2、人工手动控制的危险有害因素
据初步调查,我省中小型化工企业的生产装置,一般以人工手动控制为主要操作手段。从化工生产的特点分析,人工手动控制的危险有害因素有:
(1)、现场人工操作用人多,一旦发生事故件直接造成人员伤亡。
(2)、人的不安全行为是事故发生的重要原因。在温度、压力、液位、进料量的控制中,阀门开关错误或指挥错误将会导致事故的发生。
(3)、人工手动控制中很难严格控制工艺参数,稍有不慎即会出现投料比控制不当和超温、超压等异常现象,引发溢料、火灾甚至爆炸事故。
(4)、作业环境对人体健康的影响不容忽视,很容易造成职业危害。
(5)、设备和环境的不安全状态及管理缺陷,增加了现场人员机械伤害、触电、灼伤、高处坠落及中毒等事故的发生,直接威胁现场人员安危。
二、常用的自动化控制和安全联锁方式
(一)自动控制和安全联锁的作用
化工生产过程中高温、高压、易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性、有刺激性臭味等危险危害因素是固有的。自动化操作不仅能严格控制工艺参数、避免手动操作的不安全隐患还能降低劳动强度、改善作业环境,而且能更好的实现高产、优质、长周期的安全运行。
总之,对高危险工艺装置,在不能消除固有的危险危害因素又不能彻底避免人为失误的情况下,采用隔离、远程自动控制等方法是最有效的安全措施。
(二)常用的自动控制及安全联锁方式
对高危作业的化工装置最基本的安全要求应当是实行温度、压力、液位超高(低)自动报警、联锁停车,最终实现工艺过程自动化控制。目前,常用的工艺过程自动化控制及安全联锁主要有:
1、智能自动化仪表。智能仪表可以对一个温度、压力、液位实现自动控制。
2、分布式工业控制计算机系统,简称DCS,也叫做分散控制系统。DCS是采用网络通讯技术,将分布在现场的控制点、采集点与操作中心连接起来,共同实现分散控制集中管理的系统。
3、可编程序控制器,简称PLC。应用领域主要是逻辑控制,顺序控制,取代继电器的作用,也可以用于小规模的过程控制。
4、现场总线控制系统,简称FCS。FCS是基于现场总线的开放型的自动化系统,广泛应用于各个控制领域,被认为是工业控制发展的必然趋势。尤其本质安全型总线,更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所,减少系统发生危险的可能性。
5、各种总线结构的工业控制机,简称OEM。总线结构的工业控制机的配置灵活,扩展使用方便,适应性强,便于集中控制。
6、以上控制方式都可以配备紧急停车系统(ESD)和其他安全连锁装置。
(三)典型控制单元模式
化工生产过程千差万别,单元操作类型并不多。下面,简单介绍几个典型的基本单元控制模式:
1、化学反应器基本单元操作模式
多数化学反应是放热反应,硝化、卤化、强氧化反应是剧烈的放热反应;磺化、重氮化、加氢反应是强放热反应。随着反应温度的升高,反应速度将会加快,反应热也将随之增加,使温度继续上升,没有可靠的移除反应热的措施,反应不稳定,将会超温,引发事故。
化学反应器的控制指标有温度、压力、流量、液位等,是各单元操作中较复杂也是最危险的操作。多数反应器应当配置超温、超压、超液位报警和联锁系统。
(反 应器 单 元 模 式 见 附 图 A, B)
这是一个典型的硝化、氯化、磺化反应器控制原理图。
1,这是流量控制,通过控制进料量使系统反应配比及反应过程稳定。这个地方也可以根据实际情况采用比值调节来控制进料配比。
2,这是温度调节通过控制冷媒流量来调节反应器温度。当反应器温度上升时,系统自动调大调节阀开度使冷媒流量加大。反之亦然。
3,这是温度超高连锁,当温度超高时系统报警,同时关闭紧急切断阀切断进料。
4, 这是液位控制,通过控制出料阀的开启度来控制出料量使反应器液位保持恒定。同时可设液位高低限报警。
这是一个典型的聚合反应器,设夹套加热,盘管冷却。
1,与前面反应器不同的是配置了压力调节系统,使反应器的压力保持稳定。当反应超压时报警,同时连锁关闭进料阀,若反应器内余料继续反应,压力继续升高,就开启安全泄压系统,尾气进回收装置。
有些反应为满足反应条件需要先升温,反应开始后又会放热,为控制温度恒定,需要再降温,对这类反应的温度控制就更加复杂。
2降温系统。
3升温系统。
2、蒸馏塔系统基本单元模式
蒸馏是应用极为广泛的传质过程,其目的是将混合液各组分进行分离,达到要求的纯度标准。
蒸馏塔系统的调节参数有进料量、馏出量、釜液量、冷却量、加热量、回流量六个;被调节参数有压力、塔釜液位、进料量、产品量、回流罐液位、回流比六个。
(蒸馏塔系统单元模式见附图C)
1,进料量控制 2,加热量控制
3,塔釜液位控制 4,回流量控制 5,冷凝液位控制
3、换热器基本单元模式
工艺过程中常设置换热器设备(冷却器、再沸器、冷凝器等),其调节控制参数都是温度。通常控制方案有三种:调节有效传热面积、根据工艺物料出口温度来调节冷(热)载体流量、改变温差
(换热器基本单元模拟见附图D)
1,温度超高报警连锁,温度超高后报警同时切断蒸汽入口阀。
2,加热量控制系统 3,进料量控制系统
4,进料预热控制系统 5,液位控制系统
6,压力控制系统
4、易燃液体储罐基本单元模式
仪表控制设计一般要求
① 液位:就地液位指示,远传液位指示,高、低液位报警,高、低液位联锁(需要时设)。
② 温度:就地温度指示、远传温度指示(需要时设报警),有加热系统的设温度调节
③ 流量:进出料管线上设流量计
附图E 常压液体储罐基本单元模式
易燃液体储罐说明:
安 全设施有:1、喷洒冷却水,压力指示、报警;可和温度连锁实现自动喷淋2、现场流量指示及液位现场指示、远传指示、高低液位报警及超高液位连锁;3、氮封 压力调节,使罐内氮封压力保持正压;4、阻燃式呼吸阀;5、有必要时设温度指示、报警、连锁;6、必要时在储罐附近设可燃气体浓度监测报警及有毒气体浓度 监测报警。7、有些储罐可设置泡沫灭火设施。
以上的这些监测点的采集、显示,以及控制阀门的动作等等,所有这些控制策略需要DCS或者PLC来完成。
三、安装(改造)自动控制和安全联锁装置应做的主要工作
化工企业高危险工艺装置安装自动控制和安全联锁的技术改造工作,应主要做好以下几点:
(一)对工艺装置进行风险分析。
(1)对产品、中间产品、原料及辅助材料的物理、化学性质进行分析,确认其点火性、可燃性和毒性,并根据其贮存量和工艺过程中的物料量确定其危险程度;
(2)对工艺的固有危险性进行分析,确认工艺过程中有几步化学反应,主要危险是什么。并对可能发生的事故类型、损失程度进行分析;
(3)对反应器、储罐等主要危险设备的新旧程度、生产、储存装置的现有状态进行分析;
(4)对企业现有工艺规程、安全规程等操作制度和现有的安全设施进行分析;
(5)通过以上分析找出现有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。
对以上的风险分析工作,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。
(二) 制定安装(改造)方案。
化工企业高危险工艺装置安装自动控制和安全连锁是一项非常复杂的系统工作。自动控制和安全联锁系统的方案设计,应当委托具有资质的 设计单位承担。对于高度危险装置的自动化控制和安全连锁系统方案设计,建议委托具备甲级资质、有经验的设计单位承担,根据国家相关设计规范和标准进行全面 的安全系统设计。
(三)做好实施的各项准备工作。
企业的设计方案确定后,要做好实施前的准备工作,一是自动控制系统、安全联锁装置的选 型,根据先进性、经济合理性、供应商服务能力与质量等原则,咨询设计等单位的意见后确定;二是对相关人员进行专业培训,确保掌握自动控制及安全联锁装置的 知识和操控能力;三是制定新的工艺操作规程和安全规程,并组织企业全员学习。
(四)安装、调试和投入运行。
装置停车进行相关的吹扫、置 换、封堵等工作,确保停车过程中的安全。自动控制及安全联锁装置的安装、调试,必须由具备能力有资质的单位承担,企业应当选派人员参与安装调试工作,培养 自己的技术人才。安装调试完成后,企业按照事先制定的开车方案,并严格按照安全规程的要求,进行空车联动试运转,在确认无问题后再投料开工,正式投入运行。