分體式電磁流量計(jì)在精細(xì)化工行業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展方向

摘要：現(xiàn)階段，經(jīng)濟(jì)**化的發(fā)展在一定程度上加速了我國各個(gè)行業(yè)的進(jìn)步，不斷促進(jìn)其向著“高精尖”的方向發(fā)展，也引領(lǐng)了傳統(tǒng)精細(xì)化工行業(yè)朝著智能化和全流程自動(dòng)化的方向發(fā)展。精細(xì)化工產(chǎn)品種類繁多，其危險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)性不言而喻，因此分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)在精細(xì)化工裝置中占據(jù)著十分重要的位置，對(duì)化工裝置整體的安全性有著非常重要的影響。主要對(duì)分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)及其在精細(xì)化工裝置中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和探討。我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中所用到的一些化妝品、農(nóng)藥以及汽車零件和食物添加劑等方面都會(huì)涉及到精細(xì)化工產(chǎn)品，可以說與我們的生活密切相關(guān)。然而產(chǎn)品的制造過程也涉及了電解、氧化、硝化、氯化、烷基化、磺化等多種高危工藝，反應(yīng)產(chǎn)生的大量固廢和廢液也有易燃易爆的特性，任何環(huán)節(jié)的松懈都有可能造成嚴(yán)重的后果。例如2019年3月21日響水天嘉宜化工廠爆炸事故 ；2017年臨沂金譽(yù)石化爆炸事故等，都讓我們留下了觸目驚心的慘痛教訓(xùn)。分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)的產(chǎn)生使裝置的安全有了本質(zhì)性的保證。
1 分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)簡(jiǎn)述
隨著科技發(fā)展，化工裝置的自動(dòng)化水平得到了*大的提高，目前正在朝著全流程自動(dòng)化和無人化工廠的趨勢(shì)發(fā)展。用于生產(chǎn)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，我們稱之為過程控制系統(tǒng)（BPCS，Basic Process Control Syetem），但是就分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)而言，其本身就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，它與過程控制系統(tǒng)相對(duì)立。廣義上的 SIS 包括緊急停車系統(tǒng)（ESD），火災(zāi)和氣體防護(hù)系統(tǒng)（FGS），燃燒器管理系統(tǒng)（BMS），安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS），儀表保護(hù)系統(tǒng)（IPS）等，是石油、化工、發(fā)電、環(huán)保、儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)重要的安全保護(hù)屏障之一。與 BPCS 不同，SIS 只關(guān)注于安全方面，當(dāng)所有的安全防護(hù)失效時(shí)，作為確保安全的*后屏障，SIS 一定要在很好時(shí)間采取辦法來確保全部的執(zhí)行元件都在安全位置上。
2 精細(xì)化工中SIS的必要性分析
精細(xì)化工中常用到的化學(xué)反應(yīng)有加氫反應(yīng)、硝化反應(yīng)、氯化反應(yīng)、氧化反應(yīng)等數(shù)十種。就硝化反應(yīng)而言，硝化反應(yīng)是向大分子有機(jī)物中加入硝基的過程，反應(yīng)過程中需要用到的原料有高腐蝕性的濃硫酸和濃硝酸的混酸，甲類可燃液體甲苯等，硝化反應(yīng)本身也是一個(gè)放熱反應(yīng)，同時(shí)如果溫度有所提升的話，也會(huì)導(dǎo)致硝化反應(yīng)速率提高，所產(chǎn)生的熱量自然也會(huì)隨之增加，以至于造成反應(yīng)溫度無法得到有效的控制而產(chǎn)生爆炸的情況。硝化產(chǎn)品一般為多硝基化合物和硝酸酯，一旦受到撞擊、摩擦或者是溫度過高的話都會(huì)有爆炸情況產(chǎn)生，因此硝化反應(yīng)從原料到成品可謂是危險(xiǎn)重重，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。不但硝化反應(yīng)具有一定的危險(xiǎn)，在**安監(jiān)總局公布的《重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄》當(dāng)中所提到的一些工藝也同樣具有很高的危險(xiǎn)性。隨著社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)物質(zhì)水平的需求也越來越高。化工作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，規(guī)模也越來越大，裝置的危險(xiǎn)性也越來越高。社會(huì)各個(gè)方面都高度重視化工企業(yè)的安全性，始終堅(jiān)持安全生產(chǎn)。SIS的產(chǎn)生使事故的發(fā)生幾率降低了許多，從根本上確保了裝置的可靠運(yùn)行，因此 SIS 已經(jīng)成為保證企業(yè)安全生產(chǎn)的主要手段之一。
3 安全完整性等級(jí)和保護(hù)層分析
3.1 安全完整性等級(jí)
提到 SIS 系統(tǒng)，就離不開安全完整性等級(jí)的概念，通過HAZOP（危險(xiǎn)與可操作性分析）對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行全面考察分析，按照工藝流程對(duì)反應(yīng)過程中的每一根管道、每個(gè)設(shè)備逐步地分析其可能存在的危險(xiǎn)及危險(xiǎn)發(fā)生原因，有針對(duì)性的提出相應(yīng)的解決對(duì)策。根據(jù) HAZOP 結(jié)果確定哪些地方需要增加SIS 系統(tǒng)，安全完整性等級(jí)（SIL）是指針對(duì)當(dāng)前可能發(fā)生事故，假設(shè)其他防護(hù)手段無法將事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低至企業(yè)可接受風(fēng)范圍以內(nèi)時(shí)，需要增加安全聯(lián)鎖回路（SIF）來保證裝置的本質(zhì)安全，此時(shí)根據(jù)當(dāng)前 SIF 回路的失效概率確定的等級(jí)即為該 SIF 回路的安全完整性等級(jí)。
3.2 保護(hù)層分析（LOPA）
保護(hù)層分析（LOPA）是簡(jiǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具，我們針對(duì)HAZOP 結(jié)果，找出事故發(fā)生的初始原因，按照時(shí)間順序發(fā)揮找出所有的獨(dú)立保護(hù)層，在假設(shè)所有的獨(dú)立保護(hù)層都失效的情況下，根據(jù)各個(gè)保護(hù)層失效概率計(jì)算出事故后果出現(xiàn)的可能性。LOPA 是一種半定量分析，是進(jìn)行 SIL 定級(jí)的*常用的方法之一。
4 精細(xì)化工裝置中SIS的應(yīng)用
SIS 設(shè)計(jì)是將分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)在工程裝置中實(shí)際應(yīng)用的很好步，而 SIL 等級(jí)對(duì) SIS 設(shè)計(jì)有著直接的影響，所以 SIL 等級(jí)確定之后，就可以針對(duì)當(dāng)前 SIF 回路進(jìn)行 SIS 的設(shè)計(jì)。下面以硝化反應(yīng)為例，探析 SIS 在精細(xì)化工裝置中的應(yīng)用。
4.1 儀表元件設(shè)計(jì)
硝化反應(yīng)的特點(diǎn)就是反應(yīng)過程產(chǎn)生的大量的熱量，因此穩(wěn)定的溫度是保證反應(yīng)在可控狀態(tài)下進(jìn)行的關(guān)鍵。在反應(yīng)釜上設(shè)置溫度變送器，用來檢測(cè)反應(yīng)溫度。另外反應(yīng)釜攪拌電機(jī)的工作狀態(tài)是保證物料溫度均勻的關(guān)鍵因素。當(dāng)反應(yīng)溫度超過設(shè)定值，或者攪拌電機(jī)停止或故障時(shí)，將進(jìn)料閥門盡數(shù)切斷，同時(shí)打開應(yīng)急冷凍水管道降溫，同時(shí)還要及時(shí)打開應(yīng)急槽閥門，待物流排入之后將應(yīng)急處理工作做好。所有閥門在故障狀態(tài)時(shí)都應(yīng)處于安全位置。需要注意的是，為了保證變送器、閥門的失效概率數(shù)據(jù)的可靠性，我們選用的變送器、閥門均需要具有經(jīng)過 TUV 認(rèn)證的 SIL 等級(jí)。
4.2 系統(tǒng)與SIS邏輯設(shè)計(jì)
SIS 的邏輯運(yùn)算系統(tǒng)是 SIS 的核心和靈魂，合理可靠的硬件配置是保證 SIS 系統(tǒng)安全有效的基礎(chǔ)，SIS 的邏輯控制器在軟件出現(xiàn)故障時(shí)，必須要做到可以自行診斷，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的預(yù)定辦法，來確保能夠順利進(jìn)入到安全狀態(tài)當(dāng)中。除了正常條件觸發(fā)聯(lián)鎖，在現(xiàn)場(chǎng)和操作臺(tái)上都應(yīng)配備緊急切斷按鈕，當(dāng)緊急切斷按鈕按下時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠執(zhí)行相應(yīng)的安全聯(lián)鎖，緊急切斷按鈕應(yīng)該具有防誤觸的措施，另外軟件的檢修旁路不應(yīng)接入緊急切斷按鈕中。
4.3 軟件和硬件的冗余設(shè)計(jì)
根據(jù)我們確定的 SIL 等級(jí)，SIS 對(duì)冗余性的要求也不同。SIF 回路安全完整性等級(jí)為1級(jí)時(shí)，可采用單一測(cè)量?jī)x表 ；2級(jí)時(shí)，宜采用冗余設(shè)置；等級(jí)大于3級(jí)時(shí)，必須采用冗余設(shè)置；冗余方式根據(jù)系統(tǒng)對(duì)可用性和可靠性要求的差異性采用“與”或“或”邏輯要求。冗余技術(shù)還被應(yīng)用于邏輯控制器的電源、中央助理、通信以及輸入輸出等單元當(dāng)中。
4.4 分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)的管理、維護(hù)
在正式投入使用之后，要想有效確保分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就必須對(duì)其進(jìn)行良好的管理。總的來講可以從以下幾點(diǎn)來進(jìn)行 ：*先，做好維護(hù)人員的培訓(xùn)工作，讓其能夠真正地掌握維護(hù)分體式電磁流量計(jì)軟、硬件的能力以及具體的操作步驟 ；其次，結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行維護(hù)條例以及相關(guān)管理制度的制定，同時(shí)在系統(tǒng)進(jìn)行檢修或者是停止運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行檢查和測(cè)試，從根本上保證其正常實(shí)施 ；*后，一定要保存好分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)程序以及軟件組態(tài)編程等，記入需要進(jìn)行邏輯修改等情況時(shí)，需要在很好時(shí)間將相關(guān)的信息進(jìn)行更新處理，同時(shí)做好備份工作。
5 結(jié)束語
在進(jìn)入21世紀(jì)之后，由于科技水平的不斷提高使各個(gè)行業(yè)都取得了很大的突破和發(fā)展，分體式電磁流量計(jì)系統(tǒng)的投用，很大程度上提高了化工裝置的安全性。然而任何措施都不可能做到很好的杜絕事故，在遇到問題的時(shí)候，應(yīng)該保持發(fā)展的心態(tài)，始終將安全和環(huán)保擺在很好位，抱著積*的態(tài)度去解決，在使用更好的科技水平時(shí)對(duì)其進(jìn)行完善。