化工自动化控制在安全管理方面应用的探究

（艾维特电气绝缘材料（常州）有限公司，江苏  常州 213016）

摘  要：随着科技的发展，自动化技术的应用越来越普及，技术越发成熟，在化工生产过程控制中发挥着越来越重要的作用。通过自动化技术的运用能够有效提升生产控制水平、产品质量，改善操作人员的作业环境，同时生产单元反应工艺过程控制越来越标准化。化工自动化技术的运用也对提升安全生产管理水平具有非常重要的意义；需要进一步加大化工自动化在化工安全管理方面的应用。

关键词：化工自动化，安全管理，现状与发展，存在问题，措施与对策

由于化工生产流程复杂，原料、中间体和成品等具有易燃易爆、有毒、腐蚀性等特点；化工生产在考虑减少操作人员的劳动强度，改善化工生产条件的同时保证安全生产；如果在化工生产过程中出现了异常没能及时处理,则很有可能会导致一系列连锁反应,甚至造成安全事故,即使是经验丰富的化工生产人员,面对复杂的情况也依旧可能会出现失误,所以如何对化工生产进行精确控制,就成为化工生产领域中的重点任务。自动化技术的应用可以提高化工生产安全水平,通过自动化技术的应用,可以实现对化工生产过程的监测、诊断和控制,有效保障化工生产安全,对各种突发事故进行应对，同时减少人员操作失误造成的安全隐患和事故。近些年，我国化工自动化控制的控制规律及实施技术、规模与方案方面已经取得很大进步，但目前我国化工企业的规模和发展参差不齐，自动化系统承包商的技术水平和专业水平良莠不齐，化工自动化控制技术在实际运用过程中尚未完全发挥其在生产过程控制和安全提升方面的重要作用，仍存有一定的问题需引起我们的关注和重视。本文通过阐述我国现阶段化工自动化控制的应用现状，分析了在实际运行中存在的问题，并提出相应的解决措施与对策。

1  我国化工自动化控制应用现状与发展

随着我国科技的进步，我国化工自动化控制由最初的检测与控制两个方面逐步形成检测与控制两个独立分支。化工自动化控制在生产质量控制和安全生产控制方面的作用尤其突出。

化工自动化凭借科学精确的控制算法和编程等技术手段，把从加工原料到产出成品的整个过程融入到自动化控制系统，对化工生产中的温度、压力、液位以及流量等模拟量进行有效的控制，实现真正意义上的化工自动化。

现代化工自动化控制系统主要由化工自动化软件、硬件、应用系统三大系统组成。目前主流的控制方式有PLC可编程逻辑控制系统和DCS分散控制系统。

PLC可编程逻辑控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

DCS分散控制系统是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS具有以下特点：高可靠性和开放性的特点。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。同时DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

DCS系统更适用于大规模的系统控制，PLC适合单元化的控制；随着技术的发展，两者的区别越来越小，硬件基本趋于同质化。

目前我国大型的化工装置以及引进项目较多的采用PLC系统进单元控制，DCS系统对各单元进行集中控制。PLC具有有相对较高的自动化控制效果，控制精准性和标准性能够达到较高的保证。DCS系统在数据显示、历史趋势和查询、数据管理和报表分析以及回路控制方面具有方便、灵活的特点。

随着控制系统的不断发展，衍生出了基于分散控制系统的SIS系统，该系统能够非常有效的保障生产活动的安全性。从安全性能方面来思考，其具有比DCS更高的安全指数。在自动化系统发生异常状况时，SIS能够自动的进行干预以及处理，进而对生产风险进行控制。

2  化工自动化控制现阶段存在的问题

2.1  控制系统较多为后期增加或者改造实现，系统性差

工艺设计、安全管理、自动化控制等没有能够同生产装置同时设计、同时施工、同时投入生产和使用；导致系统设置不完善或者为了减少改造成本和降低施工难度，系统控制遵循现状；同时自动化系统的安全性评价不充分，存在系统缺陷。

2.2  模块化和标准化水平差，自动化控制模型通用性能不强

由于我国化工生产工艺流程具有多样性，导致模型的通用性很差，产业化规模比较小，得不到广泛推广与使用。目前较多的自动化控制系统是企业和承包商根据企业的现状进行改造，缺乏系统性，没有能够从技术特点、工艺流程以及工艺安全等方面综合考虑。

2.3 自动化程序调整变更以及控制形式变化随意性大

自动化程序调整、变更没有遵从变更管理流程，部分变更流程流于形式，没有有效辨别变更后对设备、工艺、安全等方面的影响，导致系统设置不合理、不科学，在后续的实际控制过程中存在技术和安全方面的隐患。

2.4 化工自动化系统在过程控制设计与安全控制设计方面存在不足

目前我国的中小型化工企业数量多，专业技术人员素质各不相同，同时化工自动化设计无明确的标准要求，定制化产品多。因此专业技术人员素质的差异导致自动化控制系统在设计和运用过程中存在诸多的问题和不足。在化工自动化设计的过程中，自动化控制如何统筹解决生产效率、产品质量和生产安全的关系；在自动化设计过程中的安全方面的专业化的参与度明显不足。

2.5 系统软件和仪表等质量良莠不齐

化工自动化系统涉及自动化统软件、控制系统硬件（控制阀门、压力变送器、热电阻、流量计等）以及符合工艺要求和安全标准的控制程序（回路控制、连锁控制、报警设置、系统组态等），在实际运用过程中出现硬件设施质量良莠不齐、控制程序没有标准、科学的设计。

2.6 化工自动化管理重视程度不足，专业人才缺乏

在传统的观念中化工自动化属于仪表范畴，仅仅是企业生产的辅助型岗位，并不是产生经济效益的关键。因此化工自动化在企业的运行过程中的管理重视程度不足，很多的企业的自动化控制系统全部采用外包的方式，本企业没有进行化工自动化方面的管理，变更随意性大，程序不清、连锁不明

另外化工自动化人才缺乏，目前开设该专业的高校非常少，出现专业相近但化工方面的知识不足。同时企业培养人才周期长、成本高，收效慢。

2.7 化工操作人员缺乏

化工基本操作技能、化工自动化操作技能以及安全生产方面的技能。

企业对员工的技能培训工作不到位,导致了员工不理解自动化控制的原理、过程控制方式和控制点，在处理突发异常状态时无法及时有效的进行,大大增加了化工企业生产的安全风险。

3  提高化工自动化控制水平和安全管理水平的的措施和对策

3.1 合理规范自动化业务流程，加强自动化控制模型建设    根据我国化工行业的具体特点，增强化工自动化控制模型多装置流程模拟及过程优化的工艺条件，采用先进科技技术，增强其竞争力，使得自动化控制业务流程清晰合理，自动化控制模型与独立开发模型之间以及各模型与工业之间数据交换时得以规范，从而利于提高自动化控制的工作效率。

例如,在一些化工生产中,需要利用大量的离心泵,如水循环泵、物料泵等,可以通过自动化控制模型的建立,将“排气”、“关闭出口”、“启动”、“调节出口压力”等步骤通过程序化和模块化控制。3.2 合理进行化工过程危险性分析和控制参数选择，规范连锁控制要求，对自动化系统变更进行系统分析    在化工自动化控制设计过程中，需要对该装置生产单元的生产危险性进行分析；通过不同的工艺的危险性分析找出现生产装置的主要危险有害因素，主要工艺控制参数，初步确定控制点和监测点的要求。对风险分析工作，大型企业可以组织自己的工艺、设备、安全方面的专家自主进行，中小型企业从提高企业安全生产条件的角度出发，应当委托具有相应资质的安全评价、化工设计等中介机构进行。对于安全自动化安全提升改造的企业，更需要关注以下几个方面的工作，才能确保改造后的安全性提升。

a) 对现有原料及辅助材料、中间产品、产品的物化性质进行分析，确认易燃易爆性和毒性，并根据其贮存量和工艺过程中的物料量确定其危险程度。

b) 对现有工艺的危险性进行分析，确定过程和危险并对可能发生的事故类型、损失程度进行分析；

c) 对反应设备、储罐以及公配设施等主要危险设备的现有状态进行分析评估，以便从设备安全的角度设定报警、连锁值等参数。

d) 对企业现有工艺的安全设施进行分析，分析现有安全设施的合理性以及安全自动化改造后与现有设施的匹配性。

3.3  注重化工自动化应用技术的研究

因为我国化学工业产业品种齐全，工艺流程繁多，自动化系统供应商只能提供通用性的程序和模块，在实际运用中通过设计工艺要求以及企业工艺人员的要求进行自动化程序的组态；很多企业只是简单的采用PID进行控制，自动化系统的潜力没有得到发挥，程序的完善性和科学性等不到有效保证。需要将化工单元反应的特点、风险与化工自动化系统的研究有机结合，针对不同的反应类型和风险的特点，研究制定标准化的控制模块和技术要求，提升我国化工行业的安全生产水平。

3.4  提高化工自动化管理水平和专业人才的培养

企业需要建立一套完善的化工自动化管理制度。采用制度的方式将自动化设备的操作流程进行系统化的规范，形成合理有效的管理办法。强化自动化程序管理和变更管理（程序变更和设备变更等方面）、设备仪表档案管理等具体内容，确保化工自动化管理工作规范有序。

加强企业化工自动化人才的培养和能力的提升；培养化工综合人才；在企业建立化工工艺、化工自动化和化工安全方面的小组；在进行新改扩或者变更管理等工作中进行综合讨论，确定方案，并形成审核、审批机制，规范流程，弥补综合性人才缺乏的短板，同时提升各专业人才的综合能力。

4  结束语

随着我国化工自动化控制发展越来越快速、应用越来越广泛，化工自动化控制技术越来越重要，特别是化工自动化在安全生产管理中的作用的越来越被重视。进一步加大对我国化工自动化控制的研究与应用，及时有效地解决我国化工自动化发展和运用过程中存在的不足，推动化工产业的安全健康发展。

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来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第5期  在线投稿  >>