1、化工生產(chǎn)安全運(yùn)行及控制

1、1、化工生產(chǎn)安全運(yùn)行及控制,,1.1安全生產(chǎn)與運(yùn)行操作,1.1.1工業(yè)生產(chǎn)過程操作現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程存在的安全操作與控制問題：開車、停車工藝流程及設(shè)備間切換工藝運(yùn)行中安全控制間歇生產(chǎn)過程操作生產(chǎn)負(fù)荷的改變異常狀態(tài)下的緊急處理,工業(yè)生產(chǎn)過程的安全要求,對上述運(yùn)行過程按一定的順序操作其他要求：監(jiān)視和管理整個(gè)生產(chǎn)過程對生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)劃、調(diào)度和決策生產(chǎn)過程的異?，F(xiàn)象記錄，事故案例的積累以及安全操作與控制措施的總結(jié),1.1.2

2、影響工業(yè)生產(chǎn)的安全因素,一個(gè)工廠、一個(gè)生產(chǎn)流程工一個(gè)生產(chǎn)裝置，均需按產(chǎn)品品質(zhì)和數(shù)量的要求、原材料供應(yīng)及公共設(shè)施情況，由工藝設(shè)備組建一定的工藝流程而后組織生產(chǎn)。工藝流程：主要是針對生產(chǎn)，為合理使用各種機(jī)械，提高機(jī)械使用率，提高總體生產(chǎn)力的一個(gè)工藝技術(shù)安排。生產(chǎn)過程中各種擾動(dòng)、設(shè)備特性的改變、操作的穩(wěn)定均對安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。,,影響工業(yè)生產(chǎn)的安全因素：原材料的組成變化產(chǎn)品性能與規(guī)格的變化生產(chǎn)過程中設(shè)備的安全可靠性裝置與裝置、工廠

3、與工廠之間的關(guān)聯(lián)性生產(chǎn)設(shè)備特性的漂移控制系統(tǒng)失靈,,現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程，能量平衡接近于臨界狀態(tài)，一個(gè)局部的擾動(dòng)，就會(huì)在整個(gè)生產(chǎn)過程傳播開來，給安全生產(chǎn)帶來威脅。蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀，可能在美國得克薩斯州引起一場龍卷風(fēng)。在初始條件下的十分微小的變化，經(jīng)過不斷放大，對事物未來會(huì)造成極其巨大的影響與后果。,1.1.3影響工業(yè)生產(chǎn)過程控制的因素,從負(fù)反饋角度分析：測量的影響一些生產(chǎn)過程的變量很難測定技術(shù)的發(fā)展，使過去某些

4、不可測變量變?yōu)榭蓽y變量間接測量：利用可測變量與相關(guān)模型，計(jì)算不可測量的變量測不準(zhǔn)原理：任何物體的一些成對的性質(zhì)，比如位置和動(dòng)量，不可能對兩者同時(shí)精密測定。,1.2工業(yè)過程自動(dòng)化技術(shù)及安全控制,1.2.1自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展需要測定的參數(shù)：溫度、壓力、流量、液面……測量原理基本不變，測量手段變化迅速氣動(dòng)→電動(dòng)就地控制→中央控制室儀表屏操作→計(jì)算機(jī)操作站模擬信號(hào)→數(shù)字信號(hào)……,,20世紀(jì)50年代：電子管時(shí)代多用氣動(dòng)控制

5、，采用氣動(dòng)信號(hào)作為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電子管式的自動(dòng)平衡記錄儀就地式控制,,20世紀(jì)60年代：晶體管取代電子管開始用電動(dòng)儀表計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過程中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC-Directly Digital Comtrol),122工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制,20世紀(jì)70年代：電動(dòng)Ⅱ型儀表，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：4~20mA集散型控制系統(tǒng)（DCS-Distributed Control System)取代DDC控制系統(tǒng)可編程控制器廣泛應(yīng)用,,

6、20世紀(jì)80年代至今：計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用DCS大量在工業(yè)控制中應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（(CIMS-Contemporary Integrated Manufacturing Systems) )現(xiàn)場總線控制技術(shù)發(fā)展,,,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng): （FCS:Fieldbus Control System)繼集散控制系統(tǒng)（DCS)后的新一代控制系統(tǒng)，它是電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成果?，F(xiàn)場總

7、線使得現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制室設(shè)備之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、雙向、多參數(shù)的數(shù)字通信，為控制系統(tǒng)的全分布和全數(shù)字化運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。,,,在汽車行業(yè)，現(xiàn)場總線控制技術(shù)應(yīng)用的非常普遍，近兩年國內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采用了現(xiàn)場總線的控制技術(shù)。國外設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已應(yīng)用很廣泛，從單機(jī)設(shè)備到整個(gè)生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)，全部采用現(xiàn)場總線的控制方法。而國內(nèi)的應(yīng)用仍大多集中中生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng) 。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和觀念

8、的更新必然會(huì)逐步擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。,,電動(dòng)閥是由電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥門開或關(guān)的氣動(dòng)閥是用壓縮空氣開關(guān)的.氣動(dòng)門又分氣開和氣關(guān)門:氣開門就是有壓縮空氣并且氣源充足時(shí)門打開,無起源時(shí)門靠彈簧關(guān)閉;氣關(guān)門是有壓縮空氣門被關(guān)閉,氣源消失門打開.特點(diǎn):氣動(dòng)門的優(yōu)點(diǎn)就是開關(guān)迅速. 原理:氣動(dòng)頭里邊活塞上下兩個(gè)腔室,一個(gè)腔室是進(jìn)氣的,另一個(gè)腔室里邊是彈簧,如果上腔室是彈簧,那么下腔室就是進(jìn)氣的這種就是失氣關(guān)閉型,  燃油快

9、關(guān)門如果下腔室是彈簧,那么上腔室就是進(jìn)氣的這種就是失氣開啟型,,氣動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)法蘭蝶閥,氣動(dòng)對夾式蝶閥,電動(dòng)法蘭蝶閥,1.2.2工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制,為了使一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程或一個(gè)企業(yè) 良好、高效地運(yùn)行 ，都離不開對整個(gè)生產(chǎn)過程物料、能源、人力等的管理、組織和運(yùn)作。要達(dá)到此目的，必須對工業(yè)生產(chǎn)過程的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的檢測和控制。生產(chǎn)計(jì)劃 、生產(chǎn)調(diào)度、安全穩(wěn)定地生產(chǎn)與操作等，都離不開 自動(dòng)化技術(shù) 。,,企業(yè)生產(chǎn)過程管理與控制的遞階結(jié)構(gòu),由有

10、關(guān) 的生 產(chǎn)過程 工藝設(shè) 備 如容器 、泵 、機(jī)器 、管 道 等組成,由生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的測量變送儀表、儀器、自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成 。,由計(jì) 算機(jī)(或 DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成,用于自動(dòng)監(jiān)視和代替人工自動(dòng)控制工業(yè)生產(chǎn)過程 乙最基本 的 自動(dòng)化設(shè)備,實(shí) 現(xiàn) 常規(guī) 控制 層 無法 做 到 的多 變 量 控制,由計(jì) 算機(jī)(或 DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成,為先進(jìn)控制層提供優(yōu)化給定值 、優(yōu)化控制軌跡或生產(chǎn)方案,優(yōu)化層 提供各種優(yōu) 化

11、 目標(biāo) 或約束條件,,常規(guī)控制： 所謂常規(guī)控制是指采用經(jīng)典的 PID (比例 十積分 十微分)控制算法或其他簡單的控制算法，使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，在遭受到外來擾動(dòng)情況下，穩(wěn)定地維持在預(yù)先的給定值上。,,這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路 (單個(gè)參數(shù)的控制)負(fù)反饋控制系統(tǒng) (或叫反饋控制 回路),,如果外來 的擾動(dòng)是可 以測量 的，則可組成 單回路的反饋加前饋控制系統(tǒng),,,先進(jìn)控制是對那些不同于常規(guī)單回路 PID控制，并具有比常規(guī) PID控

12、制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計(jì)算機(jī)控制算法。,,先進(jìn)控制與常規(guī) 控制關(guān)系,,,先進(jìn)控制投資效益,1.3生產(chǎn)過程安全控制系統(tǒng)組成,簡單控制系統(tǒng)是最基本、最常見、應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)，約占控制回路的80%以上。簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)。在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 ，發(fā)展起各種復(fù)雜控制系統(tǒng) 。在工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)中，也往往把它作 為最低層 的控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展

13、起來的,,,液位控制系統(tǒng)液位 h是需要控制的工藝變量，稱為被控變量。 Qo為操縱變量進(jìn)水量Qi是造成被控變量產(chǎn)生不期望波動(dòng)的原因，稱為擾動(dòng),液位人工控制示意圖,,①用眼睛觀察液位計(jì)實(shí)際液位的指示值，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦; ② 通過大腦對眼睛觀測到的實(shí)際液位值與事先在大腦中儲(chǔ)存好的希望值即給定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差的大小和方向，經(jīng)過分析、思考，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出命令; ③ 根據(jù)大腦發(fā)出的控制命令，通過手去改變出水閥

14、門開度，以改變 Q。來控制液位; ④ 反復(fù)執(zhí)行上述操作 ，直到將液位控制到所希望的數(shù)值上。,,工藝控制流程圖，它是用自控設(shè)計(jì)的文字符號(hào)和圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過程 自動(dòng)控制的原理 圖。圖中，小圓圈表示某些 自動(dòng)化儀表 ，圓內(nèi)由兩位以上字母 ，第一位字母表示被測量變量，后繼字母表示儀表的功能。,,采用液位測量變送器LT檢測液位值并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ，如4~20mA。這一測量信號(hào)送往液位控制器 LC，控制器的設(shè)定值由人工給

15、定?？刂破鞲鶕?jù)偏差的正負(fù)、大小及變化情況，發(fā)出控制信號(hào)。控制器的輸出送往執(zhí)行器，此處為控制閥，控制閥根據(jù)控制信號(hào)變化增大或減小閥門的開度，調(diào)節(jié)出水流量，使測量值接近或等于給定值。,,1.3.1溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng):由蒸汽加熱器、溫度變送器TT,溫度控制器 TC和蒸汽流量控制閥組成?？刂频哪繕?biāo)是保持流體出口溫度恒定。,,1.3.2流量控制系統(tǒng)由管路系統(tǒng)、孔板和差壓變送器、流量控制器FC和流量控制閥組成?？刂频哪繕?biāo)

16、是保持流量恒定。,簡單控制系統(tǒng)組成,① 被控對象也稱對象 ，是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。被控對象需要控制的變量稱為被控變量。 ② 測量變送器 測量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸出，作為測量值。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的含義是其上下限符合規(guī)定系列:0~l0mA, 4~20mA, 0.02~0.1MPa等。,,③ 執(zhí)行器常用的是控制閥。接受控制器來的信號(hào) 直接改變操縱變量,通過操作這個(gè)變量可克服擾動(dòng)對被控變量的影響，通常是由執(zhí)行器

17、控制的某工藝流量。 ④ 控制器 也稱調(diào)節(jié)器。它將被控變量的設(shè)定值與測量值進(jìn)行比較得出偏差信號(hào) ，并按一定規(guī)律給出控制信號(hào)。,1.4生產(chǎn)過程分析,1.4.1間歇生產(chǎn)分析間歇生產(chǎn)過程：將有限量的物質(zhì)，按規(guī)定的加工順序，在一個(gè)或多個(gè)加工設(shè)備中加工，以獲得有限量的產(chǎn)品的加工過程。如需更多的產(chǎn)品則必須重復(fù)整個(gè)過程。間歇過程由多個(gè)分批操作的間歇設(shè)備單元和半操作設(shè)備單元組成。,,間歇生產(chǎn)過程的特點(diǎn)：周期性批量生產(chǎn)物料狀態(tài)和操作參數(shù)是動(dòng)

18、態(tài)的柔性生產(chǎn)能力較強(qiáng)工藝控制要求高與連續(xù)過程相比具有生產(chǎn)能力低，能耗大的特點(diǎn)間歇生產(chǎn)的投料、出料、混配、分離等作業(yè)單元往往是暴露性的，給安全運(yùn)行和作業(yè)條件帶來許多不利因素,,1.4.2間歇生產(chǎn)過程安全控制分析間歇生產(chǎn)過程控制：參數(shù)控制：涉及模擬信號(hào)的傳輸、變換和處理，其控制思想和目的與連續(xù)過程控制相似順序控制：涉及數(shù)字開關(guān)信號(hào)的通訊和處理，其控制目的主要是控制生產(chǎn)過程按配方規(guī)定的和狀態(tài)有序地完成生產(chǎn)過程,,（1）順序生產(chǎn)過

19、程流程圖過程時(shí)間圖順序功能圖（2）控制系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)控制順序控制協(xié)調(diào)、管理等控制,化工過程,用化工方法對原料進(jìn)行加工處理成為產(chǎn)品的過程稱為化工過程。化工過程分為兩類：一類是以化學(xué)反應(yīng)為核心的化學(xué)反應(yīng)過程，通常在化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行；一類是不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程，不改變物料的化學(xué)性質(zhì)，只改變其物理性質(zhì)，這一類物理過程稱為化工單元操作。,,,雖然電解反應(yīng)為核心過程，但大量的物理操作占有很大比重。另外象傳熱過程，不僅在制堿中，在制

20、糖、制藥、化肥中都需要，在傳熱過程物料的化學(xué)性質(zhì)不變，遵循熱量傳遞規(guī)律，通過熱量交換的方式實(shí)現(xiàn)，所用設(shè)備均為換熱器，作用都是提高或降低物料溫度，為一普遍采用的操作方式。,,我們將整個(gè)化工生產(chǎn)中(包括冶金、輕工、制藥等)那些普遍采用的、遵循共同的操作原理，所用設(shè)備相近，具有相同作用的一些基本的物理性操作，稱為“化工單元操作”。,,單元操作特點(diǎn)物理過程；化工中共有操作，化工過程差別很大，但都由基本單元操作組成；某單元操作用于不同的化工