1、化工流程工业中的自动化进程研究 0 前言 自20世纪50年代化工生产流程工业引入自动化技术之后，化工流程工业的发展更加日新月异。进入21世纪后，伴随生产装置的大型化和生产过程的的连续化，自动化的实现在流程工业的发展中扮演着重要的角色，而企业的自动化与信息化更是成为现代化企业迅速成长和壮大的必要条件。为了能更安全、高效、优质和低耗的生产，实现现代企业在运行、控制和管理上的最优化，提高企业的市场竞争力，在化工流程工业中引进自动化技术是非常必要的。下面，笔者根据在化工生产过程中的实践经验，对化工流程工业中的自动化进程谈谈自己的一点看法，仅供同行参考。 1 流程工业概述 流程工业是国民经济中的主导性行
2、业，在石化、电力、冶金、制药、轻工、水利、环保等诸多领域占据主导性地位。流程工业指主要生产过程为连续生产的工业，具有如下特点： （1）连续性生产，工艺流程基本保持不变，生产过程需要调整工艺操作的参数；（2）工艺反应过程中基本生产设备为单元级生产装置，物料、能量间存在最佳控制策略；（3）要保证生产的稳产、高产和节能降耗，就必须保证工艺流程的安全、长周期和稳定；（4）生产环境较为苛刻，整个生产过程可能包含复杂的物理、化学过程和各种突变状况以及不确定性因素。 随着化工流程工业生产的大型化和复杂化的发展趋势，建立流程工业的自动化控制系统，能够正确指导生产操作、保证生产安全和产品的质量与数量，从而有效避
3、免安全隐患和化工生产上人力、物力的浪费。当前，我国化工行业中小型企业居多，普遍存在工艺落后、控制手段差、长周期运行稳定性差等不足。由于其生产过程控制以单回路控制为主，因此利用化工流程工业中的自动化对现有的化工产业进行改造刻不容缓。 2 自动化技术在化工流程工业上的应用 现代企业的流程工业自动化主要是指将一些自动化装置配备于工艺设备上，使生产能够按照要求自动替代或者部分替代操作人员的直接劳动，即通过自动化装置来管理生产过程或设备，保证生产的正常运行和生产过程工艺参数的稳定性。流程生产自动化的重要环节是工艺参数控制，其内容包括对工艺参数的显示、检测、控制、记录和报警等等。 流程工业控制系统的发展过
4、程如图1所示： 图1 流程工业控制系统的发展过程 2.1 自动化技术在集散型控制系统DCS中的应用 伴随大型工业生产自动化的盛行以及过程控制要求的更深化，DSC综合控制系统应运而生。DSC具有集中管理和分散控制的特征。即DSC采取多层分级且合作自治的结构形式，由“上级”获得指示，从“下级”获得信息，从而产生对“下级”的控制。因此，依靠强大的自动化系统最终实现DSC的生产管理级和经营管理级。 当前，在化工、石油、电力、冶金、制药等流程工业诸多领域DSC的应用都极为广泛。 例如，在河南油田炼油厂的丙烷脱沥青装置的DCS系统中，丙烷脱沥青装置的工艺流程主要为抽提和回收，以丙烷作为溶剂分离出减压渣油中
5、的沥青。采取浙大中控的JX-300XDCS作为自动控制部分，主要包含了液位、流量、温度、压力等控制参数和串级控制、分程控制、PDI控制等控制方案。可以说，未来DCS技术将朝更加标准化、开放化与通用化的方向发展，积极促进流程工业的竞争力，显著提高流程工业的经济效益。 2.2 自动化技术在总线型控制系统FCS的应用 我们将现场总线定义为一种能够连接智能设备及自动化系统的双向传输、多分支结构和数字式的通信网络。FSC的特点主要是：双向数据通信能力不需要进行A/D和D/A间的反复转换，通过将控制任务下移至现场设备，最终实现测量控制的一体化及全分散。FSC系统的底层控制网络为现场总线，对控制设备、生产过
6、程现场仪表、更高控制管理层间进行沟通联系，实现数字通信的直接和畅通。以DSC为基础，FSC迅速发展起来，因它在控制分散、开放性等方面均优于传统的DSC，是自动控制系统发展的大方向。 由于具备可靠性、分散性、开放化和低成本化等诸多优点，FSC能够显著改善在化工生产中存在的化工技术不先进、设备老化和管理落后等局面，从而提高化工企业的生产效益与市场竞争力，因此FSC在化工行业具有良好的应用前景。 2.3 自动化技术在故障检测与诊断技术FDD的应用 在化工行业，常常需要面临低温真空或高温高压等极端生产环境，如若发生人为操作不当、检测上的疏忽与遗漏甚至天灾等突发状况，很有可能会引发生产流程的中断、反应设
7、备爆炸和毒气泄漏等危险情况，不仅对企业生产造成巨大的损失，而且对人身安全带来严重威胁。由于故障检测与诊断技术（FDD，fault detection and diagnosis）能够节能减耗、减少安全隐患、降低设备维修成本和生产成本，大幅提高产品质量与生产效率，因此随着化工生产的规模化和流程化的普及，FDD日益受到人们的关注，被广泛应用于现代化生产中。 当前，流程工业故障检测与诊断系统的任务主要为以下几方面： （1）动态的检测生产流程或系统，在故障发生的第一时间发出警报； （2）快速确定故障部件、故障原因和故障对生产流程或系统的影响程度； （3）提出排除故障措施，方便故障部件的替换，最终使得生
8、产流程或系统的正常运行。 流程工业过程故障诊断是一门多学科相互交叉的实用技术，因此，在此过程中引入自动化检测系统，能加快故障诊断的效果。因此，随着自动化技术的快速发展，连续的、大型的和高速的生产装备是未来流程工业生产的发展方向，需要引入更多的高功能、高精度和高性能的生产设备，这也就意味着需要更为先进的设备或系统的故障诊断技术，从而大力促进智能故障检测和诊断法在化工领域的推广。 2.4 自动化技术在软测量技术中的应用 在实际的化工流程生产过程中，传感器难以甚至无法直接检测到一些在生产过程中对产品质量、产品成本和生产安全具有重要影响力，必须严格监控的变量，例如塔板效益、转化率和催化活性、反应釜中反
9、应物的浓度、制浆过程中的有效碱浓度、精馏塔的塔顶/塔底产品质量、干点、闪点、倾点等变量。运用软测量技术能够很好的解决这类变量的测量问题，因此近年来其发展势头迅猛。经传感器检测出相关的辅助变量后，依靠计算机辅助变量及待测变量的数学模型，运用软测量技术能够求出检测值，满足检测与控制的要求。 作为一种新型的过程参数检测技术，软测量将人工智能、先进控制理论和数学建模应用于测量技术中，成功检测出复杂化工过程中的参数，进而能计算出许多流程化工过程中不能直接测量的变量值，最终能够建立复杂、准确的流程化工过程测量模型，因此软测量技术将是未来该领域重要的发展方向。 3 结束语 总之，随着化工流程工业生产的大型化
10、和复杂化（下转第11页）（上接第26页）的发展趋势，建立流程工业的自动化控制系统，能够正确指导生产操作、保证生产安全和产品的质量与数量，从而有效避免安全隐患和化工生产上人力、物力的浪费。与此同时，在化工流程中引入自动化控制系统能够实时控制生产过程、监控参数和处理复杂数据，推进化工流程工业的大型化、自动化和信息化发展，为我国化工生产快速、高效、安全的生产做出巨大的贡献。 【参考文献】 1杨榛，浦伟光，隋志军.化工流程工业中自动化技术的应用J.计算机与应用化学，2010，27（2）：139-144. 2罗辉.化工流程模拟软件Chemcad的应用J.浙江化工，2005，36（10）：40-42. 3刘伟.自动化技术助力大庆石化节能降耗J.数字石油和化工，2006，9：12-17.第 6 页 共 6 页
