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化工安全生產(chǎn)自動(dòng)化控制技術(shù)研究

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化工安全生產(chǎn)自動(dòng)化控制技術(shù)研究

摘要:安全生產(chǎn)是化工企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的基本要求,現(xiàn)代化技術(shù)的提出和應(yīng)用使相關(guān)企業(yè)工作安全性得到保證。以化工安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素為切入點(diǎn),予以簡(jiǎn)述,再以此為基礎(chǔ),重點(diǎn)分析化工安全生產(chǎn)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用,給出應(yīng)用架構(gòu)和核心技術(shù)、自動(dòng)化分析和應(yīng)急處理等內(nèi)容,為后續(xù)具體工作提供參考。

關(guān)鍵詞:化工安全生產(chǎn);自動(dòng)化控制;故障分析;應(yīng)急處理

自動(dòng)化技術(shù)是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或作業(yè)過(guò)程在無(wú)人或半無(wú)人模式下,按照既定程序要求,經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制,實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的綜合技術(shù)?;どa(chǎn)中,多個(gè)因素可能導(dǎo)致安全隱患,這使得自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用得到普遍關(guān)注,在現(xiàn)有技術(shù)上,嘗試予以分析,有助于技術(shù)的優(yōu)化和推廣。

1化工安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素

1.1原料危險(xiǎn)

化工生產(chǎn)過(guò)程中,來(lái)自原料的危險(xiǎn)最為直接,也最為普遍,如在化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種酸堿類化學(xué)品直接作為原料或者輔助介質(zhì)用于生產(chǎn),強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的腐蝕性較強(qiáng),可能導(dǎo)致設(shè)備損壞甚至人員傷亡。企業(yè)的日常管理工作以及主要技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢,存在一定的危險(xiǎn)性。其他化工生產(chǎn)企業(yè)也面臨類似問(wèn)題,主要表現(xiàn)為原來(lái)管理方法滯后、原料本身危險(xiǎn)性高、現(xiàn)場(chǎng)巡檢不到位等方面原因,這是后續(xù)工作中化工安全生產(chǎn)需要關(guān)注的直接問(wèn)題,可控性也較高[1]。

1.2生產(chǎn)加工危險(xiǎn)

生產(chǎn)加工過(guò)程中的危險(xiǎn)往往帶有隱蔽性,操作人員很難在危險(xiǎn)發(fā)生前予以察覺(jué)和預(yù)處理,部分危險(xiǎn)在發(fā)生早期也無(wú)法得到有效快速解決。如密封容器、壓力容器在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中受到機(jī)械磨損和化學(xué)品侵蝕作用,造成材料塑性和強(qiáng)度降低,并導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成細(xì)小的裂紋等。在生產(chǎn)過(guò)程中,生產(chǎn)工藝參數(shù)的波動(dòng)、環(huán)境突發(fā)變化等可能導(dǎo)致裂紋快速增大,導(dǎo)致危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏,影響生產(chǎn)環(huán)境安全,甚至有可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等惡性人員傷亡事故。

1.3故障處理危險(xiǎn)

生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)施的故障排除帶有不確定性。此前的化工生產(chǎn)工作中,生產(chǎn)工藝及設(shè)備設(shè)施的故障處理需要借助工藝、設(shè)備、電儀等技術(shù)人員共同進(jìn)行參與管理,了解故障發(fā)生的原因,給予逐一排查和處理,在此過(guò)程中,因故障原因尚不明確,操作人員可能在排除時(shí)出現(xiàn)受傷問(wèn)題,而化工生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性,意味著故障類型多樣,排除和處理的時(shí)間也較長(zhǎng),降低了工作效率,也可能導(dǎo)致故障進(jìn)一步惡化、蔓延,出現(xiàn)更多的安全隱患和危險(xiǎn)。

2化工安全生產(chǎn)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1應(yīng)用架構(gòu)和核心技術(shù)

自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面,其特點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)作業(yè)的主動(dòng)性和持續(xù)性。在化工安全生產(chǎn)領(lǐng)域,自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)主要強(qiáng)調(diào)構(gòu)建穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、明確不同結(jié)構(gòu)的功能,給予有效的邏輯控制。結(jié)合一般工作要求,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可包括控制中心、執(zhí)行單元、輔助結(jié)構(gòu)、通信設(shè)備。各個(gè)部分以控制中心為核心,借助有線線路實(shí)現(xiàn)物理形式的連接,以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和紐帶,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制應(yīng)用架構(gòu)和其他管理人員、部門(mén)的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)。功能層面,執(zhí)行單元包括傳感器、終端處理器等,傳感器可收集化工生產(chǎn)過(guò)程中的各類信息,并借助通信設(shè)施將其傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)作為控制中心主要工作結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)默認(rèn)程序的執(zhí)行和信息讀取,結(jié)合各類實(shí)時(shí)信息下達(dá)不同指令,計(jì)算機(jī)的指令由執(zhí)行終端負(fù)責(zé)執(zhí)行,如切斷電源,再由輔助結(jié)構(gòu)提供幫助,如發(fā)出警報(bào)等。邏輯控制方面,主要借助PLC邏輯控制器以及默認(rèn)程序保證自動(dòng)化作業(yè)有序性,使不同結(jié)構(gòu)功能得到有效履行[2]。

2.2自動(dòng)化作業(yè)

化工安全生產(chǎn)中,自動(dòng)化作業(yè)是自動(dòng)化控制技術(shù)的主要運(yùn)用模式,強(qiáng)調(diào)在原料配比運(yùn)輸、生產(chǎn)加工等全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)人化和半無(wú)人化,極大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的可能。在化工生產(chǎn)活動(dòng)中,企業(yè)的人、機(jī)、料、法、環(huán)等業(yè)務(wù)管理均可以信息處理為核心實(shí)現(xiàn),自動(dòng)化作業(yè)則涉及電子計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)與控制等。以天然氣隧道窯安全控制為例,可采用由多臺(tái)具有高速處理大量信息能力的計(jì)算機(jī),以及各種終端組成的局部網(wǎng)絡(luò)提供信息交互通道,構(gòu)建局部物聯(lián)網(wǎng)保證網(wǎng)絡(luò)接口的專用性,在管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提供決策支持系統(tǒng),由計(jì)算機(jī)直接借助該系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè),并記錄各類工作信息,為高層管理人員決策提供備選方案。在天然氣窯爐工作過(guò)程中,默認(rèn)其內(nèi)部溫度值為H,天然氣窯爐噴嘴出現(xiàn)故障或者天然氣壓縮空氣配比波動(dòng)過(guò)大時(shí),溫度將出現(xiàn)下降或上升,可圍繞其標(biāo)準(zhǔn)溫度H出現(xiàn)波動(dòng),表現(xiàn)為一個(gè)具有模糊線性變化特點(diǎn)的數(shù)集,表現(xiàn)為:代表天然氣窯爐的安全作業(yè)模式下的溫度范圍,借助溫度變送器可實(shí)時(shí)獲取天然氣窯爐溫度變化曲線圖,如果天然氣窯爐溫度超過(guò)[Hmix、Hmax]范圍,該信息可得到計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)捕捉,無(wú)論出現(xiàn)了何種故障,計(jì)算機(jī)完成溫度異常的識(shí)別后,均可快速給出警報(bào),提醒操作人員進(jìn)行處理。在非故障狀態(tài)下,系統(tǒng)則根據(jù)默認(rèn)程序進(jìn)行作業(yè),以控制中心控制主要工藝過(guò)程,其他輔助工藝和設(shè)備設(shè)施以設(shè)定的系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)、供料。如設(shè)定系統(tǒng)天然氣窯爐作業(yè)負(fù)荷參數(shù)為80%,窯爐工作溫度1200℃,天然氣消耗量420m3/h,將對(duì)應(yīng)參數(shù)代入計(jì)算機(jī)中,實(shí)現(xiàn)參數(shù)變更程序確認(rèn),待生產(chǎn)程序啟動(dòng)后,計(jì)算機(jī)可控制系統(tǒng)作業(yè)負(fù)荷穩(wěn)定在80%的水平,以5min為間隔,保持窯爐工作溫度1180~1220℃有效工作范圍內(nèi)持續(xù)天然氣供給,保證生產(chǎn)工藝的持續(xù)進(jìn)行。該模式下,無(wú)需人員進(jìn)行化工生產(chǎn)操作控制,或僅提供遠(yuǎn)程控制即可,降低了生產(chǎn)全過(guò)程中出現(xiàn)事故的可能,提升了化工生產(chǎn)的安全性。

2.3自動(dòng)化分析和應(yīng)急處理

采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以將工作人員從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái),也能極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,增強(qiáng)化工生產(chǎn)的安全性和綜合效率。以自動(dòng)化分析和應(yīng)急處理為例,在化工生產(chǎn)過(guò)程中,可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事故的因素多樣,出現(xiàn)的故障也不盡相同,常規(guī)進(jìn)行人工分析,消耗較多的時(shí)間和精力,也面臨不可預(yù)知因素威脅。在自動(dòng)化控制技術(shù)的支持下,可對(duì)分析工作進(jìn)行時(shí)間和空間范圍的拓展。如在原料配備環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)境、產(chǎn)品控制環(huán)節(jié),分別放置若干傳感器,設(shè)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)等若干代號(hào),進(jìn)行對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)安全管理。所有傳感器均以獨(dú)立線路進(jìn)行工作,為保證信息傳輸和控制的獨(dú)立性,借助CAN總線系統(tǒng)提供若干通信信道(有線),不同信道可單獨(dú)向計(jì)算機(jī)傳遞信息,假定生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,與該環(huán)節(jié)直接相關(guān)的傳感器可獨(dú)立將信息傳遞至計(jì)算機(jī)處,由管理人員根據(jù)編號(hào)信息鎖定故障發(fā)生的區(qū)域。傳感器所傳遞信息的具體類型,則能為故障診斷提供依據(jù),如氣壓異常、電流異常等分別反映了密封設(shè)備、電力元件的故障等。應(yīng)急處理方面,強(qiáng)調(diào)結(jié)合故障特點(diǎn)和類型給予服務(wù),如密封設(shè)備出現(xiàn)氣壓下降,可初步判定設(shè)備出現(xiàn)孔洞、連接不牢固等問(wèn)題,無(wú)論問(wèn)題類型存在何種差異,均應(yīng)首先進(jìn)行作業(yè)中斷,并通過(guò)默認(rèn)程序進(jìn)行故障態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)記錄。當(dāng)傳感器測(cè)出電流異常時(shí),也首先進(jìn)行作業(yè)中斷,記錄故障態(tài)勢(shì)信息。該模式有助于及時(shí)控制安全問(wèn)題,也能夠?yàn)楹罄m(xù)人員處理提供數(shù)據(jù)信息。應(yīng)急處理完成后,人員可根據(jù)記錄信息和傳感器位置信息等進(jìn)行針對(duì)性故障排查和處理,提升了作業(yè)效率,避免逐一排查問(wèn)題導(dǎo)致的安全隱患,化工生產(chǎn)的安全性總體提升。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上,化工安全生產(chǎn)中,自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值突出,且具有多樣的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法。在實(shí)際工作中,化工安全生產(chǎn)中的危險(xiǎn)因素包括原料危險(xiǎn)、生產(chǎn)加工危險(xiǎn)、故障處理危險(xiǎn)等。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題,借助有效的應(yīng)用架構(gòu)和核心技術(shù),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)、分析和應(yīng)急處理,保證化工生產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]生霞.自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用及優(yōu)化措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊,2019,45(12):187+204.

[2]楊鋼輝.化工安全生產(chǎn)中自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2019,39(21):233-234.

作者:張海波 單位:淄博雷法耐火材料有限公司