿色、节能、高速、智能化过程的改革与创新。随着时代的发展，人们对化学产品的安全性要求越来越高。要有效地改善化工生产的安全，就需要不断采用和优化智能化过程控制技术。