化工高危工藝裝置自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖

1、化工企業(yè)高危險(xiǎn)工藝裝置自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖一、化工企業(yè)工藝裝置危險(xiǎn)性分析（一）高危險(xiǎn)生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)性（二）高危險(xiǎn)儲(chǔ)存裝置的危險(xiǎn)性（三）人工手動(dòng)控制的危險(xiǎn)有害因素二、常用的自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖方式（一）自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖的作用（二）常用的自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖方式（三）典型控制單元模式三、安裝（改造）自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)做的主要工作（一）對(duì)工藝裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析（二）制定安裝（改造）方案（三）做好實(shí)施的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作（四）安裝、調(diào)試和投入運(yùn)行一、化工企業(yè)工藝裝置危險(xiǎn)性分析化工企業(yè)的高危險(xiǎn)工藝生產(chǎn)裝置主要是指含有硝化、磺化、鹵化、強(qiáng)氧化、重氮化、加氫等化學(xué)反應(yīng)過程和存在咼溫(300C、)咼壓( 10MP

2、a深冷(-29 C)等極端操作條件的生產(chǎn)裝置。咼危險(xiǎn)儲(chǔ)存裝置主要指劇毒品、液化烴、液氨、低閃點(diǎn)(w -18 C)易 燃液體、液化氣體等危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存裝置。(一) 咼危險(xiǎn)生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)性六類常見的最主要的咼危險(xiǎn)生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)性。1 、硝化反應(yīng)。有兩種：一種是指有機(jī)化合物分子中引入硝基取代氫原 子而生成硝基化合物的反應(yīng)，如苯硝化制取硝基苯、甘油硝化制取硝化甘 油；另一種是硝酸根取代有機(jī)化合物中的羥基生成硝酸酯的化學(xué)反應(yīng)。生 產(chǎn)染料和醫(yī)藥中間體的反應(yīng)大部分是硝化反應(yīng)。硝化反應(yīng)的主要危險(xiǎn)性有：(1) 爆炸。硝化是劇烈放熱反應(yīng)，操作稍有疏忽、如中途攪拌停止、冷 卻水供應(yīng)不足或加料速度過快等，都易造成溫度

3、失控而爆炸。(2) 火災(zāi)。被硝化的物質(zhì)和硝化產(chǎn)品大多為易燃、有毒物質(zhì)，受熱、磨 擦撞擊、接觸火源極易造成火災(zāi)。(3) 突沸沖料導(dǎo)致灼傷等。硝化使用的混酸具有強(qiáng)烈的氧化性、腐蝕性， 與不飽和有機(jī)物接觸就會(huì)引起燃燒?；焖嵊鏊畷?huì)引發(fā)突沸沖料事故。2、磺化反應(yīng)?；腔磻?yīng)是有機(jī)物分子中引入磺(酸)基的反應(yīng)?；腔?生產(chǎn)裝置的主要類型：( 1)烷烴的磺化。如生產(chǎn)十二烷基磺酸鈉、(2) 苯環(huán)的磺化。如生產(chǎn)苯磺酸鈉類。（3）各種聚合物的磺化和氯磺化。如生產(chǎn)各種顏料、染料的磺化等。 磺化反應(yīng)的主要危險(xiǎn)性有：（1）火災(zāi)。常用的磺化劑，如濃硫酸、氯磺酸等是強(qiáng)氧化劑，原料多 為可燃物。如果磺化反應(yīng)投料順序顛倒、投料速度

4、過快、攪拌不良、冷卻 效果不佳而造成反應(yīng)溫度過高，易引發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)。（2）爆炸?；腔菑?qiáng)放熱反應(yīng)，若不能有效控制投料、攪拌、冷卻等 操作環(huán)節(jié)，反應(yīng)溫度會(huì)急劇升高，導(dǎo)致爆炸事故。（3）沸溢和腐蝕。常用的磺化劑三氧化硫遇水生成硫酸，會(huì)放出大量 熱能造成沸溢事故，并因硫酸的強(qiáng)腐蝕性而減少設(shè)備壽命。3、鹵化反應(yīng)。有機(jī)化合物中的氫或其他基團(tuán)被鹵素（ Cl 、Br、F、I ） 取代生成含鹵有機(jī)物的反應(yīng)稱為鹵化反應(yīng)?；どa(chǎn)中常見的鹵化反應(yīng)有： 黃磷與氯氣反應(yīng)生成三氯化磷、硫磺與氟氣反應(yīng)生成六氟化硫、雙酚A、苯酚、二苯乙烷與溴素反應(yīng)生成溴系阻燃劑等。鹵化反應(yīng)主要危險(xiǎn)性有：（1）火災(zāi)。鹵化反應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要取

5、決于被鹵化物質(zhì)的性質(zhì)及反 應(yīng)過程條件，反應(yīng)過程所用的物質(zhì)為有機(jī)易燃物和強(qiáng)氧化劑時(shí)，容易引發(fā) 火災(zāi)事故。（2）爆炸。鹵化反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此鹵化反應(yīng)必須有良好的冷卻 和物料配比控制系統(tǒng)。否則超溫超壓會(huì)引發(fā)設(shè)備爆炸事故。（3）中毒。鹵化過程使用的液氯、溴具有很強(qiáng)的毒性和氧化性，液氯 儲(chǔ)存壓力較高，一旦泄露會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的中毒事故。4、強(qiáng)氧化反應(yīng)。物質(zhì)與氧或強(qiáng)氧化劑發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為強(qiáng)氧化反應(yīng)。常見強(qiáng)氧化反應(yīng)有：氨氧化制硝酸、甲醇氧化制甲醛、丙烯氧化制丙烯酸等。強(qiáng)氧化反應(yīng)的主要危險(xiǎn)性有：（1）爆炸。強(qiáng)氧化反應(yīng)一般是劇烈放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱如不及時(shí)移去， 將會(huì)造成反應(yīng)失控而發(fā)生爆炸事故。氧化反應(yīng)中的物質(zhì)大部

6、分是易燃、易 爆物質(zhì)，副產(chǎn)過氧化物的性質(zhì)極不穩(wěn)定，受熱易分解，有爆炸危險(xiǎn)。（ 2）火災(zāi)。氧化劑具有很強(qiáng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，如遇高溫、撞擊、摩擦以 及與有機(jī)物、酸類接觸都能引發(fā)火災(zāi)。5、重氮化反應(yīng)。重氮化是使芳伯胺變?yōu)橹氐}的反應(yīng)。常見的重氮反 應(yīng)有：丙酮氰醇與水合腫、氯氣合成偶氮二異丁腈、芳胺與亞硝酸鈉反應(yīng) 制得偶氮染料等。重氮化反應(yīng)的主要危險(xiǎn)性有：（1）爆炸。重氮化反應(yīng)的危險(xiǎn)性在于所產(chǎn)生的重氮鹽，在溫度稍高或 光的作用下，極易分解，有的甚至在室溫時(shí)亦能分解。一般每升高10C,分解速度加快兩倍。在干燥狀態(tài)下，有些重氮鹽不穩(wěn)定，外部條件能促使 重氮化合物激烈分解，有爆炸著火的危險(xiǎn)。（2）火災(zāi)。作為重氮

7、劑的芳胺化合物多為可燃有機(jī)物在一定條件下易 引發(fā)火災(zāi)6、加氫反應(yīng)。在石油化工生產(chǎn)中，在催化劑及氫存在條件下以除去其 中的硫、氮或不飽和鍵、烯烴或使原料發(fā)生裂解的反應(yīng)稱為加氫反應(yīng)。加氫反應(yīng)的火災(zāi)危險(xiǎn)性有：（1 ）爆炸。許多還原反應(yīng)都是在氫氣存在條件下，并在高溫、高壓下 進(jìn)行，如果因操作失誤或設(shè)備缺陷發(fā)生氫氣泄漏，極易發(fā)生爆炸。（2）火災(zāi)。加氫裂化在高溫、高壓下進(jìn)行，且需要大量氫氣，一旦油品和氫氣泄漏，極易發(fā)生火災(zāi)或爆炸（3）氫脆。加氫為強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，氫氣在高溫下與鋼材接觸，鋼材 內(nèi)的碳分子易與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成碳?xì)浠衔铮逛撝圃O(shè)備強(qiáng)度降低，發(fā) 生氫脆。（二）、高危險(xiǎn)儲(chǔ)存裝置的危險(xiǎn)性 高危險(xiǎn)儲(chǔ)存

8、裝置：儲(chǔ)存劇毒、液化烴、液氮、低閃點(diǎn)易燃液體和液化 氣體的儲(chǔ)罐、鋼瓶、氣柜等。其危險(xiǎn)性：（1）泄漏。由于儲(chǔ)存設(shè)備損壞或操作失誤引起泄漏，從而大量釋放易 燃、易爆、有毒有害物質(zhì)，將會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等重大事故發(fā)生。 如四川發(fā)生的液氯儲(chǔ)罐泄漏爆炸事件，使數(shù)十萬居民緊急轉(zhuǎn)移，影響極大。（2）中毒。有毒物質(zhì)泄漏后形成有毒蒸汽云，它在空氣中漂移、擴(kuò)散， 直接影響現(xiàn)場(chǎng)人員，并可能波及居民區(qū)。大量劇毒物質(zhì)泄漏可能帶來嚴(yán)重 人員傷亡和環(huán)境污染。（3）火災(zāi)。儲(chǔ)存易燃液體、易氧化或遇水劇烈反應(yīng)的物質(zhì)，易引發(fā)火 災(zāi)事故。（4）爆炸。儲(chǔ)存低閃點(diǎn)的易燃液體或氣體，如液化烴儲(chǔ)罐，由于液化 烴閃點(diǎn)低，極易燃燒，一旦泄露

9、遇酸、撞擊、摩擦、有機(jī)易燃物質(zhì)或積聚 的靜電會(huì)發(fā)生火災(zāi)及爆炸事故。如南京金陵石化的油罐發(fā)生爆炸事故，造 成 20 人死亡。（三）人工手動(dòng)控制的危險(xiǎn)有害因素1、危險(xiǎn)性大小五要素： 化工裝置的危險(xiǎn)性大小通常用危險(xiǎn)度來分級(jí)，分為高度危險(xiǎn)級(jí)、中度危險(xiǎn)級(jí)和低度危險(xiǎn)級(jí)三級(jí)，構(gòu)成危險(xiǎn)度的五個(gè)要素是：（1）、物質(zhì)：工藝過程中的物質(zhì)本身固有的點(diǎn)火性、可燃性、爆炸 性和毒性。（2）、容量：工藝過程中物料量，量大危險(xiǎn)性大。（3）、溫度：運(yùn)行溫度越高，點(diǎn)火溫度低的危險(xiǎn)性大。（4）、壓力：運(yùn)行壓力越高越危險(xiǎn)。（5）、操作：不同的化工產(chǎn)品、不同的反應(yīng)類型、不同的運(yùn)行條件、 不同的工藝路線、不同的原料路線造成化工操作異常復(fù)

10、雜。2、人工手動(dòng)控制的危險(xiǎn)有害因素 據(jù)初步調(diào)查，我省中小型化工企業(yè)的生產(chǎn)裝置，一般以人工手動(dòng)控制 為主要操作手段。從化工生產(chǎn)的特點(diǎn)分析，人工手動(dòng)控制的危險(xiǎn)有害因素 有：（ 1）、現(xiàn)場(chǎng)人工操作用人多，一旦發(fā)生事故件直接造成人員傷亡。（2）、人的不安全行為是事故發(fā)生的重要原因。在溫度、壓力、液位、 進(jìn)料量的控制中，閥門開關(guān)錯(cuò)誤或指揮錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。（3）、人工手動(dòng)控制中很難嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，稍有不慎即會(huì)出現(xiàn)投 料比控制不當(dāng)和超溫、超壓等異?，F(xiàn)象，引發(fā)溢料、火災(zāi)甚至爆炸事故。（4）、作業(yè)環(huán)境對(duì)人體健康的影響不容忽視，很容易造成職業(yè)危害。（5）、設(shè)備和環(huán)境的不安全狀態(tài)及管理缺陷，增加了現(xiàn)場(chǎng)人員

11、機(jī)械傷 害、觸電、灼傷、高處墜落及中毒等事故的發(fā)生，直接威脅現(xiàn)場(chǎng)人員安危。二、常用的自動(dòng)化控制和安全聯(lián)鎖方式（一）自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖的作用化工生產(chǎn)過程中高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、有腐蝕性、有刺 激性臭味等危險(xiǎn)危害因素是固有的。自動(dòng)化操作不僅能嚴(yán)格控制工藝參數(shù)、 避免手動(dòng)操作的不安全隱患還能降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境，而且能更 好的實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)周期的安全運(yùn)行?？傊?，對(duì)高危險(xiǎn)工藝裝置，在不能消除固有的危險(xiǎn)危害因素又不能徹 底避免人為失誤的情況下，采用隔離、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制等方法是最有效的安 全措施。（二）常用的自動(dòng)控制及安全聯(lián)鎖方式 對(duì)高危作業(yè)的化工裝置最基本的安全要求應(yīng)當(dāng)是實(shí)行溫度、壓力

12、、液 位超高（低）自動(dòng)報(bào)警、聯(lián)鎖停車，最終實(shí)現(xiàn)工藝過程自動(dòng)化控制。目前， 常用的工藝過程自動(dòng)化控制及安全聯(lián)鎖主要有：1、智能自動(dòng)化儀表。智能儀表可以對(duì)一個(gè)溫度、壓力、液位實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 控制。2、分布式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 DCS也叫做分散控制系統(tǒng)。DCS是采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將分布在現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)、采集點(diǎn)與操作中心連 接起來，共同實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理的系統(tǒng)。3、可編程序控制器，簡(jiǎn)稱PLC應(yīng)用領(lǐng)域主要是邏輯控制，順序控制， 取代繼電器的作用，也可以用于小規(guī)模的過程控制。4、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱FCS FCS是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開放型的自動(dòng)化系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)控制領(lǐng)域，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢(shì)。

13、 尤其本質(zhì)安全型總線 , 更加適合直接安裝于石油、化工等危險(xiǎn)防爆場(chǎng)所 , 減 少系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。5、各種總線結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制機(jī)，簡(jiǎn)稱 OEM 總線結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制機(jī)的配置靈活，擴(kuò)展使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，便于集中控制6、以上控制方式都可以配備緊急停車系統(tǒng)（ESD和其他安全連鎖裝 置。（三）典型控制單元模式 化工生產(chǎn)過程千差萬別，單元操作類型并不多。下面，簡(jiǎn)單介紹幾個(gè) 典型的基本單元控制模式：1、化學(xué)反應(yīng)器基本單元操作模式多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，硝化、鹵化、強(qiáng)氧化反應(yīng)是劇烈的放熱反 應(yīng)；磺化、重氮化、加氫反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng) 速度將會(huì)加快，反應(yīng)熱也將隨之增加，使溫度繼續(xù)上升，

14、沒有可靠的移除 反應(yīng)熱的措施，反應(yīng)不穩(wěn)定，將會(huì)超溫，引發(fā)事故?；瘜W(xué)反應(yīng)器的控制指標(biāo)有溫度、壓力、流量、液位等，是各單元操作 中較復(fù)雜也是最危險(xiǎn)的操作。多數(shù)反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)配置超溫、超壓、超液位報(bào) 警和聯(lián)鎖系統(tǒng)。（反 應(yīng)器 單 元 模 式 見 附 圖 A， B） 這是一個(gè)典型的硝化、氯化、磺化反應(yīng)器控制原理圖。1，這是流量控制，通過控制進(jìn)料量使系統(tǒng)反應(yīng)配比及反應(yīng)過程穩(wěn)定。 這個(gè)地方也可以根據(jù)實(shí)際情況采用比值調(diào)節(jié)來控制進(jìn)料配比。2，這是溫度調(diào)節(jié)通過控制冷媒流量來調(diào)節(jié)反應(yīng)器溫度。當(dāng)反應(yīng)器溫度 上升時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)大調(diào)節(jié)閥開度使冷媒流量加大。反之亦然。3，這是溫度超高連鎖，當(dāng)溫度超高時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉緊急切

15、斷閥 切斷進(jìn)料。4， 這是液位控制，通過控制出料閥的開啟度來控制出料量使反應(yīng)器 液位保持恒定。同時(shí)可設(shè)液位高低限報(bào)警。這是一個(gè)典型的聚合反應(yīng)器，設(shè)夾套加熱，盤管冷卻。1，與前面反應(yīng)器不同的是配置了壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使反應(yīng)器的壓力保持 穩(wěn)定。當(dāng)反應(yīng)超壓時(shí)報(bào)警，同時(shí)連鎖關(guān)閉進(jìn)料閥，若反應(yīng)器內(nèi)余料繼續(xù)反 應(yīng)，壓力繼續(xù)升高，就開啟安全泄壓系統(tǒng)，尾氣進(jìn)回收裝置。有些反應(yīng)為滿足反應(yīng)條件需要先升溫，反應(yīng)開始后又會(huì)放熱，為控制 溫度恒定，需要再降溫，對(duì)這類反應(yīng)的溫度控制就更加復(fù)雜。2 降溫系統(tǒng)。3 升溫系統(tǒng)。2、蒸餾塔系統(tǒng)基本單元模式蒸餾是應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)過程，其目的是將混合液各組分進(jìn)行分離， 達(dá)到要求的純度標(biāo)

16、準(zhǔn)。蒸餾塔系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)有進(jìn)料量、餾出量、釜液量、冷卻量、加熱量、 回流量六個(gè)；被調(diào)節(jié)參數(shù)有壓力、塔釜液位、進(jìn)料量、產(chǎn)品量、回流罐液 位、回流比六個(gè)。（蒸餾塔系統(tǒng)單元模式見附圖 C）1，進(jìn)料量控制2，加熱量控制3，塔釜液位控制 4，回流量控制5，冷凝液位控制3、換熱器基本單元模式工藝過程中常設(shè)置換熱器設(shè)備（冷卻器、再沸器、冷凝器等） ，其調(diào)節(jié) 控制參數(shù)都是溫度。通?？刂品桨赣腥N：調(diào)節(jié)有效傳熱面積、根據(jù)工藝 物料出口溫度來調(diào)節(jié)冷（熱）載體流量、改變溫差換熱器基本單元模擬見附圖 D）1，溫度超高報(bào)警連鎖，溫度超高后報(bào)警同時(shí)切斷蒸汽入口閥。2，加熱量控制系統(tǒng)3，進(jìn)料量控制系統(tǒng)4，進(jìn)料預(yù)熱控制系統(tǒng)5

17、，液位控制系統(tǒng)6，壓力控制系統(tǒng)4、易燃液體儲(chǔ)罐基本單元模式儀表控制設(shè)計(jì)一般要求 液位：就地液位指示，遠(yuǎn)傳液位指示，高、低液位報(bào)警，高、 低液位聯(lián)鎖（需要時(shí)設(shè)）。 溫度：就地溫度指示、遠(yuǎn)傳溫度指示（需要時(shí)設(shè)報(bào)警） ，有加熱 系統(tǒng)的設(shè)溫度調(diào)節(jié) 流量：進(jìn)出料管線上設(shè)流量計(jì)附圖 E 常壓液體儲(chǔ)罐基本單元模式易燃液體儲(chǔ)罐說明：安 全設(shè)施有： 1 、噴灑冷卻水，壓力指示、報(bào)警；可和溫度連鎖實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)噴淋 2、現(xiàn)場(chǎng)流量指示及液位現(xiàn)場(chǎng)指示、遠(yuǎn)傳指示、高低液位報(bào)警及 超高液位連鎖； 3、氮封 壓力調(diào)節(jié)，使罐內(nèi)氮封壓力保持正壓； 4、阻燃式 呼吸閥； 5、有必要時(shí)設(shè)溫度指示、報(bào)警、連鎖； 6、必要時(shí)在儲(chǔ)罐附近設(shè)

18、可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)報(bào)警及有毒氣體濃度監(jiān)測(cè)報(bào)警。 7、有些儲(chǔ)罐可設(shè)置泡沫滅火設(shè)施。以上的這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集、顯示，以及控制閥門的動(dòng)作等等，所有這些控制策略需要DCS或者PLC來完成。三、安裝（改造）自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖裝置應(yīng)做的主要工作 化工企業(yè)高危險(xiǎn)工藝裝置安裝自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖的技術(shù)改造工作，應(yīng)主要做好以下幾點(diǎn)：（一）對(duì)工藝裝置進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。（1）對(duì)產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、原料及輔助材料的物理、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析， 確認(rèn)其點(diǎn)火性、可燃性和毒性，并根據(jù)其貯存量和工藝過程中的物料量確 定其危險(xiǎn)程度；（2）對(duì)工藝的固有危險(xiǎn)性進(jìn)行分析，確認(rèn)工藝過程中有幾步化學(xué)反應(yīng)， 主要危險(xiǎn)是什么。并對(duì)可能發(fā)生的事故類型、損失程度進(jìn)行分析；（3）對(duì)反應(yīng)器、儲(chǔ)罐等主要危險(xiǎn)設(shè)備的新舊程度、生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置的 現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行分析；（4）對(duì)企業(yè)現(xiàn)有工藝規(guī)程、安全規(guī)程等操作制度和現(xiàn)有的安全設(shè)施進(jìn) 行分析；（5）通過以上分析找出現(xiàn)有裝置的主要危險(xiǎn)有害因素，主要工藝控制 參數(shù)，