摘要：為了提高水煤漿氣化工藝的安全性和生產(chǎn)效率，針對(duì)其復(fù)雜的工藝特性和存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)了一種安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC、DCS、傳感器等核心部件，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵工藝參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并執(zhí)行預(yù)設(shè)的聯(lián)鎖保護(hù)措施，從而構(gòu)建多層次安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠有效預(yù)防事故發(fā)生，顯著降低非計(jì)劃停車(chē)次數(shù)，提高設(shè)備可用率和產(chǎn)能利用率，從而提升水煤漿氣化工藝的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：水煤漿氣化;安全聯(lián)鎖;過(guò)程監(jiān)控;報(bào)警管理;緊急停車(chē)水煤漿氣化技術(shù)作為清潔高效利用煤炭資源的重要途徑，受到廣泛關(guān)注。然而，該技術(shù)涉及高溫高壓工況及易燃易爆介質(zhì)，存在一定安全隱患，對(duì)生產(chǎn)控制和安全防護(hù)提出更高要求。為確保水煤漿氣化裝置的安全可靠運(yùn)行，有必要構(gòu)建完善的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

1水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需遵循可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性等基本原則，以確保系統(tǒng)在各種操作環(huán)境下均能高效可靠運(yùn)行。

（1） 可靠性原則要求系統(tǒng)具備故障容錯(cuò)能力，能在部件失效時(shí)仍執(zhí)行基本安全控制功能，預(yù)防潛在事故，并在極端條件下維持操作穩(wěn)定性。

（2） 實(shí)時(shí)性原則要求系統(tǒng)即時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)，如溫度、壓力和流量等，一旦檢測(cè)到異常，立即采取措施，避免事故發(fā)生。

（3） 安全性原則要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)確保本質(zhì)安全性，采取冗余備份和故障安全性措施，防范操作失誤及共因故障風(fēng)險(xiǎn)，最大限度降低潛在危險(xiǎn)隱患。

針對(duì)水煤漿氣化過(guò)程的獨(dú)特性，系統(tǒng)還需對(duì)流動(dòng)性物料進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，并適應(yīng)高溫、高壓、易燃易爆等環(huán)境，對(duì)氣化過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行預(yù)判，預(yù)設(shè)反應(yīng)措施。

1.2系統(tǒng)架構(gòu)與核心部件

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)需要融合硬件平臺(tái)與軟件結(jié)構(gòu)，構(gòu)建高度可靠且能實(shí)時(shí)響應(yīng)的控制體系。其依托程序邏輯控制器（PLC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等核心部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)水煤漿氣化過(guò)程的精準(zhǔn)監(jiān)控。PLC與DCS作為系統(tǒng)的中樞，承擔(dān)數(shù)據(jù)處理與決策執(zhí)行的重要角色，保證操作指令的精確下達(dá)及執(zhí)行;傳感器作為捕獲過(guò)程參數(shù)的關(guān)鍵工具，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、壓力、流量等關(guān)鍵指標(biāo)，是系統(tǒng)感知外部環(huán)境變化的基礎(chǔ);執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如閥門(mén)、泵等，主要根據(jù)控制中心的指令進(jìn)行實(shí)際操作，確保過(guò)程的安全與穩(wěn)定［1］。

1.3系統(tǒng)功能

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的核心運(yùn)行目標(biāo)為全面監(jiān)控氣化過(guò)程，保障整個(gè)水煤漿氣化操作的安全性與穩(wěn)定性，其功能模塊主要包括過(guò)程監(jiān)控、報(bào)警管理及緊急停車(chē)，彼此間通過(guò)精確的邏輯關(guān)系和協(xié)同機(jī)制高效作用，形成多層次的安全保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。

（1） 過(guò)程監(jiān)控模塊持續(xù)收集氣化過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力和流量，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測(cè)到的參數(shù)超出設(shè)定的安全范圍，即刻啟動(dòng)報(bào)警管理模塊。

（2） 報(bào)警管理模塊根據(jù)異常的嚴(yán)重性級(jí)別發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，引導(dǎo)操作人員采取適當(dāng)措施或直接觸發(fā)緊急停車(chē)程序以防范潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 在緊急情況下，緊急停車(chē)模塊迅速介入，通過(guò)切斷能源供應(yīng)和控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最大限度地縮小事故的影響范圍和降低損失程度。

系統(tǒng)充分考慮氣化過(guò)程的復(fù)雜性和潛在危險(xiǎn)性，通過(guò)設(shè)置不同級(jí)別的響應(yīng)機(jī)制，確保在發(fā)現(xiàn)初期異常時(shí)即刻采取措施，避免事態(tài)惡化。

2水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1安全聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)全面考慮工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)、權(quán)限管理及事故響應(yīng)等多個(gè)維度，構(gòu)建多層次防護(hù)體系。工藝參數(shù)聯(lián)鎖需基于風(fēng)險(xiǎn)分析，針對(duì)溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置合理的聯(lián)鎖閾值。一旦超出正常工作范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)切斷相關(guān)設(shè)備。以氣化爐溫度T為例，高溫聯(lián)鎖閾值Tmax可通過(guò)工藝模型方程及安全余量計(jì)算確定：Tmax=f（P，C，Q...）+安全余量式中：P為爐內(nèi)壓力;C為煤漿組分;Q為供熱量等。

設(shè)備狀態(tài)聯(lián)鎖則需監(jiān)視各設(shè)備開(kāi)停狀態(tài)，確保遵循嚴(yán)格的操作邏輯。以氣化爐啟動(dòng)為例，可設(shè)置先決條件為：爐膛惰氣置換完成預(yù)熱系統(tǒng)正常閥門(mén)狀態(tài)就緒，滿足全部條件后方可發(fā)出“啟動(dòng)”指令。報(bào)警聯(lián)鎖需對(duì)安全儀表報(bào)警信號(hào)作出響應(yīng)，根據(jù)報(bào)警級(jí)別采取切斷部分工序或緊急停車(chē)等措施。權(quán)限管理聯(lián)鎖將對(duì)操作命令的發(fā)出主體進(jìn)行權(quán)限校驗(yàn)，防止非授權(quán)誤操作。在發(fā)生事故時(shí)，反事故聯(lián)鎖將快速作出反應(yīng)，切斷危險(xiǎn)源、限制蔓延，將損失控制在最小范圍。

2.2功能模塊

2.2.1過(guò)程監(jiān)控模塊

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)的全面采集、處理、監(jiān)視和趨勢(shì)分析，并提供人機(jī)交互界面。該模塊利用分布式控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，獲取溫度、壓力、流量、組分等原始數(shù)據(jù)，并通過(guò)算法進(jìn)行預(yù)處理，獲得規(guī)范化的實(shí)時(shí)工藝參數(shù)值，同時(shí)存儲(chǔ)和管理歷史數(shù)據(jù)。

狀態(tài)監(jiān)視是該模塊的核心功能，通過(guò)設(shè)置多種監(jiān)視模式，實(shí)時(shí)監(jiān)視各參數(shù)是否處于正常允許范圍，異常時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的連鎖保護(hù)動(dòng)作。過(guò)程監(jiān)控模塊還需對(duì)工藝參數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，提前預(yù)測(cè)潛在異常，為預(yù)防性聯(lián)鎖措施提供依據(jù)。

該模塊還實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能，為操作人員提供直觀的工藝狀態(tài)顯示界面，支持人工干預(yù)，界面設(shè)計(jì)遵循工業(yè)人體工學(xué)和人機(jī)工程學(xué)原則［2］。

2.2.2報(bào)警管理模塊

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的報(bào)警管理模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類工藝異常報(bào)警信號(hào)的全流程管理。該模塊首先配置潛在報(bào)警源，包括安全儀表報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、工藝參數(shù)報(bào)警等，設(shè)置唯一編碼、級(jí)別、描述等信息。

實(shí)時(shí)監(jiān)視報(bào)警源狀態(tài)，檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后，采用重復(fù)確認(rèn)、人工確認(rèn)、報(bào)警鎖存等策略排除誤報(bào)。確認(rèn)后判斷報(bào)警級(jí)別，執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，將異常情況控制在可控范圍內(nèi)。報(bào)警信息實(shí)時(shí)顯示在人機(jī)界面上，并詳細(xì)記錄在日志中。

該模塊還對(duì)歷史報(bào)警記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)報(bào)警頻發(fā)點(diǎn)和潛在問(wèn)題，為系統(tǒng)優(yōu)化和故障診斷提供依據(jù)，可借助數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析。

2.2.3緊急停車(chē)模塊

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的緊急停車(chē)模塊承擔(dān)著將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入最安全狀態(tài)的重任，能識(shí)別所有導(dǎo)致緊急停車(chē)的信號(hào)源，并為每個(gè)信號(hào)源設(shè)置唯一編碼、優(yōu)先級(jí)及描述信息。該模塊采用多級(jí)別確認(rèn)和測(cè)試模式切換等策略，對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，避免誤操作。根據(jù)觸發(fā)信號(hào)的類型和優(yōu)先級(jí)，模塊確定執(zhí)行的緊急停車(chē)級(jí)別，如局部工序停車(chē)、整條生產(chǎn)線停車(chē)或全廠停車(chē)。針對(duì)各級(jí)別，預(yù)先設(shè)計(jì)相應(yīng)的停車(chē)序列邏輯，指定需切斷的動(dòng)力源和危險(xiǎn)源，以及切斷順序和時(shí)序要求，通常采用狀態(tài)機(jī)或程序流程實(shí)現(xiàn)該邏輯。按照停車(chē)邏輯發(fā)出切斷指令，控制電磁閥、斷路器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力源和危險(xiǎn)源的快速、可靠、安全切斷。模塊實(shí)時(shí)監(jiān)視各設(shè)備停車(chē)狀態(tài)，確認(rèn)措施執(zhí)行正確，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警并采取應(yīng)急措施。在緊急停車(chē)完成后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行鎖定，排查故障，消除隱患，經(jīng)嚴(yán)格解鎖流程后，系統(tǒng)方可重新投入運(yùn)行。

3水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

為驗(yàn)證該安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，某水煤漿氣化工廠在系統(tǒng)建成后進(jìn)行了為期一年的試運(yùn)行，全面評(píng)估了系統(tǒng)在安全性、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益等方面的表現(xiàn)，其結(jié)果如下。

3.1安全性評(píng)估

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)在為期一年的應(yīng)用實(shí)踐中，顯著降低了事故發(fā)生率，從安裝前的每千小時(shí)0.45次事故降至0.08次，下降率達(dá)82%。系統(tǒng)平均故障響應(yīng)時(shí)間由45 s縮短至15 s，反映了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力和聯(lián)鎖保護(hù)措施的快速執(zhí)行能力，顯著優(yōu)化了故障處理流程。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的執(zhí)行效率達(dá)到98.5%，確保在潛在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確地執(zhí)行預(yù)設(shè)的保護(hù)措施，極大地提高了裝置的安全性，系統(tǒng)的應(yīng)用還促進(jìn)了員工安全意識(shí)的提升，安全操作規(guī)程的遵守率提高了35%，體現(xiàn)了安全培訓(xùn)和日常操作實(shí)踐在安全文化構(gòu)建中的重要作用。

3.2生產(chǎn)效率評(píng)估

該工廠應(yīng)用安全聯(lián)鎖系統(tǒng)一年來(lái)，事故發(fā)生率顯著降低，系統(tǒng)應(yīng)用前，該工廠平均每運(yùn)行1 000小時(shí)會(huì)發(fā)生0.45次事故，而系統(tǒng)應(yīng)用后，事故發(fā)生率降至每千小時(shí)0.08次，下降幅度高達(dá)82%，主要得益于系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速響應(yīng)能力，一旦監(jiān)測(cè)到參數(shù)超出安全閾值，系統(tǒng)可在15 s內(nèi)發(fā)出預(yù)警并啟動(dòng)相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)措施，將故障處理時(shí)間從45 s縮短至15 s，做到防患于未然。系統(tǒng)準(zhǔn)確識(shí)別并處理157次一般報(bào)警、32次重要報(bào)警和5次緊急報(bào)警，聯(lián)鎖保護(hù)措施執(zhí)行準(zhǔn)確率達(dá)98.5%。員工安全操作規(guī)程遵守率從72%提高至97%。非計(jì)劃停車(chē)次數(shù)從12次/年降至2次/年，設(shè)備平均可用率從91%提升至97.8%，人因故障導(dǎo)致的事故從3起降至0起［3］。

3.3經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

水煤漿氣化技術(shù)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用為該企業(yè)帶來(lái)了顯著經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)投用后，氣化爐年連續(xù)運(yùn)行時(shí)間由6 500 h提高至8 200 h，產(chǎn)能利用率從78%提升至95%，年合成氣產(chǎn)量從1.8億m3增至2.3億m3，產(chǎn)值增幅達(dá)28%。系統(tǒng)的預(yù)警和應(yīng)急處置能力使每年因事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失從35萬(wàn)元降至7萬(wàn)元，非計(jì)劃停車(chē)導(dǎo)致的間接損失從500萬(wàn)元降至80萬(wàn)元。燃料利用率從85%提高至97%，每年可多利用劣質(zhì)煤15萬(wàn)t，在創(chuàng)造可觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，減少了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。盡管系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)維方面存在一定成本，但其應(yīng)用產(chǎn)生的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)超支出。經(jīng)測(cè)算，系統(tǒng)投資回收期僅為1.5年，內(nèi)部收益率高達(dá)65%，具有很高的投資價(jià)值。該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用不僅能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，也將推動(dòng)水煤漿氣化及相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)論

水煤漿氣化技術(shù)的廣泛應(yīng)用需要可靠的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)作為保障。設(shè)計(jì)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常預(yù)警和快速聯(lián)鎖保護(hù)，確保了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)算法，提升智能化水平，同時(shí)加強(qiáng)人員培訓(xùn)，構(gòu)建完善的安全管理體系，助力水煤漿氣化技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

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