化工單元安全運(yùn)行技術(shù)

崔克請(qǐng)主編化學(xué)工程出版社2007年第1版化工單元安全運(yùn)行技術(shù)化工單元運(yùn)行安全技術(shù)是整個(gè)化工安全生產(chǎn)體系的重要組成部分，由于化學(xué)介質(zhì)，特別是具有危險(xiǎn)特性的化學(xué)品在不同工藝及技術(shù)裝備條件下運(yùn)行、變化，因此化工單元運(yùn)行中危險(xiǎn)特性更加復(fù)雜和多變?！痘卧\(yùn)行安全技術(shù)》收集和總結(jié)了當(dāng)今國(guó)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與工藝，系統(tǒng)分析了化工典型設(shè)備工藝安全、流體輸送安全、化工生產(chǎn)管路安全、非均相分離過(guò)程安全、加熱及傳熱過(guò)程安全、蒸餾及精餾過(guò)程安全、氣體吸收過(guò)程安全以及干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取、制冷、吸附過(guò)程安全等。在總結(jié)事故教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，探索運(yùn)行中必需的安全生產(chǎn)條件和化工裝置單元安全運(yùn)行的規(guī)律。

《化工單元運(yùn)行安全技術(shù)》旨在使其能對(duì)從事化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)以及相關(guān)單元運(yùn)行的其他工業(yè)的生產(chǎn)、科研、設(shè)計(jì)、安全、監(jiān)察等專業(yè)人員和管理人員提供實(shí)用的參考資料，也可作為高等院校安全工程專業(yè)以及工業(yè)系統(tǒng)安全技術(shù)培訓(xùn)的教學(xué)用書(shū)和參考資料。

1、化工生產(chǎn)安全運(yùn)行及控制

1.1安全生產(chǎn)與運(yùn)行操作工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程存在的安全操作與控制問(wèn)題：開(kāi)車(chē)、停車(chē)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(guò)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(guò)程的安全要求對(duì)上述運(yùn)行過(guò)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(guò)程對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃、調(diào)度和決策生產(chǎn)過(guò)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、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(duì)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(guò)程中各種擾動(dòng)、設(shè)備特性的改變、操作的穩(wěn)定均對(duì)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(guò)程中設(shè)備的安全可靠性裝置與裝置、工廠與工廠之間的關(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(guò)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(guò)程傳播開(kāi)來(lái)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。蝴蝶效應(yīng)：一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀，可能在美國(guó)得克薩斯州引起一場(chǎng)龍卷風(fēng)。在初始條件下的十分微小的變化，經(jīng)過(guò)不斷放大，對(duì)事物未來(lái)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(guò)程控制的因素從負(fù)反饋角度分析：測(cè)量的影響一些生產(chǎn)過(guò)程的變量很難測(cè)定技術(shù)的發(fā)展，使過(guò)去某些不可測(cè)變量變?yōu)榭蓽y(cè)變量間接測(cè)量：利用可測(cè)變量與相關(guān)模型，計(jì)算不可測(cè)量的變量測(cè)不準(zhǔn)原理：任何物體的一些成對(duì)的性質(zhì)，比如位置和動(dòng)量，不可能對(duì)兩者同時(shí)精密測(cè)定。1.2工業(yè)過(guò)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(cè)定的參數(shù)：溫度、壓力、流量、液面……測(cè)量原理基本不變，測(cè)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，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(kāi)始用電動(dòng)儀表計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC-DirectlyDigitalComtrol)1.2.2工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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-DistributedControlSystem)取代DDC控制系統(tǒng)可編程控制器廣泛應(yīng)用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(guò)程自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（(CIMS-ContemporaryIntegratedManufacturingSystems))現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng):（FCS:FieldbusControlSystem)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。現(xiàn)場(chǎng)總線使得現(xiàn)場(chǎng)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(chē)行業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)應(yīng)用的非常普遍，近兩年國(guó)內(nèi)新的汽車(chē)生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采用了現(xiàn)場(chǎng)總線的控制技術(shù)。國(guó)外設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線的控制方法。而國(guó)內(nèi)的應(yīng)用仍大多集中生產(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(mén)開(kāi)或關(guān)的氣動(dòng)閥是用壓縮空氣開(kāi)關(guān)的.氣動(dòng)門(mén)又分氣開(kāi)和氣關(guān)門(mén):氣開(kāi)門(mén)就是有壓縮空氣并且氣源充足時(shí)門(mén)打開(kāi),無(wú)起源時(shí)門(mén)靠彈簧關(guān)閉;氣關(guān)門(mén)是有壓縮空氣門(mén)被關(guān)閉,氣源消失門(mén)打開(kāi).特點(diǎn):氣動(dòng)門(mén)的優(yōu)點(diǎn)就是開(kāi)關(guān)迅速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施.原理:氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動(dòng)力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于電氣閥門(mén)定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制信號(hào)來(lái)完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。選用氣開(kāi)暴還是氣關(guān)嚴(yán)主要是從創(chuàng)安全角度薪出發(fā)，即鳳要考慮在伍控制閥上奪的信號(hào)一箱旦中斷后宴，閥所處緞的位置是和全開(kāi)還是賣(mài)全關(guān)對(duì)裝軟置安全更佛有利？如果是全竿開(kāi)更有利泄則選用氣探關(guān)，這樣努一旦失去護(hù)信號(hào)控制眼閥就處于膊全開(kāi)位置松。反之，仰則選用氣率開(kāi)閥。氣動(dòng)蝶躁閥氣動(dòng)法蘭藥蝶閥氣動(dòng)對(duì)頂夾式蝶鞠閥電動(dòng)法蘭強(qiáng)蝶閥1.2.季2工業(yè)生產(chǎn)登自動(dòng)控制為了使召一個(gè)工纖業(yè)生產(chǎn)形過(guò)程或復(fù)一個(gè)企零業(yè)良噸好、高舟效地運(yùn)葬行，室都離不概開(kāi)對(duì)整勤個(gè)生產(chǎn)主過(guò)程物宏料、能香源、人技力等的螺管理、胖組織和迅運(yùn)作。插要達(dá)到湖此目的咳，必須糞對(duì)工業(yè)起生產(chǎn)過(guò)牢程的信扮息、數(shù)帽據(jù)進(jìn)行京及時(shí)的煮檢測(cè)和陡控制。生產(chǎn)計(jì)猴劃、樸生產(chǎn)調(diào)爛度、安配全穩(wěn)定劍地生產(chǎn)隆與操作劃等，都答離不開(kāi)廉自動(dòng)化尊技術(shù)莖。企業(yè)生持產(chǎn)過(guò)程秀管理與松控制的診遞階結(jié)核構(gòu)由有關(guān)悠的生歪產(chǎn)過(guò)社程工沸藝設(shè)盜備如旗容器噴、泵炭、機(jī)器燈、管鑰道勇等組成由生產(chǎn)過(guò)材程工藝參市數(shù)的測(cè)量柔變送儀表塘、儀器、題自動(dòng)執(zhí)行餓機(jī)構(gòu)組成慚。由計(jì)蜂算機(jī)(或DCS)和有關(guān)軟奮件及控制輔算法等組承成用于自動(dòng)跌監(jiān)視和代烤替人工自慣動(dòng)控制工縱業(yè)生產(chǎn)過(guò)眠程乙最澇基本的鈔自動(dòng)化蜻設(shè)備實(shí)現(xiàn)學(xué)常規(guī)蟲(chóng)控制栗層墳無(wú)法舊做到饞的多擋變來(lái)量控著制由計(jì)算掃機(jī)(或DCS)和有關(guān)軟擺件及控制支算法等組進(jìn)成為先進(jìn)控臉制層提供牽?jī)?yōu)化給定損值、優(yōu)狹化控制軌領(lǐng)跡或生產(chǎn)船方案優(yōu)化層豈提供包各種優(yōu)翻化梅目標(biāo)添或約束浸條件常規(guī)控制握：所謂救常規(guī)控制亭是指采用廣經(jīng)典的PID逐(比例十管積分十擦微分)控制算閑法或其座他簡(jiǎn)單益的控制員算法，六使工業(yè)葡生產(chǎn)過(guò)叉程的被固控變量責(zé)，在遭予受到外速來(lái)擾動(dòng)心情況下丙，穩(wěn)定昨地維持蘋(píng)在預(yù)先俊的給定茶值上。這種控傳制系統(tǒng)竟最典型振的是單諒回路(單個(gè)參摔數(shù)的控紅制)負(fù)反饋控暢制系統(tǒng)(或叫反瓶饋控制糖回路)如果外來(lái)茅的擾動(dòng)是獸可以測(cè)量被的，則可枕組成單回催路的反饋已加前饋控號(hào)制系統(tǒng)先進(jìn)控核制是對(duì)融那些不國(guó)同于常怠規(guī)單回中路PID控制，并皆具有比常幸規(guī)PID控制更休好控制膨效果的膨控制策汗略的統(tǒng)逢稱，而少非專指視某種計(jì)談算機(jī)控原制算法巡壽。先進(jìn)控教制與常遠(yuǎn)規(guī)控顧制關(guān)系1.3生產(chǎn)過(guò)程晶安全控制麻系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單控制桿系統(tǒng)是最壇基本、最說(shuō)常見(jiàn)、應(yīng)哥用最廣泛噸的控制系糧統(tǒng)，約占勿控制回路稿的80%以上。簡(jiǎn)單控制辯系統(tǒng)的特遮點(diǎn)是結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)單，易奧于實(shí)現(xiàn)，背適應(yīng)性強(qiáng)甩。在簡(jiǎn)單各控制系統(tǒng)盤(pán)的基礎(chǔ)上串，發(fā)展弟起各種復(fù)疏雜控制系件統(tǒng)。在工業(yè)季過(guò)程計(jì)踩算機(jī)集寫(xiě)成控制肯系統(tǒng)中謠，也往謠往把它躲作為最章低層的售控制系以統(tǒng)。自動(dòng)控現(xiàn)制系統(tǒng)星是在人偉工控制騾的基礎(chǔ)核上產(chǎn)生逆和發(fā)展孔起來(lái)的液位控宇制系統(tǒng)液位h是需要控癢制的工藝輩變量，稱奪為被控變濁量。Qo為操縱棒變量進(jìn)水量Qi是造成被歲控變量產(chǎn)貼生不期望貫波動(dòng)的原嘉因，稱為邀擾動(dòng)液位人篇工控制辜示意圖①用眼績(jī)睛觀察腥液位計(jì)賀實(shí)際液總位的指稀示值，杠并通過(guò)均神經(jīng)系對(duì)統(tǒng)告訴勺大腦;②通過(guò)大腦跑對(duì)眼睛觀折測(cè)到的實(shí)相際液位值魄與事先在競(jìng)大腦中儲(chǔ)港存好的希鈴?fù)导唇o何定值進(jìn)行筐比較，根慕據(jù)偏差的救大小和方約向，經(jīng)過(guò)權(quán)分析、思筋考，然后價(jià)根據(jù)操作自經(jīng)驗(yàn)發(fā)出饑命令;③根據(jù)大腦兄發(fā)出的控面制命令，蚊通過(guò)手去沖改變出水國(guó)閥門(mén)開(kāi)度減，以改變Q。來(lái)控制進(jìn)液位;④反復(fù)執(zhí)聯(lián)行上述關(guān)操作年，直到獵將液位切控制到送所希望痰的數(shù)值久上。工藝控朋制流程副圖，它會(huì)是用自裹控設(shè)計(jì)布的文字艙符號(hào)和燙圖形符正號(hào)在工鄭藝流程名圖上描蒸述生產(chǎn)林過(guò)程伶自動(dòng)控竄制的原汪理圖。圖中，賤小圓圈鞠表示某遇些自囑動(dòng)化儀濾表，辰圓內(nèi)由熊兩位以宣上字母鹿，第組一位字送母表示顏被測(cè)量跌變量，燈后繼字盾母表示欠儀表的電功能。采用液策位測(cè)量貌變送器LT檢測(cè)液悉位值并泊轉(zhuǎn)換為雨標(biāo)準(zhǔn)信氧號(hào)，徒如4~2膚0mA。這一測(cè)量蔬信號(hào)送往襖液位控制記器LC，控制器長(zhǎng)的設(shè)定值孟由人工給倘定?？刂埔嗥鞲鶕?jù)偏駱差的正負(fù)仙、大小及旦變化情況遍，發(fā)出控漫制信號(hào)?？刂破鞯暮幂敵鏊屯瑘?zhí)行器，牌此處為控阿制閥，控穩(wěn)制閥根據(jù)睬控制信號(hào)膛變化增大令或減小閥窮門(mén)的開(kāi)度葬，調(diào)節(jié)出屢水流量，旦使測(cè)量值濫接近或等享于給定值維。1.3.縫1溫度控制巷系統(tǒng)蒸汽加價(jià)熱器的盛溫度自折動(dòng)控制毫系統(tǒng):由蒸汽畝加熱器贈(zèng)、溫度填變送器TT，溫度付控制器TC和蒸汽流憶量控制閥撕組成?？赝碇频哪繕?biāo)袍是保持流忙體出口溫妹度恒定。1.3假.2流量控制江系統(tǒng)由管路系滑統(tǒng)、孔板瓶和差壓變棕送器、流加量控制器FC和流量潮控制閥豆組成。昂控制的豆目標(biāo)是狠保持流住量恒定身。簡(jiǎn)單控頂制系統(tǒng)紀(jì)組成①被糞控對(duì)象備也稱對(duì)蹈象，狹是指被交控制的鴨生產(chǎn)設(shè)頁(yè)備或裝美置。被登控對(duì)象落需要控童制的變敬量稱為待被控變辜量。②測(cè)艘量變送須器戚測(cè)量被悶控變量鵝，并按蠻一定的講規(guī)律將圾其轉(zhuǎn)換芒為標(biāo)準(zhǔn)盼信號(hào)的承輸出，壺作為測(cè)湖量值。面標(biāo)準(zhǔn)信頭號(hào)的含希義是其墾上下限辮符合規(guī)陷定系列:0~牽l0m悉A,戴4~2廈0mA鍛,0呀.02恭~0.草1MP扁a等。③控制器母也稱調(diào)節(jié)巴器。它將艘被控變量躁的設(shè)定值殃與測(cè)量值潑進(jìn)行比較參得出偏差亭信號(hào)，撓并按一定包規(guī)律給出想控制信號(hào)萬(wàn)。④執(zhí)行斥器常用浴的是控三制閥。視接受控亡制器來(lái)莖的信號(hào)鈔直接改或變操縱嫌變量，剪通過(guò)操含作這個(gè)問(wèn)變量可演克服擾視動(dòng)對(duì)被番控變量壯的影響遮，通常芒是由執(zhí)前行器控肢制的某掃工藝流出量。1.4生產(chǎn)過(guò)程辯分析1.4.幫1間歇生本產(chǎn)分析間歇生產(chǎn)德過(guò)程：將殲有限量的腿物質(zhì)，按貴規(guī)定的加繡工順序，習(xí)在一個(gè)或狐多個(gè)加工礙設(shè)備中加蛙工，以獲招得有限量巷的產(chǎn)品的變加工過(guò)程陣。如需更駝多的產(chǎn)品知?jiǎng)t必須重駐復(fù)整個(gè)過(guò)膜程。間歇過(guò)劇程由多廢個(gè)分批捕操作的呆間歇設(shè)舅備單元郊和半操康作設(shè)備賴單元組用成。間歇生予產(chǎn)過(guò)程倒的特點(diǎn)阻：周期性直批量生怒產(chǎn)物料狀態(tài)命和操作參幕數(shù)是動(dòng)態(tài)跌的柔性生拆產(chǎn)能力參較強(qiáng)工藝控難制要求目高與連續(xù)過(guò)鍋程相比具貼有生產(chǎn)能憂力低，能襲耗大的特給點(diǎn)間歇生瓦產(chǎn)的投駛料、出濱料、混面配、分揪離等作足業(yè)單元宇往往是竊暴露性弦的，給巧安全運(yùn)丈行和作張業(yè)條件芳帶來(lái)許腰多不利淋因素1.4普.2間歇生產(chǎn)酬過(guò)程安全漿控制分析間歇生拒產(chǎn)過(guò)程擊控制：參數(shù)控城制：涉濱及模擬線信號(hào)的始傳輸、命變換和蓮處理，捷其控制敬思想和己目的與誓連續(xù)過(guò)張程控制水相似順序控制警：涉及數(shù)鄉(xiāng)豐字開(kāi)關(guān)信傳號(hào)的通訊將和處理，商其控制目究的主要是笛控制生產(chǎn)怨過(guò)程按配封方規(guī)定的釘和狀態(tài)有籃序地完成慢生產(chǎn)過(guò)程（1）順序生伙產(chǎn)過(guò)程流程圖過(guò)程時(shí)間消圖順序功嬸能圖（2）控制消系統(tǒng)構(gòu)情成參數(shù)控揪制順序控制協(xié)調(diào)、轟管理等靈控制化工過(guò)抓程用化工方仇法對(duì)原料錢(qián)進(jìn)行加工倍處理成為夸產(chǎn)品的過(guò)砍程稱為化鄙工過(guò)程?；み^(guò)跨程分為努兩類：一類是以肌化學(xué)反應(yīng)嬌為核心的越化學(xué)反應(yīng)血過(guò)程，通材常在化學(xué)飾反應(yīng)器中鏡進(jìn)行；一類是鵝不進(jìn)行窮化學(xué)反哨應(yīng)的過(guò)業(yè)程，不委改變物完料的化蔑學(xué)性質(zhì)訓(xùn)，只改階變其物刻理性質(zhì)嚴(yán)，這一悶類物理相過(guò)程稱笑為化工欲單元操雀作。過(guò)程步驟操作方式典型設(shè)備化鹽水鹽攪拌、溶解、傳熱化鹽桶加熱器電解精鹽水電解反應(yīng)2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH電解槽氯處理NaOH溶液蒸發(fā)氫處理陽(yáng)極室陰極室Cl2H2燒堿液冷卻過(guò)程氣液分離傳熱過(guò)程換熱器離心機(jī)蒸發(fā)器澄清渾鹽水懸浮液沉降分離澄清桶過(guò)濾機(jī)雜質(zhì)雖然電蝦解反應(yīng)郊為核心鄙過(guò)程，責(zé)但大量燦的物理葛操作占那有很大挑比重。霧另外象遵傳熱過(guò)捷程，不燦僅在制揭堿中，尾在制糖衡、制藥仰、化肥素中都需池要，在帝傳熱過(guò)溫程物料甲的化學(xué)仙性質(zhì)不桑變，遵都循熱量丹傳遞規(guī)飯律，通岔過(guò)熱量警交換的輛方式實(shí)