化工生产安全运行及控制

崔克请主编化学工程出版社2007年第1版化工单元安全运行技术化工单元运行安全技术是整个化工安全生产体系的重要组成部分，由于化学介质，特别是具有危险特性的化学品在不同工艺及技术装备条件下运行、变化，因此化工单元运行中危险特性更加复杂和多变。《化工单元运行安全技术》收集和总结了当今国内先进的生产技术与工艺，系统分析了化工典型设备工艺安全、流体输送安全、化工生产管路安全、非均相分离过程安全、加热及传热过程安全、蒸馏及精馏过程安全、气体吸收过程安全以及干燥、蒸发、结晶、萃取、制冷、吸附过程安全等。在总结事故教训的基础上，探索运行中必需的安全生产条件和化工装置单元安全运行的规律。

《化工单元运行安全技术》旨在使其能对从事化学工业、石油化学工业以及相关单元运行的其他工业的生产、科研、设计、安全、监察等专业人员和管理人员提供实用的参考资料，也可作为高等院校安全工程专业以及工业系统安全技术培训的教学用书和参考资料。

1、化工生产安全运行及控制

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存在的安全操作与控制问题：开车、停车工艺流程及设备间切换工艺运行中安全控制间歇生产过程操作生产负荷的改变异常状态下的紧急处理工业生产过程的安全要求对上述运行过程按一定的顺序操作其他要求：监视和管理整个生产过程对生产过程进行规划、调度和决策生产过程的异常现象记录，事故案例的积累以及安全操作与控制措施的总结1.1.2影响工业生产的安全因素一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组织生产。工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工艺技术安排。生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的稳定均对安全生产产生影响。影响工业生产的安全因素：原材料的组成变化产品性能与规格的变化生产过程中设备的安全可靠性装置与装置、工厂与工厂之间的关联性生产设备特性的漂移控制系统失灵现代工业生产过程，能量平衡接近于临界状态，一个局部的扰动，就会在整个生产过程传播开来，给安全生产带来威胁。蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，可能在美国得克萨斯州引起一场龙卷风。在初始条件下的十分微小的变化，经过不断放大，对事物未来会造成极其巨大的影响与后果。1.1.3影响工业生生产过程控控制的因素素从负反馈角角度分析：：测量的影影响一些生产过过程的变量量很难测定定技术的发展展，使过去去某些不可可测变量变变为可测变变量间接测量：：利用可测测变量与相相关模型，，计算不可可测量的变变量测不准原理理：任何物物体的一些些成对的性性质，比如如位置和动动量，不可可能对两者者同时精密密测定。1.2工业过程自自动化技术术及安全控控制1.2.1自动化仪表表技术的发发展需要测定的的参数：温温度、压力力、流量、、液面……测量原理基基本不变，，测量手段段变化迅速速气动→电动就地控制→中央控制室室仪表屏操作作→计算机操作作站模拟信号→数字信号……20世纪50年代：电子管时代代多用气动控控制，采用用气动信号号作为统一一标准信号号电子管式的的自动平衡衡记录仪就地式控制制20世纪60年代：晶体管取代代电子管开始用电动动仪表计算机在生生产过程中中应用，实实现直接数数字控制（（DDC-DirectlyDigitalComtrol)1.2.2工业生产过过程自动控控制20世纪70年代：电动Ⅱ型仪表，统统一标准信信号：4~20mA集散型控制制系统（DCS-DistributedControlSystem)取代DDC控制系统可编程控制制器广泛应应用20世纪80年代至今：：计算机广泛泛应用DCS大量在工业业控制中应应用工业生产过过程自动化化、工厂自自动化计算机集成成制造技术术（(CIMS-ContemporaryIntegratedManufacturingSystems))现场总线控控制技术发发展现场总线控控制系统:（FCS:FieldbusControlSystem)继集散控制制系统（DCS)后的新一代代控制系统统，它是电电子、仪器器仪表、计计算机技术术和网络技技术的发展展成果。现场总线使使得现场仪仪表、执行行机构、控控制室设备备之间构成成网络互连连系统，实实现全数字字化、双向向、多参数数的数字通通信，为控控制系统的的全分布和和全数字化化运行奠定定了基础。。在汽车行业业，现场总总线控制技技术应用的的非常普遍遍，近两年年国内新的的汽车生产产线和旧的的生产线的的改造，大大部分都采采用了现场场总线的控控制技术。。国外设计的的现场总线线控制系统统已应用很很广泛，从从单机设备备到整个生生产线的输输送系统，，全部采用用现场总线线的控制方方法。而国国内的应用用仍大多集集中生产线线的输送系系统。随随着技术的的不断发展展和观念的的更新必然然会逐步扩扩展其应用用领域。电动阀是由由电机的正正反转带动动阀门开或或关的气动阀是用用压缩空气气开关的.气动门又分分气开和气气关门:气开门就是是有压缩空空气并且气气源充足时时门打开,无起源时门门靠弹簧关关闭;气关门是有有压缩空气气门被关闭闭,气源消失门门打开.特点:气动门的优优点就是开开关迅速，，且本质安安全，不需需另外再采采取防爆措措施.原理:气动调节阀阀就是以压压缩空气为为动力源，，以气缸为为执行器，，并借助于于电气阀门门定位器、、转换器、、电磁阀、、保位阀等等附件去驱驱动阀门，，实现开关关量或比例例式调节，，接收工业业自动化控控制系统的的控制信号号来完成调调节管道介介质的流量量、压力、、温度等各各种工艺参参数。选用气开还还是气关主主要是从安安全角度出出发，即要要考虑在控控制阀上的的信号一旦旦中断后，，阀所处的的位置是全全开还是全全关对装置置安全更有有利？如果是全开开更有利则则选用气关关，这样一一旦失去信信号控制阀阀就处于全全开位置。。反之，则则选用气开开阀。气动蝶阀气动法兰蝶蝶阀气动对夹式式蝶阀电动法兰蝶蝶阀1.2.2工业生产自自动控制为了使一个个工业生产产过程或一一个企业良良好、高高效地运行行，都离离不开对整整个生产过过程物料、、能源、人人力等的管管理、组织织和运作。。要达到此此目的，必必须对工业业生产过程程的信息、、数据进行行及时的检检测和控制制。生产计划、、生产调调度、安全全稳定地生生产与操作作等，都离离不开自动动化技术。。企业生产过过程管理与与控制的递递阶结构由有关的的生产过过程工艺艺设备如如容器、、泵、、机器、、管道等等组成由生产过程程工艺参数数的测量变变送仪表、、仪器、自自动执行机机构组成。。由计算机机(或DCS)和有关软件件及控制算算法等组成成用于自动监监视和代替替人工自动动控制工业业生产过程程乙最基基本的自自动化设设备实现常常规控制制层无无法做到到的多多变量量控制由计算机机(或DCS)和有关软件件及控制算算法等组成成为先进控制制层提供优优化给定值值、优化化控制轨迹迹或生产方方案优化层提提供各种优优化目目标或约约束条件常规控制：：所谓常常规控制是是指采用经经典的PID(比例十积积分十微微分)控制算法或或其他简单单的控制算算法，使工工业生产过过程的被控控变量，在在遭受到外外来扰动情情况下，稳稳定地维持持在预先的的给定值上上。这种控制系系统最典型型的是单回回路(单个参数的的控制)负反馈控制制系统(或叫反馈控控制回路)如果外来的的扰动是可可以测量的的，则可组组成单回路路的反馈加加前馈控制制系统先进控制是是对那些不不同于常规规单回路PID控制，并具具有比常规规PID控制更好控控制效果的的控制策略略的统称，，而非专指指某种计算算机控制算算法。先进控制与与常规控控制关系1.3生产过程安安全控制系系统组成简单控制系系统是最基基本、最常常见、应用用最广泛的的控制系统统，约占控控制回路的的80%以上。简单控制系系统的特点点是结构简简单，易于于实现，适适应性强。。在简单控控制系统的的基础上，，发展起起各种复杂杂控制系统统。在工业过程程计算机集集成控制系系统中，也也往往把它它作为最低低层的控制制系统。自动控制系系统是在人人工控制的的基础上产产生和发展展起来的液位控制系系统液位h是需要控制的的工艺变量，，称为被控变变量。Qo为操纵变量进水量Qi是造成被控变变量产生不期期望波动的原原因，称为扰扰动液位人工控制制示意图①用眼睛观察察液位计实际际液位的指示示值，并通过过神经系统告告诉大脑;②通过大脑对眼眼睛观测到的的实际液位值值与事先在大大脑中储存好好的希望值即即给定值进行行比较，根据据偏差的大小小和方向，经经过分析、思思考，然后根根据操作经验验发出命令;③根据大脑发出出的控制命令令，通过手去去改变出水阀阀门开度，以以改变Q。来控制液位位;④反复执行上述述操作，直直到将液位控控制到所希望望的数值上。。工艺控制流程程图，它是用用自控设计的的文字符号和和图形符号在在工艺流程图图上描述生产产过程自动动控制的原理理图。图中，小圆圈圈表示某些自自动化仪表表，圆内由由两位以上字字母，第一一位字母表示示被测量变量量，后继字母母表示仪表的的功能。采用液位测量量变送器LT检测液位值并并转换为标准准信号，如如4~20mA。这一测量信号号送往液位控控制器LC，控制器的设设定值由人工工给定。控制制器根据偏差差的正负、大大小及变化情情况，发出控控制信号。控制器的输出出送往执行器器，此处为控控制阀，控制制阀根据控制制信号变化增增大或减小阀阀门的开度，，调节出水流流量，使测量量值接近或等等于给定值。。1.3.1温度控制系统统蒸汽加热器的的温度自动控控制系统:由蒸汽加热器器、温度变送送器TT，温度控制器器TC和蒸汽流量控控制阀组成。。控制的目标标是保持流体体出口温度恒恒定。1.3.2流量控制系统统由管路系统、、孔板和差压压变送器、流流量控制器FC和流量控制阀阀组成。控制制的目标是保保持流量恒定定。简单控制系统统组成①被控对象象也称对象，，是指被控控制的生产设设备或装置。。被控对象需需要控制的变变量称为被控控变量。②测量变送送器测量量被控变量，，并按一定的的规律将其转转换为标准信信号的输出，，作为测量值值。标准信号号的含义是其其上下限符合合规定系列:0~l0mA,4~20mA,0.02~0.1MPa等。③控制器也称称调节器。它它将被控变量量的设定值与与测量值进行行比较得出偏偏差信号，，并按一定规规律给出控制制信号。④执行器常用用的是控制阀阀。接受控制制器来的信号号直接改变操操纵变量，通通过操作这个个变量可克服服扰动对被控控变量的影响响，通常是由由执行器控制制的某工艺流流量。1.4生产过程分析析1.4.1间歇生产分析析间歇生产过程程：将有限量量的物质，按按规定的加工工顺序，在一一个或多个加加工设备中加加工，以获得得有限量的产产品的加工过过程。如需更更多的产品则则必须重复整整个过程。间歇过程由多多个分批操作作的间歇设备备单元和半操操作设备单元元组成。间歇生产过程程的特点：周期性批量生生产物料状态和操操作参数是动动态的柔性生产能力力较强工艺控制要求求高与连续过程相相比具有生产产能力低，能能耗大的特点点间歇生产的投投料、出料、、混配、分离离等作业单元元往往是暴露露性的，给安安全运行和作作业条件带来来许多不利因因素1.4.2间歇生产过程程安全控制分分析间歇生产过程程控制：参数控制：涉涉及模拟信号号的传输、变变换和处理，，其控制思想想和目的与连连续过程控制制相似顺序控制：涉涉及数字开关关信号的通讯讯和处理，其其控制目的主主要是控制生生产过程按配配方规定的和和状态有序地地完成生产过过程（1）顺序生产过过程流程图过程时间图顺序功能图（2）控制系统构构成参数控制顺序控制协调、管理等等控制化工过程用化工方法对对原料进行加加工处理成为为产品的过程程称为化工过过程。化工过程分为为两类：一类是以化学学反应为核心心的化学反应应过程，通常常在化学反应应器中进行；；一类是不进行行化学反应的的过程，不改改变物料的化化学性质，只只改变其物理理性质，这一一类物理过程程称为化工单单元操作。过程步骤操作方式典型设备化盐水盐搅拌、溶解、传热化盐桶加热器电解精盐水电解反应2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH电解槽氯处理NaOH溶液蒸发氢处理阳极室阴极室Cl2H2烧碱液冷却过程气液分离传热过程换热器离心机蒸发器澄清浑盐水悬浮液沉降分离澄清桶过滤机杂质虽然电解反应应为核心过程程，但大量的的物理操作占占有很大比重重。另外象传传热过程，不不仅在制碱中中，在制糖、、制药、化肥肥中都需要，，在传热过程程物料的化学学性质不变，，遵循热量传传递规律，通通过热量交换换的方式实现现，所用设备备均为换热器器，作用都是是提高或降低低物料温度，，为一普遍采采用的操作方方式。我们将整个化化工生产中(包括冶金、、轻工、制药药等)那些普普遍采用的、、遵循共同的的操作原理，，所用设备相相近，具有相相同作用的一一些基本的物物理性操作，，称为“化工工单元操作””。单元操作作特点物理过程程；化工中共共有操作作，化工工过程差差别很大大，但都都由基本本单元操操作组成成；某单元操操作用于于不同的的化工过过程，原原理是相相同的，，所用设设备往往往是通用用的。单元操作作分类流体动力力传递过过程：如如流体的的输送、、沉降、、过滤、、离心分分离。热量传递递过程：：加热、、冷却、、蒸发。。质量传递递过程：：如蒸镏镏、吸收收、萃取取、膜分分离等。。热力过程程：如冷冷冻等。。9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December8,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。09:58:1209:58:1209:5812/8/20229:58:12AM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2209:58:1209:58Dec-2208-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。09:58:1209:58:1209:58Thursday,December8,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2209:58:1209:58:12December8,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。08十十二二月月20229:58:12上上午午09:58:1212月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:58上上午12月-2209:58December8,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/89:58:1309:58:1308December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。9:58:13上上午9:58上上午09:58:1312月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December8,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。09:58:1309:58:1309:5812/8/20229:58:13AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2209:58:1309:58Dec-2208-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。09:58:1309:58:1309:58Thursday,December8,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2209:58:1309:58:13December8,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。08十二二月20229:58:13上上午09:58:1312月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月229:58上上午12月-2209:58December8,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/89:58:1309:58:1308December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。9:58:13上午午9:58上午午0