秦明文

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引言

現(xiàn)代化工生產(chǎn)流程極為復(fù)雜，易燃易爆及毒性物質(zhì)涉及較多，使得化工生產(chǎn)比其他制造行業(yè)面臨著更多的安全風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)控制工作也存在著極大的難度。以往以人工控制為主的方式，存在一定的控制效率低，控制效果不理想的局面，更為重要的是無(wú)法從根本上保障生產(chǎn)安全，這就需要應(yīng)用自動(dòng)化控制方案來(lái)解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的高效控制，提高生產(chǎn)過(guò)程的安全系數(shù)。因此，出于保證化工安全生產(chǎn)方面的考慮，依然有必要就化工生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制展開(kāi)探討，這是解決化工生產(chǎn)安全管理矛盾，提高化工生產(chǎn)安全性的關(guān)鍵所在。

1 化工安全生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化控制的需求體現(xiàn)

1.1 高風(fēng)險(xiǎn)特征

化工生產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)特征較為明顯，不僅一些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程比較危險(xiǎn)，同時(shí)還會(huì)應(yīng)用或生成一些腐蝕、有毒等危險(xiǎn)性物質(zhì)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程存在一定的泄露、爆炸、中毒等安全風(fēng)險(xiǎn)。高風(fēng)險(xiǎn)特征使得其對(duì)自動(dòng)化控制表現(xiàn)出應(yīng)用需求，需要通過(guò)自動(dòng)化控制的應(yīng)用，來(lái)準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，減少以往人為操作失誤的問(wèn)題，減少安全事故的發(fā)生，降低化工生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)性[1]。

1.2 復(fù)雜性和精確性要求

化工生產(chǎn)過(guò)程通常非常復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)和控制多個(gè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，這些參數(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)的安全性，對(duì)控制的精準(zhǔn)性提出了較高的要求。需要借助于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中傳感器等設(shè)備，實(shí)時(shí)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行采集和調(diào)節(jié)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，保證控制的精確性，同時(shí)也確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定可靠。

1.3 快速響應(yīng)能力

現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，安全事故的發(fā)生往往具備一定的突發(fā)性，多數(shù)情況下也并無(wú)先兆。為避免事故影響范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，需要利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，來(lái)提高響應(yīng)能力，通過(guò)監(jiān)測(cè)作用對(duì)生產(chǎn)異常的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并基于事先設(shè)定的機(jī)制快速做出響應(yīng)，如關(guān)閉閥門、切斷電源等操作，以最大限度對(duì)事故進(jìn)行控制，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 無(wú)人化作業(yè)

化工生產(chǎn)中所涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)較多，以往人工實(shí)施控制操作，不可避免地會(huì)增加人身安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，增加風(fēng)險(xiǎn)管理的難度。也正是因?yàn)槿绱?，化工安全生產(chǎn)更傾向于無(wú)人化作業(yè)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)則能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人化作業(yè)的需求，其不僅可以通過(guò)程序設(shè)定執(zhí)行指令，也能夠通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，這直接避免了人員直接接觸生產(chǎn)過(guò)程，提高了生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

2 化工安全生產(chǎn)中自動(dòng)化控制的作用

2.1 監(jiān)測(cè)和控制作用

監(jiān)測(cè)和控制是自動(dòng)化控制的重要功能。在化工安全生產(chǎn)中，自動(dòng)化控制可以借助于設(shè)置于各處的傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，采集到生產(chǎn)的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流量、濃度等，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)控制系統(tǒng)精確、穩(wěn)定的對(duì)這些參數(shù)實(shí)施調(diào)節(jié)和控制，保證其運(yùn)行在安全的范圍內(nèi)[2]。

2.2 預(yù)警和診斷作用

自動(dòng)化控制具備預(yù)警和診斷的作用，能夠通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的分析，借助于算法對(duì)潛在事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提前發(fā)出預(yù)警，提醒相關(guān)人員做好預(yù)防措施，規(guī)避事故的發(fā)生。而針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程所出現(xiàn)的異常問(wèn)題，自動(dòng)化控制也能夠借助于診斷功能，確定故障位置及原因，以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速解決和處理。

2.3 隔離和保護(hù)作用

自動(dòng)化控制在檢測(cè)到異常問(wèn)題的時(shí)候，可以采取緊急措施進(jìn)行停機(jī)，阻止可能的事故發(fā)生，并通過(guò)控制閥門、管路等操作，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異常區(qū)域的隔離，保護(hù)其他設(shè)備及作業(yè)人員的人身安全。遠(yuǎn)程操作功能則使得化工企業(yè)作業(yè)人員直接遠(yuǎn)程操作完成生產(chǎn)控制，減少了人員直接接觸危險(xiǎn)物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作安全性。

2.4 記錄和分析作用

化工生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)參數(shù)、異常記錄等，這些數(shù)據(jù)是生產(chǎn)狀態(tài)的直接反饋，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以對(duì)這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這將有利于后續(xù)的事故分析、優(yōu)化及決策的制定，幫助化工企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)的安全性和效率。

3 化工安全生產(chǎn)中的自動(dòng)化控制應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是自動(dòng)化控制的重要應(yīng)用場(chǎng)景，主要起到監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行的作用，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高生產(chǎn)過(guò)程的可靠性。化工生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，自動(dòng)化控制通過(guò)儀表、傳感器等設(shè)備，采集生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，如壓力、溫度、流量等指標(biāo)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理，判斷生產(chǎn)情況是否穩(wěn)定、安全。而數(shù)據(jù)處理中心也可以根據(jù)事先所設(shè)定的參數(shù)范圍，在相關(guān)數(shù)據(jù)超出正常值的情況下，及時(shí)報(bào)警或采取應(yīng)急處理措施，以實(shí)現(xiàn)對(duì)異常問(wèn)題的有效控制。在這一過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能夠?qū)⑺扇〉降臄?shù)據(jù)以圖表或曲線的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，使得操作人員可以更為直觀的掌握生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)和趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)的全方位監(jiān)控，避免安全事故的發(fā)生[3]。

3.2 安全儀表系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng)是自動(dòng)化控制的重要組成部分?；ぐ踩a(chǎn)中需要做好對(duì)易燃易爆、腐蝕性、毒性等物質(zhì)的控制，這些物質(zhì)多對(duì)壓力、溫度等方面參數(shù)有著嚴(yán)格的要求，需要確保在安全范圍以內(nèi)運(yùn)行。因此化工安全生產(chǎn)必須要引入安全儀表系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)和調(diào)控，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定可靠?；谀壳暗淖詣?dòng)化控制技術(shù)，化工安全生產(chǎn)中所應(yīng)用的安全儀表系統(tǒng)具備以下幾種功能。

3.2.1 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。安全儀表系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)化工生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，如壓力、溫度、流量等，同時(shí)對(duì)相關(guān)的工藝變量也可進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定和安全。

3.2.2 異常報(bào)警。安全儀表系統(tǒng)一旦監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)超過(guò)安全范圍，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)人機(jī)交互界面提示操作人員，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，防止事故的發(fā)生。

3.2.3 模式轉(zhuǎn)換。安全儀表系統(tǒng)具備模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換的作用，能夠在生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，轉(zhuǎn)換工作模式，如檢測(cè)到某個(gè)傳感器故障，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到備用傳感器，確保數(shù)據(jù)的正常采集。或切換到手動(dòng)控制模式，為檢修和調(diào)整作業(yè)提供方便。

3.2.4 數(shù)據(jù)記錄與分析。安全儀表系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行趨勢(shì)分析，幫助操作人員更好地了解生產(chǎn)狀況，為改進(jìn)生產(chǎn)工藝提供依據(jù)。

3.3 故障診斷系統(tǒng)

故障診斷系統(tǒng)是化工生產(chǎn)中一種非常關(guān)鍵的自動(dòng)化控制手段，其能夠通過(guò)數(shù)據(jù)的分析實(shí)現(xiàn)故障診斷效果，明確故障所發(fā)生的位置，并提供故障分析報(bào)告，幫助作業(yè)人員快速準(zhǔn)確地找到故障源頭，并采取準(zhǔn)確的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的有效修復(fù)?；どa(chǎn)體系較為復(fù)雜，在過(guò)去一旦出現(xiàn)故障，就需要進(jìn)行全方位的故障檢測(cè)，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障的排除，對(duì)經(jīng)驗(yàn)及操作的依賴性較強(qiáng)，無(wú)法保證效率和效果[4]。自動(dòng)化控制模式下的故障診斷系統(tǒng)，通常會(huì)建立故障診斷模型，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的所有信息進(jìn)行匯總分析，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)，檢測(cè)和診斷設(shè)備故障，提高故障診斷的可靠性。此外，故障診斷系統(tǒng)還具備一定預(yù)測(cè)故障功能，其基于對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)跟蹤，可以對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障，提前采取措施予以解決，從而有效避免生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率和安全性。

3.4 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的重要應(yīng)用場(chǎng)景，主要是用以對(duì)化工生產(chǎn)場(chǎng)所環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，旨在確保環(huán)境安全和作業(yè)人員的健康。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由傳感器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、預(yù)警與報(bào)警裝置等幾部分組成，可以實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括空氣質(zhì)量、水質(zhì)情況、噪音水平、輻射情況等，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的收集和分析，評(píng)估其是否存在安全隱患，并以此決定是否發(fā)出安全警報(bào)，提醒相關(guān)人員采取必要的安全防護(hù)措施。以空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)為例，化工生產(chǎn)中涉及大量有毒有害氣體，這些氣體一旦發(fā)生泄漏則會(huì)對(duì)人體造成直接的傷害，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以用以對(duì)空氣中有害氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦檢測(cè)到有毒氣體或漂浮顆粒物的濃度超出指標(biāo)，即可發(fā)出警報(bào)提醒相關(guān)人員撤離或做好防護(hù)。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器通常分布于現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)部位，確保監(jiān)測(cè)的全面性，能夠準(zhǔn)確反饋環(huán)境的實(shí)際情況。由此可見(jiàn)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在化工安全生產(chǎn)中扮演著關(guān)鍵的角色，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量，提供預(yù)警信息，幫助企業(yè)及時(shí)采取措施，避免環(huán)境污染和事故的發(fā)生，保護(hù)員工和社會(huì)大眾的健康與安全。

3.5 緊急停車系統(tǒng)

緊急停車對(duì)保障化工生產(chǎn)安全而言，是非常重要的。這一系統(tǒng)能夠在緊急情況下，快速停止設(shè)備的運(yùn)行，避免可能的安全事故發(fā)生。以往化工生產(chǎn)中的緊急停車多是通過(guò)手動(dòng)按鈕的方式進(jìn)行觸發(fā)，這種方式存在一定的滯后性，使得相應(yīng)操作延遲較高，所取得的緊急停車效果也比較有限?；谧詣?dòng)化控制的緊急停車系統(tǒng)，能夠在檢測(cè)到緊急情況的時(shí)候，迅速觸發(fā)緊急停車指令，切斷電源或動(dòng)力，確保設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可能事故的有效控制。緊急停車可以分為局部緊急停車和全面緊急停車，前者針對(duì)事故局部實(shí)施停車操作，避免事故范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，后者則針對(duì)較大型事故進(jìn)行停車，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性[5]。

從硬件系統(tǒng)的層面上來(lái)看，緊急停車可以分為檢測(cè)單元、邏輯單元和執(zhí)行單元等幾部分，檢測(cè)單元是整個(gè)緊急停車系統(tǒng)的第一步，負(fù)責(zé)檢測(cè)可能出現(xiàn)的緊急情況。

3.6 安全連鎖系統(tǒng)

化工安全生產(chǎn)中，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)屬于非常重要的自動(dòng)化裝置，其通過(guò)檢測(cè)生產(chǎn)中相關(guān)參數(shù)，判斷其是否超出預(yù)定閾值，而后觸發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，防止事故的發(fā)生。相較于緊急停車系統(tǒng)而言，安全連鎖系統(tǒng)的保護(hù)性質(zhì)更為明顯，通常不需要對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行停車操作，能夠針對(duì)事故做出快速反應(yīng)，甚至在事故發(fā)生前就阻止其發(fā)生。例如，在化工廠的生產(chǎn)過(guò)程中，可以將氯氣管道的壓力和溫度與相應(yīng)的電磁閥連鎖在一起，如果壓力或溫度超過(guò)了預(yù)定的閾值，電磁閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，避免氯氣泄漏事故的發(fā)生。此外，在生產(chǎn)過(guò)程中還可以將排風(fēng)機(jī)與可燃?xì)怏w報(bào)警器連鎖在一起，如果可燃?xì)怏w報(bào)警器檢測(cè)到空氣中可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)，排風(fēng)機(jī)就會(huì)立即啟動(dòng)，將可燃?xì)怏w排出室外。由此可見(jiàn)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)是化工生產(chǎn)中不可缺少的重要裝置，在關(guān)鍵時(shí)刻能夠發(fā)揮重要作用，保障化工生產(chǎn)的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，化工生產(chǎn)充滿了危險(xiǎn)性，對(duì)自動(dòng)化控制表現(xiàn)出強(qiáng)烈的應(yīng)用需求，而自動(dòng)化控制的應(yīng)用，也能夠在化工生產(chǎn)中起到監(jiān)測(cè)控制、預(yù)警診斷、隔離保護(hù)等方面的作用，切實(shí)提高化工生產(chǎn)的安全性?？梢哉f(shuō)，自動(dòng)化控制已經(jīng)成為化工安全生產(chǎn)中不可缺少的重要因素，應(yīng)當(dāng)予以重視，不斷加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用研究，有利于從根本上保障化工安全生產(chǎn)。