化工单元安全运行技术.ppt

崔克编辑化工出版社2007年第一版，化工单元安全运行技术、化工单元安全运行技术是化工安全生产系统整体的重要组成部分，由于化学介质尤其是具有危险特性的化学品在不同技术和技术装备条件下运行、变化，化工单元运行中的危险特性更为复杂和变化。 收集总结了当前国内先进的生产技术和技术，分析了化工典型的设备技术安全、流体输送安全、化工生产线安全、不均匀分离工艺安全、加热和传热工艺安全、蒸馏和精馏工艺安全、气体吸收工艺安全和干燥、蒸发、结晶、提取、冷冻、吸附工艺安全等。 在总结事故教训的基础上，探讨运行所需的安全生产条件和化工装置机组的安全运行规律。 化工单元运行安全技术旨在为化工、石油化工及从事相关单位运营的其他工业生产、科研、设计、安全、监察等专家和管理人员提供实用参考资料，也可作为高校安全工程专业及工业系统安全技术培训的教学书籍和参考资料。 1、化工生产安全运行与控制、1.1安全生产与运行操作、1.1.1工业生产过程操作现代工业生产过程中存在的安全操作与控制问题：运行、停车过程流程与设备间切换过程运行中安全控制间歇生产过程操作负荷变化异常状态下的应急处理、 工业生产过程安全要求对上述运行过程按一定顺序操作其他要求：总结整个生产过程的规划、决定计划和生产过程的异常现象记录、事故事例的积累和安全操作及控制措施，根据影响1.1.2工业生产的安全要素、工厂、生产过程、生产装置、产品质量和数量要求、原材料供应和公共设施情况，工艺设备按一定过程工艺流程：主要是为生产合理使用各种机器，提高机器使用率，提高整体生产力的工艺技术安排。 生产过程中各种干扰、设备特性的变化、操作的稳定都会影响安全生产。 影响工业生产的安全因素：原材料组成变化产品性能和规格变化生产过程中设备的安全可靠性装置和装置、工厂与工厂之间相关性生产设备特性的漂移控制系统失灵，现代工业生产过程、能量平衡接近临界状态，局部干扰扩散到整个生产过程中，对安全生产造成威胁。 蝴蝶效应：蝴蝶在巴西摇动翅膀，可能在美国得克萨斯州发生龙卷风。 初期条件下的非常微小的变化，会继续扩大，对事物的未来产生极大的影响和结果。 1.1.3从负反馈的角度分析影响工业生产过程控制的因素：影响测量生产过程的变量难以测量技术的发展，将过去的某些不可测量变量变为可间接测量变量：利用可测量变量和相关模型计算不可测量变量的测量不准确原理：任何物体对的性质，如1.2工艺自动化技术和安全控制，1.2.1自动化仪表技术的发展需要测量的参数：温度、压力、流量、液面测量原理几乎不变， 测量单元变化快的空气电动定位控制中央控制室仪表盘操作计算机操作站模拟信号数字信号20世纪50年代：电子管时代多采用空气控制，采用空气信号作为统一标准信号的电子管式自动平衡记录仪的定位控制， 20世纪60年代：晶体管代替电子管在电动仪表计算机中应用于生产过程，直接用数字控制(DDC-DirectlyDigitalComtrol )、1.2.2工业生产过程自动控制、20世纪70年代：电动型仪表统一标准信号：代替DDC控制系统的可编程控制器， 420mA集散型控制系统(DCS-DistributedControlSystem )得到广泛应用，自20世纪80年代以来：计算机广泛应用DCS在工业控制中实现工业生产过程的自动化， 应用工厂自动化计算机集成制造技术(“CIMS-contemprarryingdmanufacturingsystem”)现场总线控制系统： (FCS : fieldbuscontrolsystem )连接到分布式控制系统(DCS ) 现场总线在现场仪表、执行器、控制室设备之间构成了网络互联系统，实现了全数字化、双向、多参数的数字通信，为控制系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。 在汽车行业，现场总线控制技术的应用十分普遍，近两年来，国内新型汽车生产线和旧型生产线的改造，大部分采用了现场总线的控制技术。 国外设计的现场总线控制系统已经广泛应用，从单机设备到生产线整体运输系统，全部采用现场总线控制方法。 国内的应用仍然集中在生产线运输系统上。 随着技术的持续发展和观念的更新，必然扩大其应用领域。 电动阀通过电动机的正反转来开闭阀门的气阀通过压缩空气来开闭。 气阀分别开关气门和气门：有压缩空气，气源充足时门打开，没有起源时门用弹簧关闭。 原理：气调阀以压缩空气为动力源，气缸为驱动器，通过电气阀位置、转换器、电磁阀、保位阀等附件驱动阀门，实现开关量和比例调节，接受工业自动化控制系统的控制信号调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数选择气开还是气闭主要是从安全的观点出发，考虑控制阀的信号中断后阀是全开还是全闭有利于装置的安全？ 如果全开则更有利，选择气锁，如果丢失信号控制阀，则进入全开位置。 相反，选择气阀。 气动蝶阀、气动法兰蝶阀、气动夹层式蝶阀、电动法兰蝶阀、1.2.2工业生产的自动控制，为了良好、高效地运营工业生产过程和企业，整个生产过程的材料、能源、人才等的管理、组织和运营是必不可少的。 为了达到这一目的，必须及时检测控制工业生产过程的信息数据。 生产计划、生产日程表、安全稳定的生产和操作等自动化技术是必不可少的。 企业的生产过程管理和控制阶段结构由相关生产过程的工艺设备，如容器、泵、机械、管道等组成，由生产过程参数的测量变化仪、机械、自动执行机构组成。由计算机(或DCS )、相关软件和控制算法等构成，自动监视工业生产过程b，取而代之的是实现通常控制层无法实现的多变量控制，由计算机(或DCS )、相关软件和控制算法等构成，进行高级控制提供最优控制轨迹或生产方案，优化层提供各种优化目标或约束条件的常规控制：常规控制是指采用经典PID (比例十积分十微分)控制算法或其他简单控制算法，使工业生产过程中的受控变量在受到外来干扰时保持稳定预定值此类控制系统的最典型的是单电路(单参数控制)负反馈控制系统(或反馈控制电路)，如果能够测量外来干扰，则可以构成单电路的反馈和前馈控制系统，高级控制指的是普通单电路的PID控制由先进控制和常规控制关系、1.3生产过程安全控制构成，简单控制是最基本、最常见、应用最广泛的控制系统，约占控制电路的80%以上。 简单控制系统的特点是结构简单，易于实现，适应性强。 基于简单的控制系统，发展了各种复杂的控制系统。 在工业过程的计算机集成控制系统中，多将其作为最低层的控制系统。 自动控制系统是基于人工控制而产生发展起来的，液位控制系统的液位h是需要控制的过程变量，称为被控变量。 Qo是由于操纵变量的入水量Qi使被控制变量产生了不希望的变动的原因，被称为干扰，是人工控制液面水平的图像，包括：用眼睛观察液面水平计的实际液面水平的指示值，通过神经系统传达给大脑的用眼睛观测的实际液面值， 用大脑比较预先存储在大脑中的希望值即给定值，根据偏差的大小和方向，经过分析思考，根据操作经验发出命令根据来自大脑的控制命令，用手改变出水阀的开度，改变q。 控制液面水平重复上述操作，直至液面水平达到所希望的数值。 过程控制流程图是一个电路图，它描述了采用自控设计中的字符和图形符号在过程流程图中的生产过程的自动控制。 在图中，小圆表示一个自动仪表，圆内是两位以上的字母，第一位的字母表示被测量变量，后续的字母表示仪表的功能。 此外，使用液位测量寄存器LT来检测液位值，将其转换为标准信号，例如420mA。 该测量信号发送至液位控制器LC，控制器的设定值由手动提供。 控制器根据偏差的正负、大小、变化发出控制信号。 控制器的输出被传送至致动器，这里是控制阀，控制阀根据控制信号的变化增减阀的开度，调节出水流量以使测定值接近规定值。 1.3.1温度控制蒸汽加热器的温度自动控制系统：由蒸汽加热器、温度寄存器TT、温度控制器TC和蒸汽流量控制阀构成。 控制的目标是保持流体出口温度恒定。 1.3.2流量控制系统由管路系统、节流孔和差压变送器、流量控制器FC和流量控制阀组成。 控制的目标是保持流量恒定。 简单的控制系统构成，被控制对象也称为对象，是指被控制的生产设备和装置。 受控对象需要控制的变量称为受控变量。 测量变送器测量被控变量，按照一定规律变换为标准信号的输出，作为测量值。 标准信号的含义，上下限相当于规定系列：0l0mA、420mA、0.020.1MPa等。 控制器也称为调节器。 将被控制变量的设定值与测定值进行比较，计算偏差信号，按一定规则赋予控制信号。 执行元件中经常使用的是控制阀。接收到来自控制器的信号后直接变更操纵变量，通过操作该变量，能够克服干扰对被控制变量的影响，通常是致动器控制的过程流量。 1.4生产过程分析，1.4.1间歇生产分析间歇生产过程：以规定的加工顺序，用一个或多个加工设备加工有限的物质，得到有限的产品的加工过程。 如果需要更多的产品，就必须重复整个过程。 间歇过程由多次批处理操作的间歇装置单元和半操作装置单元构成。 间歇生产过程的特点：周期性大批量生产物料的状态和操作参数是动态、灵活的生产能力强、过程控制要求高、生产能力低、能耗大的特征间歇生产的原料投入、原料投入、混合、分离等作业单元常常是暴露性的， 给安全运行和工作条件带来诸多不利因素的1.4.2间歇生产过程安全控制分析间歇生产过程的控制：参数控制：涉及模拟信号的传输、转换和处理，其控制思想和目的与连续过程控制类似的顺序控制：涉及数字开关信号的通信和处理， 其控制目的主要是控制生产过程，在方案规定的状态下顺利完成生产过程；(1)顺序生产过程流程图过程时序图功能图；(2)控制系统结构参数控制顺序协调、管理等控制，化工过程，化工过程，化工过程化工过程分为两种：一种是以化学反应为核心的化学反应过程，通常在化学反应器中进行的一种是不进行化学反应的过程，只改变材料的化学性质，改变其物理性质，这种物理过程称为化工单元操作。 电解反应是核心过程，但大量的物理操作占了很大的比重。 另外，像传热过程一样，不仅是制盐，制糖、制药、化肥都需要，传热过程中材料的化学性质不变，按照传热规律，以换热的方式实现，使用的设备都是换热器，作用是通过提高或降低材料温度而普遍采用的操作