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化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)因素及解決措施分析

文檔作者：顧偉偉文檔來(lái)源：江蘇富比亞化學(xué)品有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月31日
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工藝與設(shè)備化 工 設(shè) 計(jì) 通 訊
Technology and Equipment Chemical Engineering Design Communications
·102·
第43卷第3期
2017年3月
由于化學(xué)產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，所以安全
生產(chǎn)是化工生產(chǎn)的核心。為了保證化工生產(chǎn)的安全性，需要
根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際要求，設(shè)計(jì)合理的工藝流程，對(duì)生產(chǎn)
過(guò)程中可能發(fā)生的危險(xiǎn)因素進(jìn)行實(shí)質(zhì)性分析，針對(duì)所分析出
的問題制定詳細(xì)的方案并采取措施，切實(shí)保證化工工藝設(shè)計(jì)
的安全性，為化工生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。
1 化工工藝安全設(shè)計(jì)的內(nèi)容介紹
1.1 化工工藝設(shè)計(jì)的闡述
在化學(xué)工藝的準(zhǔn)備階段中，研究人員需要依據(jù)化學(xué)反應(yīng)
原料的特殊性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中需要外界條件進(jìn)行選擇化
學(xué)反應(yīng)裝置，從最初的準(zhǔn)備直到設(shè)計(jì)完成的全過(guò)程就是化工
工藝設(shè)計(jì)[1]。為了保證高效率的完成預(yù)期目標(biāo)，要充分熟悉化
學(xué)反應(yīng)原料的設(shè)計(jì)規(guī)則。通過(guò)使用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，嚴(yán)格遵
守安全制度，以此來(lái)保證化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行，增強(qiáng)化學(xué)工
藝的反應(yīng)效率。
1.2 化工工藝設(shè)計(jì)的主要特征
首先，化工設(shè)計(jì)人員具有專業(yè)性較強(qiáng)的工藝?yán)碚撝R(shí)和
豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；其次，化學(xué)工藝在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中伴
隨著發(fā)生化學(xué)事故的危險(xiǎn)；最后，由于化學(xué)工藝的復(fù)雜流程，
為工作人員的技術(shù)操作帶來(lái)了弊端。盡管我國(guó)的化學(xué)工藝在
不斷發(fā)展，但現(xiàn)階段存所在的問題也是不容忽視的。首先在
部分化工工藝設(shè)計(jì)時(shí)沒有完善的資料，沒有實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行
化學(xué)工藝設(shè)計(jì)；其次化工設(shè)計(jì)過(guò)程中需要更多種類的原料和
和專業(yè)化設(shè)備，同時(shí)專業(yè)的化學(xué)理論知識(shí)作為研究的主要根
據(jù)，為了提高化學(xué)工藝生產(chǎn)效率和縮短工期，則需要對(duì)原有
的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。
2 化工工藝安全設(shè)計(jì)中危險(xiǎn)因素的判斷
2.1 工藝安全設(shè)計(jì)周期不足
由于化工工藝在設(shè)計(jì)上是非常嚴(yán)肅、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，在?
藝正式進(jìn)入試用階段前，對(duì)工藝的流程需要進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)
和檢驗(yàn)。甚至有些工藝實(shí)驗(yàn)要對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)，來(lái)保
障其安全性，以達(dá)到獲取真實(shí)有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的目的。但是有
些研發(fā)者為了占據(jù)市場(chǎng)地位而快速的進(jìn)行投入使用，為工藝
設(shè)計(jì)初期留下太多的安全隱患，造成了嚴(yán)重的影響，以至于
在后期的生產(chǎn)中不能進(jìn)行有效的調(diào)控。
2.2 化工生產(chǎn)自身?xiàng)l件的影響
由于化工生產(chǎn)本身具有特殊性，對(duì)環(huán)境的要求極高，必
須在高溫高壓的環(huán)境下才能運(yùn)行，并且在生產(chǎn)的過(guò)程中具有
腐蝕、氧化、易燃易爆的危險(xiǎn)性，所以無(wú)論是對(duì)生產(chǎn)設(shè)備還
是工作人員都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)[2]。為了確保工作能夠平穩(wěn)、順利、
安全的進(jìn)行，必須要對(duì)工作人員和工藝程序進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管，
但是在工藝運(yùn)行過(guò)程中，客觀因素太多，從而會(huì)在一定程度
上影響整個(gè)化工生產(chǎn)線的安全性。
2.3 化工工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)不科學(xué)
化學(xué)工藝是一項(xiàng)技術(shù)性、科學(xué)性強(qiáng)的工作，因此在工藝
設(shè)計(jì)上需要依靠大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由此來(lái)保障工藝流程在生
產(chǎn)過(guò)程中的安全性。但是有些化學(xué)工藝的編制并沒有完善的
體制限制，在審核體系的過(guò)程中不嚴(yán)謹(jǐn)，造成了工藝數(shù)據(jù)不
準(zhǔn)確，進(jìn)而對(duì)工藝安全性造成了直接影響，導(dǎo)致化學(xué)工藝生
產(chǎn)事故的發(fā)生[3]。
3 解決化工工藝安全設(shè)計(jì)中危險(xiǎn)因素的策略
3.1 加強(qiáng)化工原料的控制
在化工工藝生產(chǎn)過(guò)程中，需要的化學(xué)原料種類繁雜，化
學(xué)原料存在的狀態(tài)更是多種多樣，因此對(duì)化工原料的存儲(chǔ)造
成了很大的難度。其次，每種化學(xué)原料都有其獨(dú)有的化學(xué)性質(zhì)，
所以在化學(xué)工藝原料運(yùn)輸或存儲(chǔ)過(guò)程中，要深刻地了解原料
的本質(zhì)，排除潛在的危險(xiǎn)因素。
3.2 選擇合適的化學(xué)工藝
在化學(xué)工藝過(guò)程中，由于同一種化學(xué)物質(zhì)能夠通過(guò)不同的
化學(xué)反應(yīng)獲得，在化工企業(yè)選擇產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)加工時(shí)，要根
據(jù)科學(xué)實(shí)踐和專業(yè)的理論知識(shí)，選擇最安全的化學(xué)生產(chǎn)方式。
設(shè)計(jì)人員在選擇原料時(shí)，要堅(jiān)持選擇對(duì)人體無(wú)害的化學(xué)原料，
采用合理的催化方法，減少化學(xué)廢料產(chǎn)生量，提升化學(xué)反應(yīng)
效率[4]。
3.3 加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)安全措施
多數(shù)化學(xué)產(chǎn)品通常情況下存在易燃、易爆、腐蝕等危險(xiǎn)
因素，所以在整個(gè)化學(xué)工藝過(guò)程中，要參考已發(fā)生的危險(xiǎn)因素，
在最大程度上減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
4 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展與沉淀，我國(guó)的化工工藝一直在不斷進(jìn)
步，雖然化工生產(chǎn)過(guò)程中存在危險(xiǎn)性，但只要對(duì)工藝流程進(jìn)
行嚴(yán)格的安全設(shè)計(jì)、詳細(xì)的分析生產(chǎn)工藝中的危險(xiǎn)因素，制
定有效的防范措施，就可提高化工生產(chǎn)工藝的安全性，確保
化工生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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（下轉(zhuǎn)第106 頁(yè)）
摘 要：近年來(lái)，隨著化工工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，化工生產(chǎn)已經(jīng)成為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)不可分割的重要組成部分，越來(lái)越多的
化工產(chǎn)品進(jìn)到人們的生活中，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，但是在我國(guó)化學(xué)產(chǎn)品的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造過(guò)程中還存在著工藝
安全設(shè)計(jì)周期不足、化工生產(chǎn)自身?xiàng)l件影響、化工工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)不科學(xué)等危險(xiǎn)因素，所以解決化工工藝危險(xiǎn)因素是重中之重。
關(guān)鍵詞：化工工藝；安全設(shè)計(jì)；危險(xiǎn)因素
中圖分類號(hào)：TQ02 ；TQ086 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003–6490（2017）03–0102–02
Risk Factors in Chemical Process Safety Design and Solutions
Gu Wei-wei
Abstract ：In recent years， with the development of chemical technology， chemical production has become an important part of
China's industrial production inseparable， more and more chemical products go into people's lives， play an important role in the process
of economic development in our country， but in China's chemical products and found create still exist in the process of process safety
design cycles， its chemical production conditions and chemical process design based scientific and other risk factors， so to solve the
chemical process risk factor is the priority among prioritie.
Key words ：chemical process ；safety design ；risk factors
化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)因素及解決措施分析
顧偉偉
（江蘇富比亞化學(xué)品有限公司，江蘇鹽城 224500）
收稿日期：2017-03-11
作者簡(jiǎn)介：顧偉偉（1985-），男, 江蘇徐州人，助理工程師，主要研
究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
工藝與設(shè)備化 工 設(shè) 計(jì) 通 訊
Technology and Equipment Chemical Engineering Design Communications
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第43卷第3期
2017年3月
液進(jìn)淡液沖洗槽（V4717），濃液進(jìn)四級(jí)儲(chǔ)槽（V47121）。四
級(jí)增壓泵（P47112，P47142）將（V47121）中的液體輸送至四
級(jí)膜處理系統(tǒng)2（S4709），對(duì)液體進(jìn)行濃縮處理，淡液進(jìn)淡
液沖洗槽（V4717），濃液進(jìn)二級(jí)儲(chǔ)槽（V471b）。在四級(jí)膜
處理系統(tǒng)2還有空余的情況下，幫助四級(jí)膜處理系統(tǒng)1處理。
新增加的三級(jí)膜處理系統(tǒng)作用為幫助三級(jí)1和三級(jí)2系統(tǒng)處理
二級(jí)濃液。系統(tǒng)中的沖洗水采用淡液沖洗槽中的儲(chǔ)水，通過(guò)
沖洗泵（P4718，P4719），輸送至各級(jí)膜處理系統(tǒng)，沖洗后
的液體回淡液貯槽（V4717）。
2 系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)
2.1 硬件結(jié)構(gòu)框架
該控制系統(tǒng)是根據(jù)江山農(nóng)化農(nóng)藥二廠的工藝要求設(shè)計(jì)的，
采用了DCS+PLC，（上位機(jī)軟件MGCS，下位機(jī)PLC）系統(tǒng)
硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
工控機(jī)(MCGS)
PLC(S7-300)
l-7520 PCL-725/16
l-7017(Al輸入信號(hào))
變頻器增
壓
泵
啟
停
增壓泵信號(hào)
流量1信號(hào)
流量2信號(hào)
調(diào)節(jié)閥開度A
l
信號(hào)
變送器A
l
信號(hào)
壓力
變送器A
l
信號(hào)
液位
熱電阻A
l
信號(hào)
溫度
切斷閥開關(guān)
l-7024(Al輸出信號(hào))
(
(
(
(
(
(
圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
根據(jù)控制要求，系統(tǒng)的硬件架構(gòu)分為3 層。
（1）管理層
本次系統(tǒng)的核心部分采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)MGCS 組態(tài)軟件
和西門子（S7-300）PLC 構(gòu)成，負(fù)責(zé)人機(jī)接口和外部信息的交換。
（2）控制層
這是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，是聯(lián)系管理層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的橋梁，
其主要功能是接受管理層設(shè)置的參數(shù)和命令控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的
運(yùn)行，對(duì)草甘膦膜分離的過(guò)程進(jìn)行控制。同時(shí)，還把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)
備的狀態(tài)傳送給管理層?？刂茖佑苫贗SA 總線的數(shù)據(jù)采集
與繼電器輸出板卡PCL-725/16、模擬量輸入模塊I-7017，模
擬量輸出模塊I-7024[4]。
（3）執(zhí)行層
執(zhí)行層的設(shè)備執(zhí)行控制層發(fā)出的控制命令，包括四級(jí)膜
分離過(guò)程中所使用的切斷閥、增壓泵、調(diào)節(jié)閥開度信號(hào)、熱
電阻溫度信號(hào)、流量信號(hào)、變送器所顯示的液位高低和壓力
大小等。
在上位機(jī)組態(tài)軟件MCGS 搭配使用PLC 的原因：① PLC
優(yōu)點(diǎn)在于其尋址速度快，尋址速度是相比工控機(jī)使用DCS 要
快得多，且便于處理開關(guān)量點(diǎn)的邏輯關(guān)系，特別是在設(shè)置連
鎖保護(hù)程序時(shí)（尤其是程序量較大，開關(guān)量多），本次設(shè)計(jì)所
使用的切斷閥和增壓泵的數(shù)量多且為開關(guān)量。② MCGS 屬于
DCS 系統(tǒng)組態(tài)軟件，DCS 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于處理的點(diǎn)數(shù)量多且相
比PLC 適用于處理模擬量點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的組態(tài)系統(tǒng)中溫度、
壓力、液位、流量、變頻啟動(dòng)增壓泵以及調(diào)節(jié)閥開度等信號(hào)均
為模擬量信號(hào)。③將PLC 與工控機(jī)的MCGS 搭配使用，可以
取兩者長(zhǎng)處，PLC 專門負(fù)責(zé)開關(guān)量啟停，但無(wú)法將信號(hào)送回至
中控室的工控機(jī)中顯示，而MCGS 配合專業(yè)控制模塊、數(shù)據(jù)
采集和繼電器輸出板卡（I-7017、I-7024、PCL-725/16）負(fù)責(zé)
模擬量點(diǎn)的控制同時(shí)將PLC 的回送信號(hào)顯示。
2.2 系統(tǒng)軟硬件接口設(shè)計(jì)
STEP 7-Micro/WIN 軟件是在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的，只有將工
控機(jī)與其PLC 連接起來(lái)，才能在工控機(jī)中將STEP 7-Micro/
WIN 軟件編寫的程序?qū)懭隤LC 中，或?qū)LC 已有的程序讀入
工控機(jī)重新修改[5]。
PC 與PLC 的連接方式這里采用，給PC 端安裝CP 通信
卡（如CP5611 通信卡），在用專用電纜將CP 通信卡與PLC
連接起來(lái)，采用CP 通信卡可以獲得很高的通信速率，但其價(jià)
格很高[6]?？紤]到江山股份G 草工段生產(chǎn)的安全性以及提高
中控信號(hào)的通信質(zhì)量故使用CP 通信卡。外部連接后需在其相
應(yīng)的軟件中設(shè)置，工控機(jī)MCGS 中組態(tài)模式的設(shè)備窗口中設(shè)
置PLC 的接入，在STEP 7-Micro/WIN 中設(shè)置接口、地址、波
特率等。在STEP 7-Micro/WIN 中程序塊內(nèi)容主要是對(duì)膜分離
的PLC 程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
3 上位機(jī)控制畫面組態(tài)
江山股份的MCGS 組態(tài)工程中的工作分為幾部分。首先
按照控制要求畫出相應(yīng)的流程圖并且定義變量，這些參數(shù)變
量分別為實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能服務(wù)。然后在用戶窗口中組態(tài)，并將
各個(gè)輸入框與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)連接，同時(shí)將實(shí)時(shí)曲線中
的顯示曲線的變量和給定值以及測(cè)量值連接上。然后在主控
窗口中定義其初始設(shè)置等。經(jīng)過(guò)檢查無(wú)誤后，組態(tài)工作即完成。
然后運(yùn)行系統(tǒng)，可手動(dòng)輸入調(diào)節(jié)閥的開度以及PLC 處理切斷
閥的開關(guān)顯示。
4 運(yùn)行策略
運(yùn)行策略的兩種用途。①正常狀況下的生產(chǎn)運(yùn)行。②緊急
情況下的連鎖保護(hù)。運(yùn)行策略采用了類似VB 的結(jié)構(gòu)對(duì)于初學(xué)
者上手容易，并且可以采用漢字作為變量，簡(jiǎn)單易懂，系統(tǒng)變
量的設(shè)定是關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]，關(guān)系到軟硬件之間的聯(lián)系變量畫面。
運(yùn)行策略按照系統(tǒng)工藝要求，編寫源代碼，某正常運(yùn)行語(yǔ)句：
IF 沖洗流量=50 and 沖洗溫度<40℃ and 設(shè)計(jì)壓水<0.2
MPa ；
THAN
FV105=1 ；P4708=1 ；FV101=0 ；FV102=0 ；FV103=0 ；
FV104=0 ；
5 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。江山股份使用該系統(tǒng)后，
發(fā)揮了硬件可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，提升大型工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的效率。
直接導(dǎo)致的最直觀的經(jīng)濟(jì)效益為：①?gòu)U水中提取草甘膦2100t/
年。②減少甘氨酸消耗量1800t/ 年。間接的經(jīng)濟(jì)效益：①降低
三廢的廢水處理壓力。②機(jī)電儀運(yùn)行效率提升，維修與更換的
設(shè)備減少。在目前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下，南通江山股份使用
該系統(tǒng)更有利于提升草甘膦產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)
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工程學(xué)院、北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，2016.
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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