1.化工過程控制系統(tǒng)的工作原理

當控制系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量（如溫度、壓力、液位）發(fā)生變化，通過檢測變送儀表得到其測量值；控制器接受被控變量（如溫度、壓力、液位）測量變送器送來的測量信號，與設定值相比較得出偏差，按某種運算規(guī)律進行運算并輸出控制信號；控制閥接受控 制器的控制信號，按其大小改變閥門的開度，調整被控變量的數值，以克服擾動的影響，使 被控變量回到設定值，最終達到控制被控變量（如溫度、壓力、液位）穩(wěn)定的目的，這樣就完成了所要求的控制任務。這些自動控制裝置和被控工藝設備組成了一個沒有人直接參與的 自動控制系統(tǒng)。

自動控制系統(tǒng)最主要的特點：有反饋存在，按偏差進行控制。

2.化工過程檢測

在化工生產，需對壓力、料位、流量、溫度等參數和產品的成分及物性進行自動檢測。應采用相應的檢測方法、測量誤差分析與處理方法來獲得被測參數的真實值。

3.化工儀表的類型

化工企業(yè)儀表設備一般分為常規(guī)儀表、儀表控制系統(tǒng)、儀表聯(lián)鎖保護系統(tǒng)、分析儀表、安全環(huán)保儀表及其他儀表。常規(guī)儀表包括檢測儀表、顯示或報字號儀表、控制儀表、輔助單元、執(zhí)行器及其附件等。

儀表控制系統(tǒng)包括集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制系統(tǒng)（PLC）、機組控制系統(tǒng)（CCS）、工業(yè)控制計算機系統(tǒng)（IPC）、監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)（SCADA）等。

儀表聯(lián)鎖保護系統(tǒng)包括緊急停車系統(tǒng)（ESD）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）、安全停車系統(tǒng)（SSD）、安全保護系統(tǒng)（SPS）、邏輯運算器、繼電器等。

分析儀表包括在線分析儀表、化驗室分析儀器。安全環(huán)保儀表包括可燃氣體檢測報警器，

有毒氣體檢測報警器，氨氮分析儀，化學需氧量（COD）分析儀，煙氣排放二氧化硫分析儀， 外排廢水、廢氣流量計等；此外，還有振動/位移檢測儀表、調速器、標準儀器、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等。

（1） 常規(guī)儀表：常規(guī)儀表主要是指通過被測量與標準量相比較得到結果的原理制造的儀表。通過常規(guī)儀表可以對工藝生產過程中的溫度、壓力、流量、液位四大參數進行檢測。

（2） 儀表控制系統(tǒng)：一般情況下，儀表控制系統(tǒng)至少要完成三個任務：

①實時數據處理。②實時監(jiān)督決策。對系統(tǒng)中的各種數據進行超限報警、事故預報與處理，根據需要進行設備啟停，對整個系統(tǒng)進行診斷與管理等。③實時控制及輸出。根據生產過程的特點和控制要求，選擇合適的規(guī)律，包括復雜的先進控制策略，然后按照給定的控制策略和實時的生產情況，實現(xiàn)在線、實時控制。

（3） 儀表聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：儀表聯(lián)鎖保護系統(tǒng)用于監(jiān)視生產裝置或獨立單元的操作，如果生產過程超出安全操作范圍，可以使其進入安全狀態(tài)，確保裝置或獨立單元具有一定的安全度。

安全儀表系統(tǒng)不同于批量控制、順序控制及過程控制的工藝聯(lián)鎖，當過程變量（溫度、壓力、流量、液位等）超限，機械設備故障，系統(tǒng)本身故障或能源中斷時，安全儀表系統(tǒng)能自動（必要時可手動）地完成預先設定的動作，使操作人員、工藝裝置處于安全狀態(tài)。

（4） 分析儀表：分析儀表是指對物質的組成和性質進行分析和測量，并直接指示物質的成分及含量的儀表。實驗室儀表是由人工現(xiàn)場采樣，然后由人工進行分析，分析結果一般較為準確；在線分析儀表用于連續(xù)生產過程，能自動采樣，自動分析，自動指示、記錄、打印分析結果。

（5） 安全環(huán)保儀表：安全環(huán)保儀表可對生產過程中可能產生的廢棄物或異常情況下可能泄漏或外排的氣體、液體的成分進行分析及檢測，以便于進行生產調整，減少影響環(huán)境的事件發(fā)生。

4.儀表設備易發(fā)生的事故類型及影響

（1） 常規(guī)儀表故障及其影響：多數儀表故障出現(xiàn)在與被測量介質相接觸的傳感器和調節(jié)閥上，這類故障占 60%以上；這類故障出現(xiàn)在一般檢測回路上，對生產裝置不會有太大的影響。

（2） 儀表系統(tǒng)性故障及其影響：儀表機柜電源是控制系統(tǒng)的命脈。當儀表機柜電源發(fā)生不輸出的故障時，操作人員對所有的監(jiān)控數據無法把握，必定會造成所控制的裝置生產波 動，引發(fā)裝置停車。

（3） 當儀表氣源發(fā)生停氣或壓力下降的故障時，裝置所有的控制閥門將回到自然狀態(tài)， 也就是設計時所選擇的安全狀態(tài)，這種情況下生產裝置的介質及設備會處于保險狀態(tài)， 不會引起超溫、超壓，但會引起裝置的停車。

（4） 當控制系統(tǒng)發(fā)生死機時，一般情況下所有的操作失去控制，也會造成裝置停車。當安全儀表系統(tǒng)中聯(lián)鎖回路的檢測、控制設備及相關附件發(fā)生故障時，都會引起生產波動，關鍵參數還可能互相影響而導致全裝置停車。

5.儀表的設計、選型和安裝的總體要求

儀表的選型遵循安全可靠、技術成熟、經濟合理的原則，儀表設備施工單位必須具有相應的施工資質、施工能力，并具有健全的工程質量保證體系。

工程項目竣工驗收資料應齊全完整，主要包括：工程竣工圖（包括裝置整套儀表自控設計圖紙及竣工圖），設計修改文件和材料代用文件，隱蔽工程資料和記錄，儀表安裝及質量檢查記錄，電纜絕緣測試記錄，接地電阻測試記錄，儀表風管和導壓管等掃線、試壓、試漏記錄，儀表設備和材料的產品質量合格證明，儀表校準和試驗記錄，回路試驗和系統(tǒng)試驗記錄，報警、聯(lián)鎖系統(tǒng)調試記錄，智能儀表、DCS、ESD（SIS）、PLC、CCS、SCADA 等組態(tài)記錄工作單及相關軟件版本記錄、用戶應用軟件備份，儀表設備交接清單，儀表回路圖，聯(lián)鎖接線圖、邏輯圖，儀表設備說明書，未完工程項目明細表。

6.檢測報警設施安全技術

6.1 可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)

設置可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的目的是檢測泄漏的可燃氣體和有毒氣體的濃度并及時報警，預防人身傷害以及火災與爆炸事故的發(fā)生，根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》（GB50493）規(guī)定，可燃氣體是指甲類可燃氣體或甲、乙A 類可燃液體汽化后形成的可燃氣體，有毒氣體是指《高毒物品目錄》中所列的有毒蒸氣或有毒氣體， 常見的有二氧化氮、硫化氫、苯、氧化氫、氨、氯氣、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光氣等。

《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規(guī)范》（GBZ/T223）則明確了有毒氣體檢測報警裝置的設置要求。

（1） 在生產或使用可燃氣體及有毒氣體的工藝裝置和儲運設施的區(qū)域內，對可能發(fā)生可燃氣體和有毒氣體的泄漏進行探測時，應按下列規(guī)定設置可燃氣體和有毒氣體檢（探）測 器。

①可燃氣體或含有毒氣體的可燃氣體泄漏時，可燃氣體濃度可能達到25%爆炸下限， 當有毒氣體不能達到最高容許濃度時，應設置可燃氣體檢（探）測器。②有毒氣體或含有可燃氣體的有毒氣體泄漏時，有毒氣體濃度可能達到最高容許濃度， 當可燃氣體濃度不能達到25%爆炸下限時，應該設置有毒氣體（探）檢測器。③可燃氣體與有毒氣體同時存在的場所，可燃氣體濃度可能達到25%爆炸下限，有毒氣體的濃度也可能達到最高容許濃度時，應分別設置可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器。④同一種氣體，既屬可燃氣體又屬有毒氣體時，應只設置有毒氣體檢（探）測器。

（2） 可燃氣體和有毒氣體的檢測系統(tǒng)應采用兩級報警。

可燃氣體和有毒氣體檢測的一級報警為常規(guī)的氣體泄漏警示報警，提示操作人員及時到現(xiàn)場巡檢。當可燃氣體和有毒氣體濃度達到二級報警值時，提示操作人員應采用緊急處理措施。當需要采用聯(lián)動保護時，二級報警的輸出接點信號可供使用?，F(xiàn)場發(fā)生可燃氣體和有毒氣體泄漏事故時，為了保護現(xiàn)場工作人員的身體健康，對同時發(fā)出的有毒氣體和可燃氣體的檢測報警信號的處理，應遵循二級報警優(yōu)先于一級報警；屬同一報警級別時，有毒氣體的報警級別優(yōu)先的原則。

（3） 工藝有特殊需要或在正常運行時人員不得進入的危險場所，宜對可燃氣體和有毒氣體釋放源進行連續(xù)檢測、指示、報警，并對報警進行記錄或打印，以便隨時觀察發(fā)展趨勢 和留作檔案資料。

（4） 通常情況下，工藝裝置或儲運設施的控制室、現(xiàn)場操作室是操作人員常駐和能夠采取措施的場所?，F(xiàn)場發(fā)生可燃氣體和有毒氣體泄漏事故時，報警信號應使現(xiàn)場報警器報警， 提示現(xiàn)場人員采取措施。同時，報警信號發(fā)送至操作人員常駐的控制室、現(xiàn)場操作室等進行報警，有利于控制室、現(xiàn)場操作室的操作人員及時采取措施。

（5） 裝置區(qū)域內現(xiàn)場報警器的布置應根據裝置區(qū)的面積、設備及建（構）筑物的布置、 釋放源的理化性質和現(xiàn)場空氣流動特點綜合確定。當現(xiàn)場僅只需要布置數量有限的可燃氣體 和有毒氣體檢（探）測器時，在不影響現(xiàn)場報警效果的條件下，現(xiàn)場報警器可與可燃氣體和 有毒氣體報警器探頭合體設置。當現(xiàn)場需要布置數量眾多的可燃氣體和有毒氣體檢（探）測 器時，現(xiàn)場報警器應與可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器分離設置，并根據現(xiàn)場情況，提出聲光警示要求，分區(qū)布置。為了提示現(xiàn)場工作人員，現(xiàn)場報警器常選用聲級為105dB（A） 的音響器，在高噪聲區(qū)［噪聲超過85dB（A）］及生產現(xiàn)場主要出入口處，通常還設立旋光 報警燈。

（6） 可燃氣體檢（探）測器應采用經國家指定機構或其授權檢驗單位的計量器具制造認證、防爆性能認證和消防認證的產品。國家法規(guī)有要求的有毒氣體檢（探）測器應采用經 國家指定機構或其授權檢驗單位的計量器具制造認證的產品。其中，防爆型有毒氣體檢（探） 測器還應采用經國家指定機構或其授權檢驗單位的防爆性能認證的產品。目前，《強制檢定 的工作計量器具目錄》中所列的必須經國家計量器具制造認證的有毒氣體檢測器只有二氧化硫、硫化氫、一氧化碳等幾種產品。對于國家法規(guī)要求進行檢測的有毒氣體而言，并非所有 的有毒氣體檢測器都須經國家指定機構及授權檢驗單位的計量器具制造認證。

（7） 可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器，應采用固定式。

固定式可燃氣體和有毒氣體報警器是指在現(xiàn)場長期固定安裝的氣體檢測裝置；移動式可燃氣體和有毒氣體報警器是指能從一處移動到另一處，并可以在現(xiàn)場短期固定安裝的氣體檢測報警裝置；便攜式可燃氣體和有毒氣體報警器是指可以隨身攜帶并在攜帶過程中完成檢測報警任務的氣體檢測報警裝置。對于一些不具備設置固定式可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器的場所，例如：環(huán)境溫度 過高；環(huán)境溫度過低；或在正常情況下視為非爆炸或無毒區(qū)，生產檢修時可能為爆炸或有毒 危險區(qū)等，受檢測產品的性能所限，通?？梢园惭b移動式可燃氣體和有毒氣體檢測報警器， 以確保生產和維護的安全需要。

（8） 可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)宜獨立設置。獨立設置是指可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的檢測與發(fā)出報警信號的功能，不受對應裝置生產控制儀表系統(tǒng)故障的影 響。

（9） 便攜式可燃氣體和有毒氣體檢測報警器的配備，應根據生產裝置的場地條件，工藝介質的易燃易爆特性及毒性，以及操作人員的數量等綜合確定。受生產現(xiàn)場場地條件和氣 象條件所限，可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器的設置常常難以反映出釋放源的準確地點和方位，為保障人身安全，對于在現(xiàn)場巡檢和操作的工作人員，配備便攜式可燃氣體和有毒氣體檢（探）測儀可提高安全工作效率。

（10） 現(xiàn)場固定安裝的可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)，宜采用不間斷電源（UPS） 供電。加油站、加氣站、分散或獨立的有毒及易燃易爆品的經營設施，其可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)可采用普通電源供電。

6.2 檢（探）測點的確定

可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器的檢（探）測點，應據氣體的理化性質、釋放源的特性、生產場地布置、地理條件、環(huán)境氣候、操作巡檢路線等條件，選擇氣體易于積聚和便于采樣檢測之處布置。對于工藝裝置、儲運設施、其他有可燃氣體、有毒氣體的擴散與積聚場所可燃氣體與有毒氣體檢（探）測點的確定，《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范（》GB50493）都給了明確的規(guī)定，具體可參考該標準。

6.3 檢（探）測器和指示報警設備的選用

（1） 一般規(guī)定:可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器是常用的精密檢測分析儀表，為了保證現(xiàn)場檢測數據 的可靠性，設計選型時，應根據現(xiàn)場的環(huán)境條件提出對產品的技術性能要求。檢（探）測器的選用，應考慮使用環(huán)境溫度，以及被檢測的氣體同安裝環(huán)境中可能存在的其他氣體的交叉 影響，并結合現(xiàn)場環(huán)境特征，考慮檢（探）測器的防水、防腐、防潮、防塵、防爆和抗防電磁干擾等要求。

（2） 選用要求:指示報警設備能為可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器及所連接的其他部件供電，能直接或間接地接收可燃氣體和有毒氣體檢（探）測器及其他報警觸發(fā)部件的報警信號，發(fā)出聲光報警信號，并予以保持。聲光報警信號應能手動消除，再次有報警信號輸入時仍能發(fā)出報警。

6.4 檢（探）測器和指示報警設備的安裝

（1） 檢測比空氣重的可燃氣體檢（探）測器，其安裝高度應距地坪（或樓地板）0.3～0.6m。檢測比空氣重的有毒氣體的檢（探）測器，應靠近、泄漏點，其安裝高度應距地坪（或 樓地板）0.3～0.6m。過低易造成因雨水淋、濺，對檢（探）測器的損害；過高則超出了比空氣重的氣體易于積聚的高度。相對氣體密度大于0.97kg/m3（標準狀態(tài)下）的即認為比空氣重，相對氣體密度小于0.97kg/m3（標準狀態(tài)下）的即認為比空氣輕。

（2） 檢測比空氣輕的可燃氣體（如甲烷和城市煤氣時），檢（探）測器高出釋放源所在高度 0.5～2m，且與釋放源的水平距離適當減小至 5m 以內，可以盡快地檢測到可燃氣體。當檢測指定部位的氫氣泄漏時，檢（探）測器宜安裝在釋放源周圍及上方1m 的范圍內，太遠則由于氫氣的迅速擴散上升，起不到檢測效果。檢測與空氣相對分子質量接近且極易與空 氣混合的有毒氣體（如一氧化碳和氰化氫）時，檢（探）測器應安裝在距釋放源上下1m 的高度范圍內；有毒氣體比空氣稍輕時，檢（探）測器安裝在釋放源上方，有毒氣體比空氣稍重時，檢（探）測器安裝在釋放源下方；檢（探）測器距釋放源的水平距離不超過1m 為宜。

（3） 檢（探）測器應安裝在無沖擊、無振動、無強電磁場干擾、易于檢修的場所，安 裝探頭的地點與周邊管線或設備之間應留有不小于0.5m 的凈空和出入通道。檢（探）測器的安裝與接線技術要求應符合制造廠的規(guī)定，并應符合《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》（GB 50058）的規(guī)定。

（4） 指示報警設備應安裝在有人值守的控制室、現(xiàn)場操作室等內部，現(xiàn)場報警器應就近安裝在檢（探）測器所在的區(qū)域。

6.5 氣體報警器的維護及注意事項

（1） 使用可燃氣體和有毒氣體檢測報警器的企業(yè)，應配備必要的標定設備及標準氣體。

（2） 采用多點式指示報警器或信號引入系統(tǒng)時，應具有相對獨立、互不影響的報警功能，并能區(qū)分和識別報警場所的位號。

（3） 日常巡回檢查時，要檢查指示、報警是否工作正常，檢查檢測器是否意外進水。

（4） 根據環(huán)境條件和儀表工作狀況，定期通氣，檢查和試驗檢測報警器是否正常。

（5） 可燃氣體和有毒氣體檢測報警器的檢定按照《可燃氣體檢測報警器》（JJG693）、

《硫化氫氣體檢測儀檢定規(guī)程》（JJG695）等的要求進行。可燃氣體和有毒氣體檢測報警器檢查校準每季度一次。可燃氣體和有毒氣體檢測報警器的檢定由有資質單位按國家強檢規(guī)定每年進行一次。檢查、檢定人員應取得有效的資格證書。

（6） 可燃氣體和有毒氣體檢測報警器的移位、停運、拆除、停用，必須由相應主管部門審批后方可實施。維護單位拆修在用可燃氣體和有毒氣體檢測報警器時，必須通知使用單位，應在 24h 內修復；若不能修復，必須通知使用單位，并上報相關部門備案。

7.安全儀表系統(tǒng)

安全儀表系統(tǒng)（safety instrumented system，SIS）包括儀表保護系統(tǒng)（instrument protection system，IPS）、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)（safety interlocking system，SIS）、緊急停車系統(tǒng)（emergency shut-down system，ESD）。