第五章 自動監(jiān)控與安全聯(lián)鎖

第五章自動監(jiān)控與安全聯(lián)鎖第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四

根據(jù)國家安監(jiān)總局《關(guān)于公布首批重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2009〕116號）和省安監(jiān)局《關(guān)于規(guī)范化工企業(yè)自動控制技術(shù)改造工作的意見》（蘇安監(jiān)〔2009〕109號）等文件精神，聚合工藝、高危儲存設(shè)施重點參數(shù)應(yīng)實行自動監(jiān)控。第一部分聚合工藝第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四

常見的聚合方法有本體聚合、溶液聚合、乳液聚合、懸浮聚合等四種。

表1四種常用聚合方法的比較：聚合方法本體法溶液法乳液法懸浮法引發(fā)劑種類油溶性油溶性水溶性油溶性溫度調(diào)節(jié)難稍易，溶劑為載熱體易，水為載熱體易，水為載熱體分子量調(diào)節(jié)難，分布寬，分子量大易，分布窄，分子量小易，分布寬，分子量很大難（同本體法），分布寬，分子量大反應(yīng)速度快，初期需低溫，使反應(yīng)徐徐進行慢，因有溶劑很快，選用乳化劑使速度加快快，靠水溫及攪拌調(diào)節(jié)裝置情況溫度高，要強攪拌要有溶劑回收，單體分離及造粒干燥設(shè)備要有水洗，過濾干燥設(shè)備聚合物性質(zhì)高純度，可直接成型，混有單體，可塑性大要精制，溶劑連在聚合物端部，有色、聚合物低需除乳化劑，分離未反應(yīng)單體易，熱與電穩(wěn)定性差高純度，宜于成型，直接得粒狀物，水洗，干燥易，可制發(fā)泡物，此本體發(fā)含單體少實例聚合物溶于單體聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚乙烯基醚，聚丙烯酸酯中壓聚乙烯，聚醋酸乙烯，聚丁二烯、聚丙烯酸、乙丙橡膠丁苯橡膠、丁腈橡膠、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚體聚苯乙烯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯聚合物不溶于單體高壓聚乙烯、聚氯乙烯低壓聚乙烯、丁基橡膠、聚異丁烯聚氯乙烯、聚丙烯腈第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四

由某一原因引起反應(yīng)溫度失控后，反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度、反應(yīng)放熱速率將形成一個閉環(huán)的正反饋（惡性循環(huán)），最終發(fā)生暴聚、暴沸事故。采用計算機系統(tǒng)(DCS、PLC)來實行生產(chǎn)控制和安全聯(lián)鎖。為了防止一套計算機系統(tǒng)發(fā)生故障引起的事故，亦可將安全聯(lián)鎖計算機系統(tǒng)設(shè)計為獨立的系統(tǒng)（SIS）。聚合工藝應(yīng)重點監(jiān)控的工藝參數(shù)有：反應(yīng)釜內(nèi)的溫度、壓力，攪拌器轉(zhuǎn)速，加入反應(yīng)器的聚合單體或引發(fā)劑的流量，冷卻水流量等。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四一、聚合工藝重要工藝參數(shù)的監(jiān)控重要工藝參數(shù)的監(jiān)測及控制：反應(yīng)條件在設(shè)計允許范圍內(nèi)的控制手段。若條件已超出允許范圍，達到不可控的程度，則應(yīng)通過安全聯(lián)鎖來保證系統(tǒng)的安全。（一）反應(yīng)器溫度監(jiān)控圖1聚合工藝反應(yīng)器溫度控制流程圖

第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖2聚合工藝溫度控制曲線說明：1.本溫度控制流程是在反應(yīng)正常，反應(yīng)器溫度可控的情況下設(shè)計的。若由于種種非正常情況引起反應(yīng)超溫，則需通過安全聯(lián)鎖系統(tǒng)來解決。2.反應(yīng)過程中單體或引發(fā)劑的量是根據(jù)工藝要求定量，連續(xù)加入或滴加。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四3.控制過程如下：⑴反應(yīng)物料加入反應(yīng)器后，由于溫度較低，反應(yīng)無法進行。此時蒸汽調(diào)節(jié)閥TV2打開，開始對反應(yīng)器內(nèi)物料進行加熱。TV2的開度根據(jù)工藝要求的升溫曲線由計算機自動調(diào)節(jié)。在加熱過程中，TV1始終在關(guān)閉狀態(tài)。⑵當(dāng)反應(yīng)器物料溫度達到工藝要求的反應(yīng)起始溫度T1時，蒸汽調(diào)節(jié)閥TV2關(guān)閉，此時反應(yīng)已開始，隨著反應(yīng)進行，反應(yīng)器內(nèi)溫度繼續(xù)升高。⑶當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度達到工藝要求的反應(yīng)溫度T2時，冷卻水調(diào)節(jié)閥TV1從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)。通過計算機對其開度的調(diào)節(jié)使反應(yīng)溫度控制在工藝要求的反應(yīng)曲線附近允許范圍內(nèi)，直至反應(yīng)到達終點（t2）。⑷當(dāng)反應(yīng)到達終點（t2）時打開（全開）TV1，使物料溫度下降至出料溫度T3時，出料。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四⑸對于溶液聚合工藝，由于反應(yīng)熱可通過溶劑的蒸發(fā)帶走，因此反應(yīng)溫度除通過夾套、盤管中的冷卻水流量來進行調(diào)節(jié)外，更大程度上可通過回流冷凝器的冷卻水的量來進行調(diào)節(jié)。TV1，TV3除可以同時調(diào)節(jié)外，更多的可以進行雙程調(diào)節(jié)，如計算機先可通過TV3進行溫度調(diào)節(jié)，此時TV1在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)TV3開度100％（全開）時反應(yīng)溫度還高于設(shè)定值T1時即TV1開始進行調(diào)節(jié)，TV1的設(shè)定溫度T1’比T1稍高一些，但必須在反應(yīng)溫度的允許范圍內(nèi)。第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（二）反應(yīng)器的壓力監(jiān)控

1.對于一般的聚合工藝，反應(yīng)釜的溫度與壓力是一一對應(yīng)的，因此只需控制反應(yīng)溫度在正常范圍內(nèi)，反應(yīng)壓力也就控制在正常范圍內(nèi)。因此只要在反應(yīng)釜上設(shè)一壓力表（或壓力傳感器）就可以實現(xiàn)反應(yīng)壓力監(jiān)測了。如果發(fā)現(xiàn)溫度正常，但壓力超高的異常情況，計算機會自動啟動壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，使壓力降至設(shè)備允許的安全范圍內(nèi)。

2.對于反應(yīng)壓力主要來源于工藝壓縮機的聚合工藝（如高壓聚乙烯反應(yīng)）。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖3聚合工藝壓力控制流程圖說明：由于考慮到生產(chǎn)過程中的一些不穩(wěn)定因素以及工藝壓縮機使用一段時間后，其能力的正常下降，設(shè)計選用的工藝壓縮機其公稱能力一般均比工藝要求高10％～30％。因此通過計算機調(diào)節(jié)工藝壓縮機系統(tǒng)的旁通調(diào)節(jié)閥的開度，就能實現(xiàn)反應(yīng)器壓力的調(diào)節(jié)。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四

圖4單體或引發(fā)劑流量控制流程圖說明：將檢測到的流量信號送給計算機，由計算機通過與流量的工藝給定值進行比較，后發(fā)出差值信號，給執(zhí)行結(jié)構(gòu)――流量調(diào)節(jié)閥FV。通過改變流量調(diào)節(jié)FV閥的開度，使進入反應(yīng)器的單體或引發(fā)劑的流量符合工藝對流量的要求。（三）反應(yīng)過程中單體或引發(fā)劑流量的監(jiān)控

1、對于單體或引發(fā)劑利用位差（高位槽）或離心泵加入反應(yīng)釜的聚合工藝。第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四

2、對于單體或引發(fā)劑利用計量泵輸入反應(yīng)器的聚合工藝，流量的控制依靠調(diào)節(jié)計量泵的輸出流量來調(diào)節(jié)。由于計量泵為精密的柱塞式泵，它的輸出流量是通過改變柱塞的行程或改變柱塞的往復(fù)速度（頻常）來進行調(diào)整，改變行程是通過手工來實現(xiàn)的；改變柱塞往復(fù)頻率是通過調(diào)頻器改變電動機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（四）冷卻水流量的監(jiān)控冷卻水流量對反應(yīng)溫度有著重要的影響，但它不是我們直接需要控制的指標(biāo)參數(shù)，因此在一般情況下，冷卻水流量是不直接控制的，它是通過反應(yīng)器溫度間接控制的，但有時需要通過知道冷卻水是否“斷水”或流量太小來預(yù)知反應(yīng)溫度即將失控這一信息，因此，在許多聚合工藝中（尤其是對溫度較敏感的反應(yīng)），要設(shè)置冷卻水水流開關(guān)或冷卻水水量指示。第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖5冷卻水水流開關(guān)流程圖

說明：圖中右邊雙點劃線框內(nèi)為前面所敘述的反應(yīng)溫度控制的一個方案；FS為水流開關(guān)，當(dāng)有水流過或沒水流過，它發(fā)出不同的開關(guān)信號，當(dāng)計算機接到?jīng)]水流過的“斷水”信號后，立即發(fā)出報警，促使操作人員注意，并按一定的順序去處理。

1、冷卻水水流開關(guān)第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖6反應(yīng)器溫度/冷卻水流量串級調(diào)節(jié)流程圖

說明：該流程最終要控制的參數(shù)是反應(yīng)器的溫度，它與用溫度信號直接調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（如圖1-1所示）的區(qū)別在于溫度信號是通過改變流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值從而改變冷卻水流量來達到調(diào)節(jié)溫度目的的。它是一種溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與溫度直接調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，調(diào)節(jié)更穩(wěn)定，同時在計算機屏上可直接顯示冷卻水流量參數(shù)。2、冷卻水流量的指示及控制

第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（五）聚合工藝反應(yīng)釜攪拌速率的監(jiān)控攪拌在聚合工藝中對傳熱、傳質(zhì)均起到重要作用。攪拌效果的好壞將直接影響反應(yīng)是否會產(chǎn)生局部（或全部）過熱，是否會產(chǎn)生許多副產(chǎn)物等等。在反應(yīng)攪拌漿形式、大小選定的情況下，攪拌轉(zhuǎn)速是直接影響攪拌效果的唯一指標(biāo)。因此對攪拌轉(zhuǎn)速的監(jiān)控，在聚合工藝中尤為重要。在聚合工藝中有恒速和變速攪拌兩種形式，恒速攪拌是在整個反應(yīng)過程中攪拌轉(zhuǎn)速始終是不變的。變速攪拌是在反應(yīng)過程中，攪拌轉(zhuǎn)速根據(jù)各反應(yīng)階段對攪拌轉(zhuǎn)速的不同要求而變化的攪拌形式。第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四1、恒速攪拌

由于目前攪拌漿多為通過三相異步電動機和固定速比減速器驅(qū)動的，三相異步電動機的轉(zhuǎn)速是基本恒定的（它與同步轉(zhuǎn)速之間的速差隨輸出力矩的大小變化而變化，但變化不大），因此一旦電機及減速器確定了，攪拌轉(zhuǎn)速基本恒定，不需對其進行監(jiān)測。但聚合工藝到后期粘度較高，容易引起電機過載，另外也不能排除因機械故障引起電動機的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了保證電機不因過載或堵轉(zhuǎn)而燒毀，因此電氣設(shè)計中對電動機都設(shè)有過載保護，如有必要，也可增加對電動機輸入電流的監(jiān)測和報警，以便操作人員及時發(fā)現(xiàn)和處理。第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四2、變速攪拌

變速攪拌多為通過改變電動機的轉(zhuǎn)速來達到改變攪拌速度這一目的的。改變電動機轉(zhuǎn)速常用的有通過改變電動機的磁場極數(shù)及改變輸入電動機動力電源的頻率兩種形式。采用變極電機調(diào)速是有級的，一般為雙速；采用變頻電機，在一定范圍內(nèi)可進行無級調(diào)速，由于這兩種電機都屬于異步電動機，只要級數(shù)確定或頻率確定后，攪拌轉(zhuǎn)速就基本確定了，由此一般只需開環(huán)控制就可以滿足要求了，即控制電機極數(shù)或控制電源頻率就可以了，不需要通過測速裝置直接測得攪拌轉(zhuǎn)速信號后來調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速（即閉環(huán)控制），但測量電機電流及過載保護裝置也是需要的。第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖7攪拌轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制流程圖說明：圖中A表示輸入動力電源電流的測量；SE表示轉(zhuǎn)速檢測原件；ST表示轉(zhuǎn)速檢測信號的變換SICA表示轉(zhuǎn)速（S）、指示（I）、控制（C）、報警（A）、超高（H）、超低(L)若對攪拌速度有很高要求的聚合工藝，則要通過測速/調(diào)頻的閉環(huán)控制來達到目的。第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（六）料倉靜電監(jiān)控

聚合工藝中許多溶劑、單體都屬低閃點物料，按規(guī)范所有工藝設(shè)備、管道都應(yīng)設(shè)防靜電接地，并要求靜電接地電阻不大于100Ω。料倉當(dāng)然也有此接地要求，一般要求定期進行檢查，復(fù)測接地電阻。對于移動設(shè)備如槽車，在工作前必須用防爆靜電鉗及軟導(dǎo)線與接地極可靠連接，以消除靜電。對消除靜電要求嚴(yán)格的場合，應(yīng)使用防爆靜接地檢查報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)在監(jiān)測到被測點接地電阻超過允許值時，會發(fā)出報警信號，或聯(lián)鎖動作信號，實現(xiàn)與泵、放料閥等等設(shè)備的聯(lián)鎖。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（七）可燃?xì)怏w和有毒氣體濃度的監(jiān)控

在工藝裝置或儲存設(shè)施中涉及使用或產(chǎn)生甲類氣體或甲、乙A類可燃液體，或存在《高毒物品目錄》（衛(wèi)法監(jiān)發(fā)〔2003〕142號）中的有害健康的有毒氣體時，均應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w或有毒氣體濃度檢測報警系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的要求，應(yīng)符合《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》（GB50493-2009）。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四（八）操作溫度高于物料閃點的操作工序

對于操作溫度高于物料閃點的操作工序,在該溫度條件下作業(yè)的危險程度和事故風(fēng)險大為增加。宜充分考慮到物料在該溫度下的危險特性,建議在安全設(shè)施設(shè)置和設(shè)計時,參照《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》（GB50160-2008）中3.0.2條的規(guī)定執(zhí)行。

閃點：指因可燃液體蒸發(fā)或可燃固體升華而在其表面產(chǎn)生的可燃蒸氣遇火源產(chǎn)生的一閃而滅的燃燒?？扇嘉锇l(fā)生閃燃的最低溫度叫閃點。第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四二、安全控制方面的措施

反應(yīng)釜溫度和壓力的報警和聯(lián)鎖1、常壓反應(yīng)或反應(yīng)壓力與反應(yīng)溫度有一一對應(yīng)關(guān)系的聚合工藝。圖8溫度聯(lián)鎖流程圖第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四圖9溫度聯(lián)鎖邏輯圖第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期四說明：1.以上兩張圖僅表示超溫安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的流程即聯(lián)鎖邏輯，未包括反應(yīng)正常時，溫度的調(diào)節(jié)。流程圖中的調(diào)節(jié)閥為溫度的調(diào)節(jié)閥。2.對于已確定的聚合工藝采用哪一種或哪幾種安全聯(lián)鎖措施，應(yīng)視該反應(yīng)的具體情況確定。3.反應(yīng)正常進行時，安全聯(lián)鎖裝置是不可能起動的，一旦起動，說明裝置的調(diào)節(jié)系統(tǒng)有故障。因此反應(yīng)結(jié)束或停車后必須對各個調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行檢查，只有當(dāng)故障排除后方能重新開車。4.當(dāng)單體或引發(fā)劑為用計量泵送入