1、化工生產安全運行及控制

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

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

3、與工廠之間的關聯(lián)性生產設備特性的漂移控制系統(tǒng)失靈,,現代工業(yè)生產過程，能量平衡接近于臨界狀態(tài)，一個局部的擾動，就會在整個生產過程傳播開來，給安全生產帶來威脅。蝴蝶效應：一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，可能在美國得克薩斯州引起一場龍卷風。在初始條件下的十分微小的變化，經過不斷放大，對事物未來會造成極其巨大的影響與后果。,1.1.3影響工業(yè)生產過程控制的因素,從負反饋角度分析：測量的影響一些生產過程的變量很難測定技術的發(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模型，計算不可測量的變量測不準原理：任何物體的一些成對的性質，比如位置和動量，不可能對兩者同時精密測定。,1.2工業(yè)過程自動化技術及安全控制,1.2.1自動化儀表技術的發(fā)展需要測定的參數：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→電動就地控制→中央控制室儀表屏操作→計算機操作站模擬信號→數字信號……,,20世紀50年代：電子管時代多用氣動控制

5、，采用氣動信號作為統(tǒng)一標準信號電子管式的自動平衡記錄儀就地式控制,,20世紀60年代：晶體管取代電子管開始用電動儀表計算機在生產過程中應用，實現直接數字控制（DDC-Directly Digital Comtrol),122工業(yè)生產過程自動控制,20世紀70年代：電動Ⅱ型儀表，統(tǒng)一標準信號：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用,,

6、20世紀80年代至今：計算機廣泛應用DCS大量在工業(yè)控制中應用工業(yè)生產過程自動化、工廠自動化計算機集成制造技術（(CIMS-Contemporary Integrated Manufacturing Systems) )現場總線控制技術發(fā)展,,,現場總線控制系統(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、計算機技術和網絡技術的發(fā)展成果?，F場總

7、線使得現場儀表、執(zhí)行機構、控制室設備之間構成網絡互連系統(tǒng)，實現全數字化、雙向、多參數的數字通信，為控制系統(tǒng)的全分布和全數字化運行奠定了基礎。,,,在汽車行業(yè)，現場總線控制技術應用的非常普遍，近兩年國內新的汽車生產線和舊的生產線的改造，大部分都采用了現場總線的控制技術。國外設計的現場總線控制系統(tǒng)已應用很廣泛，從單機設備到整個生產線的輸送系統(tǒng)，全部采用現場總線的控制方法。而國內的應用仍大多集中中生產線的輸送系統(tǒng) 。隨著技術的不斷發(fā)展和觀念

8、的更新必然會逐步擴展其應用領域。,,電動閥是由電機的正反轉帶動閥門開或關的氣動閥是用壓縮空氣開關的.氣動門又分氣開和氣關門:氣開門就是有壓縮空氣并且氣源充足時門打開,無起源時門靠彈簧關閉;氣關門是有壓縮空氣門被關閉,氣源消失門打開.特點:氣動門的優(yōu)點就是開關迅速. 原理:氣動頭里邊活塞上下兩個腔室,一個腔室是進氣的,另一個腔室里邊是彈簧,如果上腔室是彈簧,那么下腔室就是進氣的這種就是失氣關閉型,  燃油快

9、關門如果下腔室是彈簧,那么上腔室就是進氣的這種就是失氣開啟型,,氣動蝶閥,氣動法蘭蝶閥,氣動對夾式蝶閥,電動法蘭蝶閥,1.2.2工業(yè)生產自動控制,為了使一個工業(yè)生產過程或一個企業(yè) 良好、高效地運行 ，都離不開對整個生產過程物料、能源、人力等的管理、組織和運作。要達到此目的，必須對工業(yè)生產過程的信息、數據進行及時的檢測和控制。生產計劃 、生產調度、安全穩(wěn)定地生產與操作等，都離不開 自動化技術 。,,企業(yè)生產過程管理與控制的遞階結構,由有

10、關 的生 產過程 工藝設 備 如容器 、泵 、機器 、管 道 等組成,由生產過程工藝參數的測量變送儀表、儀器、自動執(zhí)行機構組成 。,由計 算機(或 DCS)和有關軟件及控制算法等組成,用于自動監(jiān)視和代替人工自動控制工業(yè)生產過程 乙最基本 的 自動化設備,實 現 常規(guī) 控制 層 無法 做 到 的多 變 量 控制,由計 算機(或 DCS)和有關軟件及控制算法等組成,為先進控制層提供優(yōu)化給定值 、優(yōu)化控制軌跡或生產方案,優(yōu)化層 提供各種優(yōu) 化

11、 目標 或約束條件,,常規(guī)控制： 所謂常規(guī)控制是指采用經典的 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)生產過程的被控變量，在遭受到外來擾動情況下，穩(wěn)定地維持在預先的給定值上。,,這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路 (單個參數的控制)負反饋控制系統(tǒng) (或叫反饋控制 回路),,如果外來 的擾動是可 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，而非專指某種計算機控制算法。,,先進控制與常規(guī) 控制關系,,,先進控制投資效益,1.3生產過程安全控制系統(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)的特點是結構簡單，易于實現，適應性強。在簡單控制系統(tǒng)的基礎上 ，發(fā)展起各種復雜控制系統(tǒng) 。在工業(yè)過程計算機集成控制系統(tǒng)中，也往往把它作 為最低層 的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎上產生和發(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為操縱變量進水量Qi是造成被控變量產生不期望波動的原因，稱為擾動,液位人工控制示意圖,,①用眼睛觀察液位計實際液位的指示值，并通過神經系統(tǒng)告訴大腦; ② 通過大腦對眼睛觀測到的實際液位值與事先在大腦中儲存好的希望值即給定值進行比較，根據偏差的大小和方向，經過分析、思考，然后根據操作經驗發(fā)出命令; ③ 根據大腦發(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 反復執(zhí)行上述操作 ，直到將液位控制到所希望的數值上。,,工藝控制流程圖，它是用自控設計的文字符號和圖形符號在工藝流程圖上描述生產過程 自動控制的原理 圖。圖中，小圓圈表示某些 自動化儀表 ，圓內由兩位以上字母 ，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檢測液位值并轉換為標準信號 ，如4~20mA。這一測量信號送往液位控制器 LC，控制器的設定值由人工給

15、定。控制器根據偏差的正負、大小及變化情況，發(fā)出控制信號?？刂破鞯妮敵鏊屯鶊?zhí)行器，此處為控制閥，控制閥根據控制信號變化增大或減小閥門的開度，調節(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?？刂频哪繕耸潜３至黧w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?/p>

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 ，是指被控制的生產設備或裝置。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)律將其轉換為標準信號的輸出，作為測量值。標準信號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 直接改變操縱變量,通過操作這個變量可克服擾動對被控變量的影響，通常是由執(zhí)行器

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

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

19、程流程圖過程時間圖順序功能圖（2）控制系統(tǒng)構成參數控制順序控制協(xié)調、管理等控制,化工過程,用化工方法對原料進行加工處理成為產品的過程稱為化工過程。化工過程分為兩類：一類是以化學反應為核心的化學反應過程，通常在化學反應器中進行；一類是不進行化學反應的過程，不改變物料的化學性質，只改變其物理性質，這一類物理過程稱為化工單元操作。,,,雖然電解反應為核心過程，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性質不變，遵循熱量傳遞規(guī)律，通過熱量交換的方式實現，所用設備均為換熱器，作用都是提高或降低物料溫度，為一普遍采用的操作方式。,,我們將整個化工生產中(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