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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,1.1.1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、停車工藝流程及設(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)程的異常現(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)流程工一個(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2、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3、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)4、現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC-Directly Digital Comtrol),122工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制,20世紀(jì)70年代：電動(dòng)型儀表，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：420mA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(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-Contemporary Integrated Manufacturing Systems)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:Fieldbus Control System)繼集散控制5、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)閥門開(kāi)或關(guān)的氣動(dòng)6、閥是用壓縮空氣開(kāi)關(guān)的.氣動(dòng)門又分氣開(kāi)和氣關(guān)門:氣開(kāi)門就是有壓縮空氣并且氣源充足時(shí)門打開(kāi),無(wú)起源時(shí)門靠彈簧關(guān)閉;氣關(guān)門是有壓縮空氣門被關(guān)閉,氣源消失門打開(kāi).特點(diǎn):氣動(dòng)門的優(yōu)點(diǎn)就是開(kāi)關(guān)迅速.原理:氣動(dòng)頭里邊活塞上下兩個(gè)腔室,一個(gè)腔室是進(jìn)氣的,另一個(gè)腔室里邊是彈簧,如果上腔室是彈簧,那么下腔室就是進(jìn)氣的這種就是失氣關(guān)閉型,燃油快關(guān)門如果下腔室是彈簧,那么上腔室就是進(jìn)氣的這種就是失氣開(kāi)啟型,氣動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)法蘭蝶閥,氣動(dòng)對(duì)夾式蝶閥,電動(dòng)法蘭蝶閥,1.2.2工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制,為了使一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或一個(gè)企業(yè) 良好、高效地運(yùn)行，都離不開(kāi)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程物料、能源、人力等的管理、組織和運(yùn)作。要達(dá)到此目的，必須對(duì)7、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)和控制。生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、安全穩(wěn)定地生產(chǎn)與操作等，都離不開(kāi) 自動(dòng)化技術(shù)。,企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程管理與控制的遞階結(jié)構(gòu),由有關(guān) 的生 產(chǎn)過(guò)程 工藝設(shè) 備 如容器、泵、機(jī)器、管 道 等組成,由生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)的測(cè)量變送儀表、儀器、自動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。,由計(jì) 算機(jī)(或 DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成,用于自動(dòng)監(jiān)視和代替人工自動(dòng)控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 乙最基本 的 自動(dòng)化設(shè)備,實(shí) 現(xiàn) 常規(guī) 控制 層 無(wú)法 做 到 的多 變 量 控制,由計(jì) 算機(jī)(或 DCS)和有關(guān)軟件及控制算法等組成,為先進(jìn)控制層提供優(yōu)化給定值、優(yōu)化控制軌跡或生產(chǎn)方案,優(yōu)化層 提供各種優(yōu) 化 目標(biāo) 或約束條件8、,常規(guī)控制：所謂常規(guī)控制是指采用經(jīng)典的 PID(比例 十積分 十微分)控制算法或其他簡(jiǎn)單的控制算法，使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的被控變量，在遭受到外來(lái)擾動(dòng)情況下，穩(wěn)定地維持在預(yù)先的給定值上。,這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路(單個(gè)參數(shù)的控制)負(fù)反饋控制系統(tǒng)(或叫反饋控制 回路),如果外來(lái) 的擾動(dòng)是可 以測(cè)量 的，則可組成 單回路的反饋加前饋控制系統(tǒng),先進(jìn)控制是對(duì)那些不同于常規(guī)單回路 PID控制，并具有比常規(guī) PID控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計(jì)算機(jī)控制算法。,先進(jìn)控制與常規(guī) 控制關(guān)系,先進(jìn)控制投資效益,1.3生產(chǎn)過(guò)程安全控制系統(tǒng)組成,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是最基本、最常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)，約占控9、制回路的80%以上。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)。在簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)展起各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。在工業(yè)過(guò)程計(jì)算機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)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(jìn)水量Qi是造成被控變量產(chǎn)生不期望波動(dòng)的原因，稱為擾動(dòng),液位人工控制示意圖,用眼睛觀察液位計(jì)實(shí)際液位的指示值，并通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦;通過(guò)大腦對(duì)眼睛觀測(cè)到的實(shí)際液位值與事先在大腦中儲(chǔ)存好的希望值即給定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差的大小和方向，經(jīng)過(guò)分析、思考，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出命令;根據(jù)大腦發(fā)出的控制10、命令，通過(guò)手去改變出水閥門開(kāi)度，以改變 Q。來(lái)控制液位;反復(fù)執(zhí)行上述操作，直到將液位控制到所希望的數(shù)值上。,工藝控制流程圖，它是用自控設(shè)計(jì)的文字符號(hào)和圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過(guò)程 自動(dòng)控制的原理 圖。圖中，小圓圈表示某些 自動(dòng)化儀表，圓內(nèi)由兩位以上字母，第一位字母表示被測(cè)量變量，后繼字母表示儀表的功能。,采用液位測(cè)量變送器LT檢測(cè)液位值并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如420mA。這一測(cè)量信號(hào)送往液位控制器 LC，控制器的設(shè)定值由人工給定。控制器根據(jù)偏差的正負(fù)、大小及變化情況，發(fā)出控制信號(hào)。控制器的輸出送往執(zhí)行器，此處為控制閥，控制閥根據(jù)控制信號(hào)變化增大或減小閥門的開(kāi)度，調(diào)節(jié)出水流量，使測(cè)量值接近或等11、于給定值。,1.3.1溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器的溫度自動(dòng)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。控制的目標(biāo)是保持流體出口溫度恒定。,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。控制的目標(biāo)是保持流量恒定。,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組成,被控對(duì)象也稱對(duì)象，是指被控制的生產(chǎn)設(shè)備或裝置。被控對(duì)象需要控制的變量稱為被控變量。測(cè)量變送器 測(cè)量被控變量，并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的輸出，作為測(cè)量值。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的含義是其上下限符合規(guī)定系列:0l0mA,420mA,0.020.1MPa等。,執(zhí)行器常用的是控制閥。接受控制器來(lái)的信號(hào) 直接改變操縱12、變量,通過(guò)操作這個(gè)變量可克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，通常是由執(zhí)行器控制的某工藝流量。控制器 也稱調(diào)節(jié)器。它將被控變量的設(shè)定值與測(cè)量值進(jìn)行比較得出偏差信號(hào)，并按一定規(guī)律給出控制信號(hào)。,1.4生產(chǎn)過(guò)程分析,1.4.1間歇生產(chǎn)分析間歇生產(chǎn)過(guò)程：將有限量的物質(zhì)，按規(guī)定的加工順序，在一個(gè)或多個(gè)加工設(shè)備中加工，以獲得有限量的產(chǎn)品的加工過(guò)程。如需更多的產(chǎn)品則必須重復(fù)整個(gè)過(guò)程。間歇過(guò)程由多個(gè)分批操作的間歇設(shè)備單元和半操作設(shè)備單元組成。,間歇生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)：周期性批量生產(chǎn)物料狀態(tài)和操作參數(shù)是動(dòng)態(tài)的柔性生產(chǎn)能力較強(qiáng)工藝控制要求高與連續(xù)過(guò)程相比具有生產(chǎn)能力低，能耗大的特點(diǎn)間歇生產(chǎn)的投料、出料、混配、分離等作業(yè)單元往往13、是暴露性的，給安全運(yùn)行和作業(yè)條件帶來(lái)許多不利因素,1.4.2間歇生產(chǎn)過(guò)程安全控制分析間歇生產(chǎn)過(guò)程控制：參數(shù)控制：涉及模擬信號(hào)的傳輸、變換和處理，其控制思想和目的與連續(xù)過(guò)程控制相似順序控制：涉及數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)的通訊和處理，其控制目的主要是控制生產(chǎn)過(guò)程按配方規(guī)定的和狀態(tài)有序地完成生產(chǎn)過(guò)程,（1）順序生產(chǎn)過(guò)程流程圖過(guò)程時(shí)間圖順序功能圖（2）控制系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)控制順序控制協(xié)調(diào)、管理等控制,化工過(guò)程,用化工方法對(duì)原料進(jìn)行加工處理成為產(chǎn)品的過(guò)程稱為化工過(guò)程。化工過(guò)程分為兩類：一類是以化學(xué)反應(yīng)為核心的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，通常在化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行；一類是不進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，不改變物料的化學(xué)性質(zhì)，只改變其物理性質(zhì)，這一類14、物理過(guò)程稱為化工單元操作。,雖然電解反應(yīng)為核心過(guò)程，但大量的物理操作占有很大比重。另外象傳熱過(guò)程，不僅在制堿中，在制糖、制藥、化肥中都需要，在傳熱過(guò)程物料的化學(xué)性質(zhì)不變，遵循熱量傳遞規(guī)律，通過(guò)熱量交換的方式實(shí)現(xiàn)，所用設(shè)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(gè)化工生產(chǎn)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(shè)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(diǎn)物理過(guò)程；化工中共有操作，化工過(guò)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過(guò)程，原理是相同的，所用設(shè)備往往是通用的。,單元操作分類流體動(dòng)力傳遞過(guò)程：如流體的輸送、沉降、過(guò)濾、離心分離。熱量傳遞過(guò)程：加熱、冷卻、蒸發(fā)。質(zhì)量傳遞過(guò)程：如蒸鎦、吸收、萃取、膜分離等。熱力過(guò)程：如冷凍等。,