王芳,賈福永,宋強(qiáng)
(1.威海市文登區(qū)化工產(chǎn)業(yè)園發(fā)展中心,山東 威海 264499;2.滕州市應(yīng)急管理局應(yīng)急救援指揮中心,山東 棗莊 277101;.3.青島科技大學(xué) 山東化工研究院,山東 濟(jì)南 250014)
化工是一個(gè)具有高度危險(xiǎn)性的行業(yè),如果化工企業(yè)中的流體(包括固體、液體、氣體)發(fā)生泄漏,會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞,甚至還會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)裝置周圍工作人員和廠區(qū)周邊居住的居民的身體健康造成嚴(yán)重傷害,甚至死亡等。因此,在確保安全、高效的前提下,化工企業(yè)要重點(diǎn)強(qiáng)化對(duì)危險(xiǎn)化工工藝環(huán)節(jié)的管理,因?yàn)?在涉及危險(xiǎn)化工工藝的化工生產(chǎn)裝置存在著較高的潛在的危險(xiǎn)性,因此,要對(duì)化工生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行和日常管理維護(hù)高度重視。當(dāng)前,有些化工企業(yè)為了提高生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程的安全性,已經(jīng)實(shí)施了對(duì)具有強(qiáng)放熱反應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置自動(dòng)控制和安全預(yù)警設(shè)施。然而,其缺點(diǎn)就是,在自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖裝置技術(shù)改造的過(guò)程中,還存在著一些爭(zhēng)論。從這一點(diǎn)可以看出,在現(xiàn)代化工企業(yè)中,化工生產(chǎn)危險(xiǎn)工藝的有關(guān)法規(guī)和技術(shù)水平方面,還需要進(jìn)一步完善、提高。從而推動(dòng)化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標(biāo),把自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖裝置合理、高效地運(yùn)用到化工安全生產(chǎn)中。
在化學(xué)工業(yè)持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展過(guò)程中,化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)工藝越來(lái)越多,不同的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)工藝也是千差萬(wàn)別。與傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)的安全化學(xué)工業(yè)相比,目前所研究的化學(xué)工業(yè)是一種連續(xù)的,而且可以用于大規(guī)模生產(chǎn)的。其次,化學(xué)產(chǎn)品的安全生產(chǎn)周期很長(zhǎng),而且總是在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn),保證了生產(chǎn)過(guò)程中的安全性、連續(xù)性、穩(wěn)定性[1]?;ば袠I(yè)的安全生產(chǎn)要求有特定的工藝條件,需要在高壓、高溫、易燃易爆、真空和有毒的環(huán)境中也能進(jìn)行安全生產(chǎn)。
根據(jù)國(guó)內(nèi)近年來(lái)化工行業(yè)安全生產(chǎn)事故原因統(tǒng)計(jì)分析,絕大多數(shù)安全生產(chǎn)事故均緣于生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)管控失效、工藝缺陷、員工的違章操作、應(yīng)急環(huán)節(jié)失效有關(guān),只有持續(xù)提升企業(yè)的過(guò)程自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖的水平,才能確保企業(yè)在第一時(shí)間扼住事故咽喉,否則,風(fēng)險(xiǎn)一旦失控,后果往往較為慘痛,因此引導(dǎo)化工企業(yè)提高自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖水平,引導(dǎo)企業(yè)從本質(zhì)安全、系統(tǒng)安全的角度做好安全生產(chǎn)主體責(zé)任落實(shí),才能從根本上實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)安全生產(chǎn)形勢(shì)的根本好轉(zhuǎn)。
在化工生產(chǎn)中利用自動(dòng)化控制技術(shù),應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行自動(dòng)化控制與管理。自動(dòng)化控制技術(shù)能夠在化工生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)溫度、壓力、濕度等進(jìn)行控制與調(diào)節(jié),可以有效避免在高溫環(huán)境下或高壓環(huán)境下發(fā)生安全事故的可能性,提升了化工生產(chǎn)的安全性。同時(shí),自動(dòng)化控制技術(shù)推動(dòng)了化工生產(chǎn)的變革,相關(guān)領(lǐng)域工作人員要熟練靈活的應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù),嚴(yán)格遵照相關(guān)操作流程與標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定科學(xué)合理的自動(dòng)化控制方案,進(jìn)而提升化工生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。在化工生產(chǎn)制作過(guò)程中,由于化學(xué)物質(zhì)本身具有易燃易爆炸、易腐蝕的特點(diǎn),因此化工生產(chǎn)也存在較高的危險(xiǎn)性。一旦在化工生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)操作失誤或其他問(wèn)題,容易對(duì)一定QE范圍內(nèi)的人身安全與健康造成威脅。因此,在化工生產(chǎn)過(guò)程中,要提升對(duì)安全生產(chǎn)的重視力度,避免造成人員傷亡或損失。基于此,提升對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要,自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)どa(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行有效監(jiān)督管理,保障各作業(yè)環(huán)節(jié)能夠達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求,從而對(duì)提升整個(gè)化工生成過(guò)程的安全性。
近年來(lái),雖然化工行業(yè)中危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平逐步提高,我國(guó)的安全生產(chǎn)形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn),但生產(chǎn)的自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖水平仍然不高,多數(shù)化工生產(chǎn)企業(yè)中危險(xiǎn)性較大場(chǎng)所的人員數(shù)量仍然相對(duì)較多,生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū)未有效分隔或管理松散的情況較為普遍。上述問(wèn)題導(dǎo)致化工行業(yè)中危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)科技水平,自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖水平不高,存在發(fā)生較大生產(chǎn)安全事故的隱患[2]。實(shí)施自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖是認(rèn)真落實(shí)安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃及應(yīng)急管理部“科技強(qiáng)安”有關(guān)要求的具體舉措,可有效提高自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖對(duì)安全生產(chǎn)的支撐作用,避免或減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生,有效隔離生產(chǎn)區(qū)與非生產(chǎn)區(qū),進(jìn)一步降低化工行業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。
將自動(dòng)化控制技術(shù)運(yùn)用到化工生產(chǎn)中,運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制和管理。自動(dòng)化控制技術(shù)可以在化工生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)溫度、壓力、濕度等進(jìn)行控制與調(diào)節(jié),可以有效地防止在高溫或高壓環(huán)境下,發(fā)生安全事故,提高化工生產(chǎn)的安全性。與此同時(shí),自動(dòng)化控制技術(shù)也在促進(jìn)著化工生產(chǎn)的發(fā)展,在此過(guò)程中,有關(guān)部門的工作人員必須對(duì)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行熟練運(yùn)用,并按照相應(yīng)的操作程序和標(biāo)準(zhǔn),制定出一套科學(xué)、合理的自動(dòng)化控制計(jì)劃,從而提高化工生產(chǎn)的品質(zhì)和效率[3]?;瘜W(xué)藥品的易燃、易爆、易腐蝕等特性,使化學(xué)藥品的制造也具有很大的危險(xiǎn)性。在化工生產(chǎn)中,如果發(fā)生了一些錯(cuò)誤或者其他的問(wèn)題,就很可能會(huì)給在某一質(zhì)量環(huán)境中的人員安全和健康帶來(lái)危險(xiǎn)。所以,在化工行業(yè),必須提高對(duì)安全的認(rèn)識(shí),才能減少事故的發(fā)生。在這種情況下,提高對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的。自動(dòng)化控制技術(shù)可以對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理,保證各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)可以達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求,從而提高整個(gè)化工生成過(guò)程的安全性。
自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的運(yùn)用是一種很有必要的方法,在具體的運(yùn)用過(guò)程中,主要有模型檢測(cè)分析和儀器實(shí)時(shí)控制。模型檢測(cè)分析的應(yīng)用可以對(duì)化工安全生產(chǎn)的全部過(guò)程與環(huán)節(jié)展開有效的監(jiān)督與控制,還可以對(duì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確,從而可以有效地解決模型分析困難的問(wèn)題。使有關(guān)技術(shù)人員在遇到故障時(shí)能迅速發(fā)現(xiàn)解決辦法。采用自動(dòng)監(jiān)控技術(shù),可以有效地對(duì)化工生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,為企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的安全事故提供了一個(gè)可靠的依據(jù)。通過(guò)對(duì)儀表的實(shí)時(shí)監(jiān)控,技術(shù)人可以及時(shí)地掌握化工安全生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié),相關(guān)工作人員在利用儀表監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息,可以有效地解決各類問(wèn)題,從而可以對(duì)化工生產(chǎn)中的安全隱患進(jìn)行有效地處理。比如,利用 DCS技術(shù)來(lái)完成對(duì)整個(gè)過(guò)程的監(jiān)控,如果在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題,那么就可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理,從而避免對(duì)整個(gè)生產(chǎn)帶來(lái)不利的影響[4]。當(dāng)故障發(fā)生之后,DCS控制系統(tǒng)可以檢測(cè)到變化,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警,提醒有關(guān)人員進(jìn)行維護(hù),還可以幫助工作人員準(zhǔn)確地找到故障的位置。自動(dòng)化控制是一種自動(dòng)依照既定程序或指令進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的一種技術(shù)方法,按自動(dòng)化程度又分為兩種,一種是全自動(dòng)化控制,一種是半自動(dòng)化控制。它可以用于生產(chǎn)過(guò)程的控制,機(jī)械制造的控制,以及管理過(guò)程的控制。國(guó)內(nèi)的自動(dòng)控制技術(shù)已在化學(xué)工業(yè)中運(yùn)用了數(shù)十年,其發(fā)展方式主要有引進(jìn)與自主研發(fā)?;瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展也從手工操作,機(jī)械控制,到自動(dòng)控制??删幊绦蚩刂破魇且环N內(nèi)存,它使用了一種可程序控制。它是一個(gè)內(nèi)存的程序,它的主要作用有:執(zhí)行邏輯運(yùn)算,執(zhí)行順序控制,執(zhí)行時(shí)間,計(jì)數(shù),執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算等。它的控制模式為中數(shù)碼型或模擬型的輸入型??删幊炭刂破鞯闹饕卣魇?(1)性能價(jià)格比高,功能強(qiáng)大;(2)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng);(3)維護(hù)簡(jiǎn)便??捎糜诓贿B續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)和中小型工業(yè)的連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。FCS系統(tǒng)是在 DCS和 PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的,它既具備了 DCS系統(tǒng)和 PLC系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn),又具備了更強(qiáng)大、更完備的控制功能?,F(xiàn)場(chǎng)總線的引入,大大降低了復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線,并使得現(xiàn)場(chǎng)總線的布置更為合理。
應(yīng)急停機(jī)是近年來(lái)在化學(xué)工業(yè)中廣泛使用的一種應(yīng)急停機(jī)裝置,主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)和工作狀況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。當(dāng)被監(jiān)測(cè)對(duì)象與正常值有差異時(shí),則為滿足緊急停車條件,將監(jiān)控系統(tǒng)由緊急停車系統(tǒng)代替,并向發(fā)生事故的操作環(huán)節(jié)下達(dá)停車命令,保證生產(chǎn)的安全。緊急停車系統(tǒng)通常可分為三種狀態(tài),即正常停車、局部緊急停車與全面緊急停車,并根據(jù)不同的情況采取對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化操作。當(dāng)設(shè)備在常規(guī)維護(hù)范圍內(nèi)時(shí),會(huì)發(fā)布常規(guī)停機(jī)命令。當(dāng)發(fā)生不明原因的突發(fā)事故時(shí),系統(tǒng)將給出完整的應(yīng)急停機(jī)指示,以方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行徹底、仔細(xì)的檢測(cè)。
安全儀表系統(tǒng),又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng),主要為工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分,對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制,是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。能夠?qū)崿F(xiàn):保證生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、事故安全聯(lián)鎖;安全聯(lián)鎖報(bào)警;聯(lián)鎖動(dòng)作和投運(yùn)顯示等保障裝置安全運(yùn)行的重要功能。
安全聯(lián)鎖是一種安全技術(shù)措施,它可以在安全隱患消除之前,對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的接觸進(jìn)行制止。應(yīng)急停機(jī)系統(tǒng)(ESD)作為一種安全聯(lián)鎖技術(shù)被廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)。在設(shè)備出現(xiàn)故障或工作過(guò)程中出現(xiàn)意外情況時(shí),保護(hù)裝置可以在第一時(shí)間關(guān)閉設(shè)備,保證不會(huì)出現(xiàn)任何的安全事故。為了提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性,一般情況下,ESD系統(tǒng)與 PLC系統(tǒng)、CS系統(tǒng)以及 FCS系統(tǒng)相結(jié)合,ESD系統(tǒng)能夠在溫度、壓力和液位超限,或者可氣體和有害氣體的濃度超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí),對(duì)其進(jìn)行報(bào)警,并且會(huì)開啟安全聯(lián)鎖技術(shù)。對(duì)于具有較高危險(xiǎn)性的化學(xué)裝置,除了配置自動(dòng)控制裝置外,還需配置防靜電裝置,以保證在出現(xiàn)異常狀況時(shí),不會(huì)出現(xiàn)安全事故[5]。在化工安全生產(chǎn)中,安全儀表裝置起到了很大的作用,在化工工業(yè)的實(shí)際操作中,使用安全儀表裝置,可以自動(dòng)地給出事故報(bào)警,并發(fā)出安全信號(hào)。在使用自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖的過(guò)程中,可以有效地解決化工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的潛在安全問(wèn)題,減少事故隱患對(duì)施工人員造成的經(jīng)濟(jì)損失,確保各個(gè)環(huán)節(jié)工作的順利進(jìn)行,減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。
(1)由于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)工藝中具有高溫、高壓、使用大量易燃易爆、有毒有害物料等特點(diǎn),導(dǎo)致自身的安全性不高,因此,在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,存在著大量的安全隱患,這將直接影響到化學(xué)工業(yè)的整體發(fā)展。在具體的生產(chǎn)過(guò)程中,化工生產(chǎn)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間都有著密切、緊密的聯(lián)系,其中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題,都有可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故,從而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡等安全事故。需要將自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警裝置運(yùn)用到化工生產(chǎn)的每一個(gè)危險(xiǎn)環(huán)節(jié)中,以便能夠?qū)どa(chǎn)中的各類事故做出有效的預(yù)報(bào)、預(yù)防,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,并在最短的時(shí)間內(nèi)給出預(yù)警,以便工作人員能夠及時(shí)地采取有效的行動(dòng)來(lái)消除安全隱患、制止安全生產(chǎn)事故的發(fā)生,保證化工企業(yè)的各類生產(chǎn)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
(2)以原國(guó)家安全監(jiān)管總局公布的18種重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝為切入點(diǎn),通過(guò)拓展傳感器的泛在感知,實(shí)現(xiàn)多源設(shè)備、異構(gòu)系統(tǒng)、作業(yè)環(huán)境、人員、庫(kù)存等數(shù)據(jù)的全面感知,將裝置運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)、運(yùn)行模式實(shí)時(shí)顯示,增強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)工藝的全方位全流程監(jiān)控。在重點(diǎn)裝置、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署數(shù)據(jù)分析算法,在邊緣控制器上集成智能控制引擎,實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化。
基于化工行業(yè)同類設(shè)備故障案例庫(kù)和專家知識(shí)庫(kù),建立設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警模型,應(yīng)用自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖報(bào)警裝置,開發(fā)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)和建立遠(yuǎn)程診斷預(yù)警中心,使之具備大機(jī)組、關(guān)鍵機(jī)泵及壓力容器、常壓關(guān)鍵容器等設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估、故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)功能,從而實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)中機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重、旋轉(zhuǎn)不平衡失速、儲(chǔ)罐滲漏、管道腐蝕、軸承損壞等設(shè)備異常工況和失效風(fēng)險(xiǎn)提前報(bào)警,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的被動(dòng)維護(hù)、周期性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)為預(yù)測(cè)性維護(hù),避免停機(jī)生產(chǎn)損失、過(guò)剩檢維修、超量備件儲(chǔ)備、過(guò)度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn),有效減少設(shè)備故障,遏制因設(shè)備失效引發(fā)的安全事故,確保設(shè)備服役期間安全可靠長(zhǎng)周期運(yùn)行。
引導(dǎo)企業(yè)強(qiáng)化和規(guī)范對(duì)生產(chǎn)作業(yè)人員的自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖裝置的控制原理和應(yīng)用培訓(xùn),著力解決企業(yè)安全培訓(xùn)工作開展不平衡、特種作業(yè)人員持證上崗率達(dá)不到100%、一線員工操作培訓(xùn)不到位及安全培訓(xùn)、安全管理薄弱等突出問(wèn)題,全面提升化工企業(yè)從業(yè)人員技術(shù)能力、安全素質(zhì),防止和減少“三違”行為,最大限度減少生產(chǎn)安全事故。
總而言之,化工行業(yè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著密切關(guān)系,它是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著重要的地位。它的發(fā)展?fàn)顩r對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有著直接的影響。在中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的情況下,對(duì)化工自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖技術(shù)進(jìn)行廣泛的應(yīng)用,可以對(duì)化工行業(yè)的安全發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。為此,必須對(duì)化工安全生產(chǎn)的特征進(jìn)行分析,運(yùn)用自動(dòng)化控制、安全聯(lián)鎖裝置、自動(dòng)聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng),對(duì)化工企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行中的安全隱患起到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早處置的作用,減少安全生產(chǎn)事故的發(fā)生的可能性,實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)的安全、穩(wěn)定、快速發(fā)展。