浅谈自动化控制及安全联锁在化工安全生产中的应用

王芳,贾福永,宋强

(1.威海市文登区化工产业园发展中心,山东 威海 264499;2.滕州市应急管理局应急救援指挥中心,山东 枣庄 277101;.3.青岛科技大学 山东化工研究院,山东 济南 250014)

化工是一个具有高度危险性的行业,如果化工企业中的流体(包括固体、液体、气体)发生泄漏,会对环境造成严重的破坏,甚至还会对化工生产装置周围工作人员和厂区周边居住的居民的身体健康造成严重伤害,甚至死亡等。因此,在确保安全、高效的前提下,化工企业要重点强化对危险化工工艺环节的管理,因为,在涉及危险化工工艺的化工生产装置存在着较高的潜在的危险性,因此,要对化工生产装置的安全运行和日常管理维护高度重视。当前,有些化工企业为了提高生产设备在生产过程的安全性,已经实施了对具有强放热反应的生产设备设置自动控制和安全预警设施。然而,其缺点就是,在自动化控制和安全联锁装置技术改造的过程中,还存在着一些争论。从这一点可以看出,在现代化工企业中,化工生产危险工艺的有关法规和技术水平方面,还需要进一步完善、提高。从而推动化工企业实现安全生产的目标,把自动化控制及安全联锁装置合理、高效地运用到化工安全生产中。

1 化学工业安全生产工艺特征

在化学工业持续进步和发展过程中,化学工业的生产工艺越来越多,不同的化学工业的生产工艺也是千差万别。与传统的化学工业的安全化学工业相比,目前所研究的化学工业是一种连续的,而且可以用于大规模生产的。其次,化学产品的安全生产周期很长,而且总是在满负荷状态下运转,保证了生产过程中的安全性、连续性、稳定性[1]。化工行业的安全生产要求有特定的工艺条件,需要在高压、高温、易燃易爆、真空和有毒的环境中也能进行安全生产。

根据国内近年来化工行业安全生产事故原因统计分析,绝大多数安全生产事故均缘于生产作业环节风险管控失效、工艺缺陷、员工的违章操作、应急环节失效有关,只有持续提升企业的过程自动控制及安全联锁的水平,才能确保企业在第一时间扼住事故咽喉,否则,风险一旦失控,后果往往较为惨痛,因此引导化工企业提高自动控制及安全联锁水平,引导企业从本质安全、系统安全的角度做好安全生产主体责任落实,才能从根本上实现化工行业安全生产形势的根本好转。

2 自动化控制技术及重要性

在化工生产中利用自动化控制技术,应用先进的设备与技术对整个生产流程进行自动化控制与管理。自动化控制技术能够在化工生产过程中,对温度、压力、湿度等进行控制与调节,可以有效避免在高温环境下或高压环境下发生安全事故的可能性,提升了化工生产的安全性。同时,自动化控制技术推动了化工生产的变革,相关领域工作人员要熟练灵活的应用自动化技术,严格遵照相关操作流程与标准,设定科学合理的自动化控制方案,进而提升化工生产的质量与效率。在化工生产制作过程中,由于化学物质本身具有易燃易爆炸、易腐蚀的特点,因此化工生产也存在较高的危险性。一旦在化工生产过程中出现操作失误或其他问题,容易对一定QE范围内的人身安全与健康造成威胁。因此,在化工生产过程中,要提升对安全生产的重视力度,避免造成人员伤亡或损失。基于此,提升对自动化控制技术的应用至关重要,自动化控制技术能够对化工生产过程中进行有效监督管理,保障各作业环节能够达到规定的标准要求,从而对提升整个化工生成过程的安全性。

3 自动控制技术在化工生产中的意义

近年来,虽然化工行业中危险化学品生产企业的安全生产管理水平逐步提高,我国的安全生产形势持续稳定好转,但生产的自动化控制及安全联锁水平仍然不高,多数化工生产企业中危险性较大场所的人员数量仍然相对较多,生产区与非生产区未有效分隔或管理松散的情况较为普遍。上述问题导致化工行业中危险化学品生产企业安全生产科技水平,自动控制及安全联锁水平不高,存在发生较大生产安全事故的隐患[2]。实施自动化控制及安全联锁是认真落实安全生产“十三五”规划及应急管理部“科技强安”有关要求的具体举措,可有效提高自动化控制及安全联锁对安全生产的支撑作用,避免或减少安全生产事故的发生,有效隔离生产区与非生产区,进一步降低化工行业安全风险。

将自动化控制技术运用到化工生产中,运用先进的设备和技术,实现对整个生产过程的自动化控制和管理。自动化控制技术可以在化工生产过程中,对温度、压力、湿度等进行控制与调节,可以有效地防止在高温或高压环境下,发生安全事故,提高化工生产的安全性。与此同时,自动化控制技术也在促进着化工生产的发展,在此过程中,有关部门的工作人员必须对自动化技术进行熟练运用,并按照相应的操作程序和标准,制定出一套科学、合理的自动化控制计划,从而提高化工生产的品质和效率[3]。化学药品的易燃、易爆、易腐蚀等特性,使化学药品的制造也具有很大的危险性。在化工生产中,如果发生了一些错误或者其他的问题,就很可能会给在某一质量环境中的人员安全和健康带来危险。所以,在化工行业,必须提高对安全的认识,才能减少事故的发生。在这种情况下,提高对自动化控制技术的应用是非常重要的。自动化控制技术可以对化工生产过程中进行有效的监督和管理,保证各个作业环节可以达到规定的标准要求,从而提高整个化工生成过程的安全性。

4 在化学工业中实现自动化控制和安全联锁的措施

4.1 安全生产过程中的自动控制

自动化控制在化工安全生产中的运用是一种很有必要的方法,在具体的运用过程中,主要有模型检测分析和仪器实时控制。模型检测分析的应用可以对化工安全生产的全部过程与环节展开有效的监督与控制,还可以对模型内部结构进行明确,从而可以有效地解决模型分析困难的问题。使有关技术人员在遇到故障时能迅速发现解决办法。采用自动监控技术,可以有效地对化工生产进行实时监控,为企业在生产过程中发生的安全事故提供了一个可靠的依据。通过对仪表的实时监控,技术人可以及时地掌握化工安全生产的各个环节,相关工作人员在利用仪表监测到的数据信息,可以有效地解决各类问题,从而可以对化工生产中的安全隐患进行有效地处理。比如,利用 DCS技术来完成对整个过程的监控,如果在设备的运转过程中出现了问题,那么就可以对其进行及时的处理,从而避免对整个生产带来不利的影响[4]。当故障发生之后,DCS控制系统可以检测到变化,从而实现自动报警,提醒有关人员进行维护,还可以帮助工作人员准确地找到故障的位置。自动化控制是一种自动依照既定程序或指令进行生产作业的一种技术方法,按自动化程度又分为两种,一种是全自动化控制,一种是半自动化控制。它可以用于生产过程的控制,机械制造的控制,以及管理过程的控制。国内的自动控制技术已在化学工业中运用了数十年,其发展方式主要有引进与自主研发。化学工业的发展也从手工操作,机械控制,到自动控制。可编程序控制器是一种内存,它使用了一种可程序控制。它是一个内存的程序,它的主要作用有:执行逻辑运算,执行顺序控制,执行时间,计数,执行数学运算等。它的控制模式为中数码型或模拟型的输入型。可编程控制器的主要特征是:(1)性能价格比高,功能强大;(2)可靠性高,抗干扰能力强;(3)维护简便。可用于不连续的工业生产和中小型工业的连续工业生产。FCS系统是在 DCS和 PLC的基础上发展出来的,它既具备了 DCS系统和 PLC系统的所有优点,又具备了更强大、更完备的控制功能。现场总线的引入,大大降低了复杂的现场总线,并使得现场总线的布置更为合理。

4.2 应急停机装置在化工安全生产中的运用

应急停机是近年来在化学工业中广泛使用的一种应急停机装置,主要是为了实现对装置的各项关键参数和工作状况的自动监测。当被监测对象与正常值有差异时,则为满足紧急停车条件,将监控系统由紧急停车系统代替,并向发生事故的操作环节下达停车命令,保证生产的安全。紧急停车系统通常可分为三种状态,即正常停车、局部紧急停车与全面紧急停车,并根据不同的情况采取对应的自动化操作。当设备在常规维护范围内时,会发布常规停机命令。当发生不明原因的突发事故时,系统将给出完整的应急停机指示,以方便对设备进行彻底、仔细的检测。

4.3 安全仪表系统

安全仪表系统,又称为安全联锁系统,主要为工厂控制系统中报警和联锁部分,对控制系统中检测的结果实施报警动作或调节或停机控制,是工厂企业自动控制中的重要组成部分。能够实现:保证生产的正常运转、事故安全联锁;安全联锁报警;联锁动作和投运显示等保障装置安全运行的重要功能。

安全联锁是一种安全技术措施,它可以在安全隐患消除之前,对危险区域的接触进行制止。应急停机系统(ESD)作为一种安全联锁技术被广泛应用于化工企业。在设备出现故障或工作过程中出现意外情况时,保护装置可以在第一时间关闭设备,保证不会出现任何的安全事故。为了提高自动化控制系统的安全性,一般情况下,ESD系统与 PLC系统、CS系统以及 FCS系统相结合,ESD系统能够在温度、压力和液位超限,或者可气体和有害气体的浓度超出标准时,对其进行报警,并且会开启安全联锁技术。对于具有较高危险性的化学装置,除了配置自动控制装置外,还需配置防静电装置,以保证在出现异常状况时,不会出现安全事故[5]。在化工安全生产中,安全仪表装置起到了很大的作用,在化工工业的实际操作中,使用安全仪表装置,可以自动地给出事故报警,并发出安全信号。在使用自动化控制及安全联锁的过程中,可以有效地解决化工作业现场的潜在安全问题,减少事故隐患对施工人员造成的经济损失,确保各个环节工作的顺利进行,减少安全生产事故的发生。

4.4 在化工安全生产中使用自动联锁报警设备

(1)由于化学工业生产工艺中具有高温、高压、使用大量易燃易爆、有毒有害物料等特点,导致自身的安全性不高,因此,在实际的生产过程中,存在着大量的安全隐患,这将直接影响到化学工业的整体发展。在具体的生产过程中,化工生产的各个生产环节之间都有着密切、紧密的联系,其中的任何一个环节出了问题,都有可能导致整个生产过程中出现安全生产事故,从而导致火灾、爆炸、财产损失、人员伤亡等安全事故。需要将自动联锁报警装置运用到化工生产的每一个危险环节中,以便能够对化工生产中的各类事故做出有效的预报、预防,及时地发现潜在的安全隐患,并在最短的时间内给出预警,以便工作人员能够及时地采取有效的行动来消除安全隐患、制止安全生产事故的发生,保证化工企业的各类生产设备的安全稳定运转。

(2)以原国家安全监管总局公布的18种重点监管危险化工工艺为切入点,通过拓展传感器的泛在感知,实现多源设备、异构系统、作业环境、人员、库存等数据的全面感知,将装置运行的实时状态、运行模式实时显示,增强对危险工艺的全方位全流程监控。在重点装置、关键节点部署数据分析算法,在边缘控制器上集成智能控制引擎,实现对工艺过程的自动调整和优化。

4.5 生产过程中设备完整性管理与预测性维修。

基于化工行业同类设备故障案例库和专家知识库,建立设备异常状态预警模型,应用自动控制及安全联锁报警装置,开发设备运行状态监测信息系统和建立远程诊断预警中心,使之具备大机组、关键机泵及压力容器、常压关键容器等设备健康状态评估、故障趋势预测功能,从而实现化工生产中机组振动严重、旋转不平衡失速、储罐渗漏、管道腐蚀、轴承损坏等设备异常工况和失效风险提前报警,转变传统的被动维护、周期性维护和预防性维护为预测性维护,避免停机生产损失、过剩检维修、超量备件储备、过度依赖个人经验,有效减少设备故障,遏制因设备失效引发的安全事故,确保设备服役期间安全可靠长周期运行。

5 强化化工企业自动化控制及安全联锁培训管理水平

引导企业强化和规范对生产作业人员的自动化控制和安全联锁装置的控制原理和应用培训,着力解决企业安全培训工作开展不平衡、特种作业人员持证上岗率达不到100%、一线员工操作培训不到位及安全培训、安全管理薄弱等突出问题,全面提升化工企业从业人员技术能力、安全素质,防止和减少“三违”行为,最大限度减少生产安全事故。

6 结束语

总而言之,化工行业与国民经济发展有着密切关系,它是我国经济发展的支柱产业之一,在国民经济发展中有着重要的地位。它的发展状况对我国经济发展水平有着直接的影响。在中国特色社会主义市场经济高速发展的情况下,对化工自动化控制及安全联锁技术进行广泛的应用,可以对化工行业的安全发展起到积极的推动作用。为此,必须对化工安全生产的特征进行分析,运用自动化控制、安全联锁装置、自动联锁报警系统,对化工企业的生产运行中的安全隐患起到早发现、早预警、早处置的作用,减少安全生产事故的发生的可能性,实现化工行业的安全、稳定、快速发展。