化工高危工艺装置自动控制和安全联锁.doc

化工高危工艺装置自动控制和安全联锁一、 化工企业工艺装置危险性分析化工企业的高危险工艺生产装置主要是指含有硝化、磺化、卤化、强氧化、重氮化、加氢等化学反应过程和存在高温（≥300℃）、高压（≥10MPa）、深冷（≤-29℃）等极端操作条件的生产装置高危险储存装置主要指剧毒品、液化烃、液氨、低闪点（≤-18℃）易燃液体、液化气体等危险化学品储存装置一）高危险生产装置的危险性六类常见的最主要的高危险生产装置的危险性1、硝化反应有两种：一种是指有机化合物分子中引入硝基取代氢原子而生成硝基化合物的反应，如苯硝化制取硝基苯、甘油硝化制取硝化甘油；另一种是硝酸根取代有机化合物中的羟基生成硝酸酯的化学反应生产染料和医药中间体的反应大部分是硝化反应硝化反应的主要危险性有：(1)爆炸硝化是剧烈放热反应，操作稍有疏忽、如中途搅拌停止、冷却水供应不足或加料速度过快等，都易造成温度失控而爆炸2)火灾被硝化的物质和硝化产品大多为易燃、有毒物质，受热、磨擦撞击、接触火源极易造成火灾3)突沸冲料导致灼伤等硝化使用的混酸具有强烈的氧化性、腐蚀性，与不饱和有机物接触就会引起燃烧混酸遇水会引发突沸冲料事故2、磺化反应磺化反应是有机物分子中引入磺（酸）基的反应。

磺化生产装置的主要类型：（1）烷烃的磺化如生产十二烷基磺酸钠、（2）苯环的磺化如生产苯磺酸钠类3）各种聚合物的磺化和氯磺化如生产各种颜料、染料的磺化等磺化反应的主要危险性有：（1）火灾常用的磺化剂，如浓硫酸、氯磺酸等是强氧化剂，原料多为可燃物如果磺化反应投料顺序颠倒、投料速度过快、搅拌不良、冷却效果不佳而造成反应温度过高，易引发火灾危险2）爆炸磺化是强放热反应，若不能有效控制投料、搅拌、冷却等操作环节，反应温度会急剧升高，导致爆炸事故3）沸溢和腐蚀常用的磺化剂三氧化硫遇水生成硫酸，会放出大量热能造成沸溢事故，并因硫酸的强腐蚀性而减少设备寿命3、卤化反应有机化合物中的氢或其他基团被卤素（Cl、Br、F、I）取代生成含卤有机物的反应称为卤化反应化工生产中常见的卤化反应有：黄磷与氯气反应生成三氯化磷、硫磺与氟气反应生成六氟化硫、双酚A、苯酚、二苯乙烷与溴素反应生成溴系阻燃剂等卤化反应主要危险性有：（1）火灾卤化反应的火灾危险性主要取决于被卤化物质的性质及反应过程条件，反应过程所用的物质为有机易燃物和强氧化剂时，容易引发火灾事故2）爆炸卤化反应为强放热反应，因此卤化反应必须有良好的冷却和物料配比控制系统。

否则超温超压会引发设备爆炸事故3）中毒卤化过程使用的液氯、溴具有很强的毒性和氧化性，液氯储存压力较高，一旦泄露会发生严重的中毒事故4、强氧化反应物质与氧或强氧化剂发生的化学反应称为强氧化反应常见强氧化反应有：氨氧化制硝酸、甲醇氧化制甲醛、丙烯氧化制丙烯酸等强氧化反应的主要危险性有：（1）爆炸强氧化反应一般是剧烈放热反应，反应热如不及时移去，将会造成反应失控而发生爆炸事故氧化反应中的物质大部分是易燃、易爆物质，副产过氧化物的性质极不稳定，受热易分解，有爆炸危险2）火灾氧化剂具有很强的火灾危险性，如遇高温、撞击、摩擦以及与有机物、酸类接触都能引发火灾5、重氮化反应重氮化是使芳伯胺变为重氮盐的反应常见的重氮反应有：丙酮氰醇与水合肿、氯气合成偶氮二异丁腈、芳胺与亚硝酸钠反应制得偶氮染料等重氮化反应的主要危险性有：（1）爆炸重氮化反应的危险性在于所产生的重氮盐，在温度稍高或光的作用下，极易分解，有的甚至在室温时亦能分解一般每升高10℃，分解速度加快两倍在干燥状态下，有些重氮盐不稳定，外部条件能促使重氮化合物激烈分解，有爆炸着火的危险2）火灾作为重氮剂的芳胺化合物多为可燃有机物在一定条件下易引发火灾6、加氢反应。

在石油化工生产中，在催化剂及氢存在条件下以除去其中的硫、氮或不饱和键、烯烃或使原料发生裂解的反应称为加氢反应加氢反应的火灾危险性有：（1）爆炸许多还原反应都是在氢气存在条件下，并在高温、高压下进行，如果因操作失误或设备缺陷发生氢气泄漏，极易发生爆炸2）火灾加氢裂化在高温、高压下进行，且需要大量氢气，一旦油品和氢气泄漏，极易发生火灾或爆炸3）氢脆加氢为强烈的放热反应，氢气在高温下与钢材接触，钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物，使钢制设备强度降低，发生氢脆二）、高危险储存装置的危险性高危险储存装置：储存剧毒、液化烃、液氮、低闪点易燃液体和液化气体的储罐、钢瓶、气柜等其危险性：（1）泄漏由于储存设备损坏或操作失误引起泄漏，从而大量释放易燃、易爆、有毒有害物质，将会导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生如四川发生的液氯储罐泄漏爆炸事件，使数十万居民紧急转移，影响极大2）中毒有毒物质泄漏后形成有毒蒸汽云，它在空气中漂移、扩散，直接影响现场人员，并可能波及居民区大量剧毒物质泄漏可能带来严重人员伤亡和环境污染3）火灾储存易燃液体、易氧化或遇水剧烈反应的物质，易引发火灾事故4）爆炸储存低闪点的易燃液体或气体，如液化烃储罐，由于液化烃闪点低，极易燃烧，一旦泄露遇酸、撞击、摩擦、有机易燃物质或积聚的静电会发生火灾及爆炸事故。

如南京金陵石化的油罐发生爆炸事故，造成20人死亡三）人工手动控制的危险有害因素1、危险性大小五要素：化工装置的危险性大小通常用危险度来分级，分为高度危险级、中度危险级和低度危险级三级，构成危险度的五个要素是：（1）、物质：工艺过程中的物质本身固有的点火性、可燃性、爆炸性和毒性2）、容量：工艺过程中物料量，量大危险性大3）、温度：运行温度越高，点火温度低的危险性大4）、压力：运行压力越高越危险5）、操作：不同的化工产品、不同的反应类型、不同的运行条件、不同的工艺路线、不同的原料路线造成化工操作异常复杂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FCSFCS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）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。