王芳,賈福永,宋強

(1.威海市文登區(qū)化工產業(yè)園發(fā)展中心,山東 威海 264499;2.滕州市應急管理局應急救援指揮中心,山東 棗莊 277101;.3.青島科技大學 山東化工研究院,山東 濟南 250014)

化工是一個具有高度危險性的行業(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,會對環(huán)境造成嚴重的破壞,甚至還會對化工生產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)要重點強化對危險化工工藝環(huán)節(jié)的管理,因為,在涉及危險化工工藝的化工生產裝置存在著較高的潛在的危險性,因此,要對化工生產裝置的安全運行和日常管理維護高度重視。當前,有些化工企業(yè)為了提高生產設備在生產過程的安全性,已經實施了對具有強放熱反應的生產設備設置自動控制和安全預警設施。然而,其缺點就是,在自動化控制和安全聯鎖裝置技術改造的過程中,還存在著一些爭論。從這一點可以看出,在現代化工企業(yè)中,化工生產危險工藝的有關法規(guī)和技術水平方面,還需要進一步完善、提高。從而推動化工企業(yè)實現安全生產的目標,把自動化控制及安全聯鎖裝置合理、高效地運用到化工安全生產中。

1 化學工業(yè)安全生產工藝特征

在化學工業(yè)持續(xù)進步和發(fā)展過程中,化學工業(yè)的生產工藝越來越多,不同的化學工業(yè)的生產工藝也是千差萬別。與傳統的化學工業(yè)的安全化學工業(yè)相比,目前所研究的化學工業(yè)是一種連續(xù)的,而且可以用于大規(guī)模生產的。其次,化學產品的安全生產周期很長,而且總是在滿負荷狀態(tài)下運轉,保證了生產過程中的安全性、連續(xù)性、穩(wěn)定性[1]。化工行業(yè)的安全生產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)境中也能進行安全生產。

根據國內近年來化工行業(yè)安全生產事故原因統計分析,絕大多數安全生產事故均緣于生產作業(yè)環(huán)節(jié)風險管控失效、工藝缺陷、員工的違章操作、應急環(huán)節(jié)失效有關,只有持續(xù)提升企業(yè)的過程自動控制及安全聯鎖的水平,才能確保企業(yè)在第一時間扼住事故咽喉,否則,風險一旦失控,后果往往較為慘痛,因此引導化工企業(yè)提高自動控制及安全聯鎖水平,引導企業(yè)從本質安全、系統安全的角度做好安全生產主體責任落實,才能從根本上實現化工行業(yè)安全生產形勢的根本好轉。

2 自動化控制技術及重要性

在化工生產中利用自動化控制技術,應用先進的設備與技術對整個生產流程進行自動化控制與管理。自動化控制技術能夠在化工生產過程中,對溫度、壓力、濕度等進行控制與調節(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,提升了化工生產的安全性。同時,自動化控制技術推動了化工生產的變革,相關領域工作人員要熟練靈活的應用自動化技術,嚴格遵照相關操作流程與標準,設定科學合理的自動化控制方案,進而提升化工生產的質量與效率。在化工生產制作過程中,由于化學物質本身具有易燃易爆炸、易腐蝕的特點,因此化工生產也存在較高的危險性。一旦在化工生產過程中出現操作失誤或其他問題,容易對一定QE范圍內的人身安全與健康造成威脅。因此,在化工生產過程中,要提升對安全生產的重視力度,避免造成人員傷亡或損失。基于此,提升對自動化控制技術的應用至關重要,自動化控制技術能夠對化工生產過程中進行有效監(jiān)督管理,保障各作業(yè)環(huán)節(jié)能夠達到規(guī)定的標準要求,從而對提升整個化工生成過程的安全性。

3 自動控制技術在化工生產中的意義

近年來,雖然化工行業(yè)中危險化學品生產企業(yè)的安全生產管理水平逐步提高,我國的安全生產形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉,但生產的自動化控制及安全聯鎖水平仍然不高,多數化工生產企業(yè)中危險性較大場所的人員數量仍然相對較多,生產區(qū)與非生產區(qū)未有效分隔或管理松散的情況較為普遍。上述問題導致化工行業(yè)中危險化學品生產企業(yè)安全生產科技水平,自動控制及安全聯鎖水平不高,存在發(fā)生較大生產安全事故的隱患[2]。實施自動化控制及安全聯鎖是認真落實安全生產“十三五”規(guī)劃及應急管理部“科技強安”有關要求的具體舉措,可有效提高自動化控制及安全聯鎖對安全生產的支撐作用,避免或減少安全生產事故的發(fā)生,有效隔離生產區(qū)與非生產區(qū),進一步降低化工行業(yè)安全風險。

將自動化控制技術運用到化工生產中,運用先進的設備和技術,實現對整個生產過程的自動化控制和管理。自動化控制技術可以在化工生產過程中,對溫度、壓力、濕度等進行控制與調節(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,提高化工生產的安全性。與此同時,自動化控制技術也在促進著化工生產的發(fā)展,在此過程中,有關部門的工作人員必須對自動化技術進行熟練運用,并按照相應的操作程序和標準,制定出一套科學、合理的自動化控制計劃,從而提高化工生產的品質和效率[3]?；瘜W藥品的易燃、易爆、易腐蝕等特性,使化學藥品的制造也具有很大的危險性。在化工生產中,如果發(fā)生了一些錯誤或者其他的問題,就很可能會給在某一質量環(huán)境中的人員安全和健康帶來危險。所以,在化工行業(yè),必須提高對安全的認識,才能減少事故的發(fā)生。在這種情況下,提高對自動化控制技術的應用是非常重要的。自動化控制技術可以對化工生產過程中進行有效的監(jiān)督和管理,保證各個作業(yè)環(huán)節(jié)可以達到規(guī)定的標準要求,從而提高整個化工生成過程的安全性。

4 在化學工業(yè)中實現自動化控制和安全聯鎖的措施

4.1 安全生產過程中的自動控制

自動化控制在化工安全生產中的運用是一種很有必要的方法,在具體的運用過程中,主要有模型檢測分析和儀器實時控制。模型檢測分析的應用可以對化工安全生產的全部過程與環(huán)節(jié)展開有效的監(jiān)督與控制,還可以對模型內部結構進行明確,從而可以有效地解決模型分析困難的問題。使有關技術人員在遇到故障時能迅速發(fā)現解決辦法。采用自動監(jiān)控技術,可以有效地對化工生產進行實時監(jiān)控,為企業(yè)在生產過程中發(fā)生的安全事故提供了一個可靠的依據。通過對儀表的實時監(jiān)控,技術人可以及時地掌握化工安全生產的各個環(huán)節(jié),相關工作人員在利用儀表監(jiān)測到的數據信息,可以有效地解決各類問題,從而可以對化工生產中的安全隱患進行有效地處理。比如,利用 DCS技術來完成對整個過程的監(jiān)控,如果在設備的運轉過程中出現了問題,那么就可以對其進行及時的處理,從而避免對整個生產帶來不利的影響[4]。當故障發(fā)生之后,DCS控制系統可以檢測到變化,從而實現自動報警,提醒有關人員進行維護,還可以幫助工作人員準確地找到故障的位置。自動化控制是一種自動依照既定程序或指令進行生產作業(yè)的一種技術方法,按自動化程度又分為兩種,一種是全自動化控制,一種是半自動化控制。它可以用于生產過程的控制,機械制造的控制,以及管理過程的控制。國內的自動控制技術已在化學工業(yè)中運用了數十年,其發(fā)展方式主要有引進與自主研發(fā)?；瘜W工業(yè)的發(fā)展也從手工操作,機械控制,到自動控制?？删幊绦蚩刂破魇且环N內存,它使用了一種可程序控制。它是一個內存的程序,它的主要作用有:執(zhí)行邏輯運算,執(zhí)行順序控制,執(zhí)行時間,計數,執(zhí)行數學運算等。它的控制模式為中數碼型或模擬型的輸入型。可編程控制器的主要特征是:(1)性能價格比高,功能強大;(2)可靠性高,抗干擾能力強;(3)維護簡便。可用于不連續(xù)的工業(yè)生產和中小型工業(yè)的連續(xù)工業(yè)生產。FCS系統是在 DCS和 PLC的基礎上發(fā)展出來的,它既具備了 DCS系統和 PLC系統的所有優(yōu)點,又具備了更強大、更完備的控制功能?，F場總線的引入,大大降低了復雜的現場總線,并使得現場總線的布置更為合理。

4.2 應急停機裝置在化工安全生產中的運用

應急停機是近年來在化學工業(yè)中廣泛使用的一種應急停機裝置,主要是為了實現對裝置的各項關鍵參數和工作狀況的自動監(jiān)測。當被監(jiān)測對象與正常值有差異時,則為滿足緊急停車條件,將監(jiān)控系統由緊急停車系統代替,并向發(fā)生事故的操作環(huán)節(jié)下達停車命令,保證生產的安全。緊急停車系統通?？煞譃槿N狀態(tài),即正常停車、局部緊急停車與全面緊急停車,并根據不同的情況采取對應的自動化操作。當設備在常規(guī)維護范圍內時,會發(fā)布常規(guī)停機命令。當發(fā)生不明原因的突發(fā)事故時,系統將給出完整的應急停機指示,以方便對設備進行徹底、仔細的檢測。

4.3 安全儀表系統

安全儀表系統,又稱為安全聯鎖系統,主要為工廠控制系統中報警和聯鎖部分,對控制系統中檢測的結果實施報警動作或調節(jié)或停機控制,是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。能夠實現:保證生產的正常運轉、事故安全聯鎖;安全聯鎖報警;聯鎖動作和投運顯示等保障裝置安全運行的重要功能。

安全聯鎖是一種安全技術措施,它可以在安全隱患消除之前,對危險區(qū)域的接觸進行制止。應急停機系統(ESD)作為一種安全聯鎖技術被廣泛應用于化工企業(yè)。在設備出現故障或工作過程中出現意外情況時,保護裝置可以在第一時間關閉設備,保證不會出現任何的安全事故。為了提高自動化控制系統的安全性,一般情況下,ESD系統與 PLC系統、CS系統以及 FCS系統相結合,ESD系統能夠在溫度、壓力和液位超限,或者可氣體和有害氣體的濃度超出標準時,對其進行報警,并且會開啟安全聯鎖技術。對于具有較高危險性的化學裝置,除了配置自動控制裝置外,還需配置防靜電裝置,以保證在出現異常狀況時,不會出現安全事故[5]。在化工安全生產中,安全儀表裝置起到了很大的作用,在化工工業(yè)的實際操作中,使用安全儀表裝置,可以自動地給出事故報警,并發(fā)出安全信號。在使用自動化控制及安全聯鎖的過程中,可以有效地解決化工作業(yè)現場的潛在安全問題,減少事故隱患對施工人員造成的經濟損失,確保各個環(huán)節(jié)工作的順利進行,減少安全生產事故的發(fā)生。

4.4 在化工安全生產中使用自動聯鎖報警設備

(1)由于化學工業(yè)生產工藝中具有高溫、高壓、使用大量易燃易爆、有毒有害物料等特點,導致自身的安全性不高,因此,在實際的生產過程中,存在著大量的安全隱患,這將直接影響到化學工業(yè)的整體發(fā)展。在具體的生產過程中,化工生產的各個生產環(huán)節(jié)之間都有著密切、緊密的聯系,其中的任何一個環(huán)節(jié)出了問題,都有可能導致整個生產過程中出現安全生產事故,從而導致火災、爆炸、財產損失、人員傷亡等安全事故。需要將自動聯鎖報警裝置運用到化工生產的每一個危險環(huán)節(jié)中,以便能夠對化工生產中的各類事故做出有效的預報、預防,及時地發(fā)現潛在的安全隱患,并在最短的時間內給出預警,以便工作人員能夠及時地采取有效的行動來消除安全隱患、制止安全生產事故的發(fā)生,保證化工企業(yè)的各類生產設備的安全穩(wěn)定運轉。

(2)以原國家安全監(jiān)管總局公布的18種重點監(jiān)管危險化工工藝為切入點,通過拓展傳感器的泛在感知,實現多源設備、異構系統、作業(yè)環(huán)境、人員、庫存等數據的全面感知,將裝置運行的實時狀態(tài)、運行模式實時顯示,增強對危險工藝的全方位全流程監(jiān)控。在重點裝置、關鍵節(jié)點部署數據分析算法,在邊緣控制器上集成智能控制引擎,實現對工藝過程的自動調整和優(yōu)化。

4.5 生產過程中設備完整性管理與預測性維修。

基于化工行業(yè)同類設備故障案例庫和專家知識庫,建立設備異常狀態(tài)預警模型,應用自動控制及安全聯鎖報警裝置,開發(fā)設備運行狀態(tài)監(jiān)測信息系統和建立遠程診斷預警中心,使之具備大機組、關鍵機泵及壓力容器、常壓關鍵容器等設備健康狀態(tài)評估、故障趨勢預測功能,從而實現化工生產中機組振動嚴重、旋轉不平衡失速、儲罐滲漏、管道腐蝕、軸承損壞等設備異常工況和失效風險提前報警,轉變傳統的被動維護、周期性維護和預防性維護為預測性維護,避免停機生產損失、過剩檢維修、超量備件儲備、過度依賴個人經驗,有效減少設備故障,遏制因設備失效引發(fā)的安全事故,確保設備服役期間安全可靠長周期運行。

5 強化化工企業(yè)自動化控制及安全聯鎖培訓管理水平

引導企業(yè)強化和規(guī)范對生產作業(yè)人員的自動化控制和安全聯鎖裝置的控制原理和應用培訓,著力解決企業(yè)安全培訓工作開展不平衡、特種作業(yè)人員持證上崗率達不到100%、一線員工操作培訓不到位及安全培訓、安全管理薄弱等突出問題,全面提升化工企業(yè)從業(yè)人員技術能力、安全素質,防止和減少“三違”行為,最大限度減少生產安全事故。

6 結束語

總而言之,化工行業(yè)與國民經濟發(fā)展有著密切關系,它是我國經濟發(fā)展的支柱產業(yè)之一,在國民經濟發(fā)展中有著重要的地位。它的發(fā)展狀況對我國經濟發(fā)展水平有著直接的影響。在中國特色社會主義市場經濟高速發(fā)展的情況下,對化工自動化控制及安全聯鎖技術進行廣泛的應用,可以對化工行業(yè)的安全發(fā)展起到積極的推動作用。為此,必須對化工安全生產的特征進行分析,運用自動化控制、安全聯鎖裝置、自動聯鎖報警系統,對化工企業(yè)的生產運行中的安全隱患起到早發(fā)現、早預警、早處置的作用,減少安全生產事故的發(fā)生的可能性,實現化工行業(yè)的安全、穩(wěn)定、快速發(fā)展。