＊葉得強(qiáng) 趙轉(zhuǎn)霞張彥龍

（蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司 甘肅 730300）

1.我國(guó)精細(xì)化工的發(fā)展現(xiàn)狀

從數(shù)據(jù)來看，我國(guó)已經(jīng)成為一個(gè)擁有豐富生產(chǎn)能力、全球領(lǐng)先的精細(xì)化工生產(chǎn)大國(guó)[1]。其中，染料的生產(chǎn)能力位列第一，農(nóng)藥位列第二，涂料位列第四[2-3]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)精細(xì)化工率在“十二五”期間實(shí)現(xiàn)了快速增長(zhǎng)，由規(guī)劃前的30%左右增長(zhǎng)到45%以上[4-5]，但與美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在相當(dāng)大的差距[6]。在農(nóng)藥的研究上，我國(guó)仍存在著品種缺乏、高效性低的問題，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仍急需調(diào)整。對(duì)于新型精細(xì)化工產(chǎn)品如飼料添加劑、水處理制劑、表面活性劑、食品添加劑等，其存在產(chǎn)品技術(shù)含量低、高精尖產(chǎn)品少、產(chǎn)品更新?lián)Q代慢等問題，我國(guó)的研究和開發(fā)仍有待進(jìn)一步深入。在電子化學(xué)品方面，由于其在技術(shù)、品牌、質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)，使得中國(guó)在全球市場(chǎng)中占據(jù)一定的份額，但仍然存在著一定的競(jìng)爭(zhēng)壓力。因此，我們應(yīng)該更好地運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)化和信息化技術(shù)，加速推動(dòng)精細(xì)化工行業(yè)的可持續(xù)、快速、高效轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)到現(xiàn)代的跨越式發(fā)展。

2.我國(guó)精細(xì)化工自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，精細(xì)化工行業(yè)的自動(dòng)化水平得到了顯著的提升，這得益于近十年來企業(yè)對(duì)技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，他們不斷投入更多的資源，以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量、更低的成本、更先進(jìn)的產(chǎn)品、更優(yōu)秀的管理水平，以及更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著精細(xì)化工行業(yè)走向高端化，其所面臨的挑戰(zhàn)多種多樣，其中最突出的表現(xiàn)形式有：

（1）獨(dú)特的生產(chǎn)流程，使得自動(dòng)化技術(shù)很難得到廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，精細(xì)化工企業(yè)的生產(chǎn)方式都有所改善，但是大部分企業(yè)仍采用傳統(tǒng)間歇式生產(chǎn)方式，部分生產(chǎn)線的中間產(chǎn)品通常需要先取樣檢測(cè)并計(jì)算分析后才能進(jìn)行下一工序的投入，并且傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式因其受容量滯后和純滯后的因素使得PID控制算法也很難控制。不能大批量?jī)?chǔ)存的桶裝危險(xiǎn)化學(xué)品和無法用管道輸送的塊狀和粉狀化學(xué)品都依賴大量的人力，此外，企業(yè)的在線分析技術(shù)和手段的投入不足，也大大限制了采用自動(dòng)化技術(shù)來完成精確加料的可能性。

（2）自動(dòng)化技術(shù)人員分布不均衡。自動(dòng)化改造需要集合工藝、儀表、自動(dòng)化控制、設(shè)備等多個(gè)專業(yè)的工程師，針對(duì)本企業(yè)生產(chǎn)工藝進(jìn)行系統(tǒng)的研究，來合理制定相應(yīng)的控制方案。同時(shí)匯集多個(gè)專業(yè)技術(shù)人員，這對(duì)于很多企業(yè)來說也存在一定的難度。

（3）隨著行業(yè)政策實(shí)施和企業(yè)理念的轉(zhuǎn)變，精細(xì)化工自動(dòng)化將迎來一個(gè)蓬勃發(fā)展的良好時(shí)期。近年來，為確保企業(yè)的安全生產(chǎn)，保障員工的健康和財(cái)務(wù)安全，國(guó)家政府紛紛出臺(tái)了一系列重要的政策性文件，2020年4月28日，國(guó)務(wù)院安委會(huì)印發(fā)《全國(guó)安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃》，明確了兩個(gè)專題實(shí)施方案、9個(gè)專項(xiàng)整治實(shí)施方案，其中，在“危險(xiǎn)化學(xué)品安全整治”專項(xiàng)整治實(shí)施方案中提出：“繼續(xù)推進(jìn)“兩重點(diǎn)一重大”生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)存設(shè)施可燃?xì)怏w和有毒氣體泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置、緊急切斷裝置、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)完善，2020年底前涉及“兩重點(diǎn)一重大”的生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)存設(shè)施的上述系統(tǒng)裝備和使用率必須達(dá)到100%，未實(shí)現(xiàn)或未投用的，一律停產(chǎn)整改。推動(dòng)涉及重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化工工藝的生產(chǎn)裝置實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化控制，2022年底前所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝裝置的上下游配套裝置必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，最大限度減少作業(yè)場(chǎng)所人數(shù)”。2022年6月10日，應(yīng)急管理部、國(guó)家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、市場(chǎng)監(jiān)管總局四部門聯(lián)合印發(fā)《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)防控指南（試行）》，提出6項(xiàng)具體危險(xiǎn)防控，包括項(xiàng)目安全準(zhǔn)入風(fēng)險(xiǎn)防控、項(xiàng)目安全條件審查風(fēng)險(xiǎn)防控、項(xiàng)目安全設(shè)施設(shè)計(jì)審查風(fēng)險(xiǎn)防控、項(xiàng)目安全設(shè)施建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)防控、項(xiàng)目試生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)防控、項(xiàng)目安全設(shè)施竣工驗(yàn)收風(fēng)險(xiǎn)防控，其中在項(xiàng)目安全條件審查風(fēng)險(xiǎn)防控專題中再次強(qiáng)調(diào)：“涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝裝置的上下游配套裝置，必須實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化控制及機(jī)械化生產(chǎn)，最大限度的減少現(xiàn)場(chǎng)人員”。在國(guó)家政策的支持與鞭策下，2022年底至今，精細(xì)化工園區(qū)部分涉及“兩重點(diǎn)一重大”的企業(yè)已對(duì)生產(chǎn)裝置、儲(chǔ)存設(shè)施、GDS泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置等進(jìn)行了全流程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，大部分企業(yè)的自動(dòng)化水平程度都有很大程度的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)模式的優(yōu)化與創(chuàng)新[7]。投入自動(dòng)化控制技術(shù)可以有效預(yù)防重大安全事故的發(fā)生，還可以及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障并發(fā)出報(bào)警，以便及時(shí)控制和處理，既保證化工設(shè)備的本質(zhì)安全，也能夠保障生產(chǎn)流程的持續(xù)性，大幅提升了生產(chǎn)效率、有效縮減了人員配置。

3.使用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)于提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量至關(guān)重要

自動(dòng)化控制技術(shù)是以“安全、提質(zhì)、降本、增效、環(huán)保、連續(xù)”為目的，需人工較少干預(yù)，甚至無需人工干預(yù)，通過現(xiàn)代化的化工生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制和綜合管理的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及行業(yè)政策的推動(dòng)，企業(yè)利用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和檢測(cè)工藝進(jìn)行了全面的自動(dòng)化升級(jí)改造，使得生產(chǎn)過程更加高效、安全和可控，并且能夠更快、更準(zhǔn)確地完成生產(chǎn)過程中的危險(xiǎn)或重復(fù)性的操作，減少生產(chǎn)過程中的錯(cuò)誤和損壞，極大降低了安全隱患，從而提高了生產(chǎn)效率[8]。在化工生產(chǎn)中往往需要用到大量易燃、易爆、易腐蝕及高毒性危險(xiǎn)化學(xué)品，一旦發(fā)生泄露或者管控不當(dāng)就會(huì)造成化學(xué)品的浪費(fèi)，甚至危及員工的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，企業(yè)需要加大對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的投入，一方面，可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面，可減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，也為環(huán)保和工作環(huán)境做出了貢獻(xiàn)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)化工設(shè)備運(yùn)行中的參數(shù)變化進(jìn)行分析并快速做出調(diào)整，還可以及時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障并發(fā)出報(bào)警，以便及時(shí)控制和處理。由此可見，自動(dòng)化控制技術(shù)是化工安全生產(chǎn)的重要保障，可以促進(jìn)化工企業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

4.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在精細(xì)化工行業(yè)中的應(yīng)用

(1)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改良生產(chǎn)設(shè)備

①連續(xù)式真空上料機(jī)在精細(xì)化工自動(dòng)化中的應(yīng)用?；趥鹘y(tǒng)的間歇式真空上料機(jī)，現(xiàn)已開發(fā)出了一種全新的連續(xù)式真空上料機(jī)，它能夠滿足各種復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，大大提升了生產(chǎn)效率。真空上料機(jī)是一種粉末自動(dòng)上料裝置，上料機(jī)是采用負(fù)壓的方式把物料帶到料倉(cāng)，相比螺桿上料機(jī)效率更高，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并且擁有自動(dòng)清洗功能，廣泛用于粉末顆粒物料的無塵輸送。連續(xù)式真空上料機(jī)可實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)上料和連續(xù)放料，適合大批量生產(chǎn)車間，帶有除塵系統(tǒng)，可以將粉末過濾出來，形成無塵輸送環(huán)境，并采用“GMP”標(biāo)準(zhǔn)的新型機(jī)械，大大降低了工作量，有效地防止了加料時(shí)的粉塵污染，為醫(yī)藥和食品行業(yè)的環(huán)保和安全提供有力的保障。

②全自動(dòng)配方機(jī)設(shè)備在精細(xì)化工自動(dòng)化中的應(yīng)用。通過將電子秤和稱重控制儀表相連，全自動(dòng)配方機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種原料的自動(dòng)化配料，具有準(zhǔn)確度高、操作簡(jiǎn)單、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。此外，該設(shè)備還可以通過觸摸屏、工控機(jī)等多種控制手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)多條管路的計(jì)量，從而大大提升了生產(chǎn)效率，使得自動(dòng)稱重配料系統(tǒng)在當(dāng)今工廠生產(chǎn)中變得越來越普及，并且得到了廣泛的應(yīng)用。這臺(tái)機(jī)器采用先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，擁有卓越的智能化功能，配料精度極高，小量配料分辨率可達(dá)0.01mm，大大提升了生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，可以抵御密度、溫度、壓力、氣泡等外界因素的影響，具有安裝、使用和維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了生產(chǎn)時(shí)間和精力。

③高位槽上料至反應(yīng)釜滴加自動(dòng)化裝置在精細(xì)化工自動(dòng)化中的應(yīng)用。目前在生產(chǎn)酯類、氨基類、環(huán)氧類或其他產(chǎn)品時(shí)，需要將原料以滴加的方式緩慢的加入到反應(yīng)釜內(nèi)，一是可以使原料充分的反應(yīng)，二是避免單位時(shí)間內(nèi)加料過多產(chǎn)生其他物質(zhì)。在滴加原料時(shí)，往往采用人工的方式慢慢滴加，然而人工方式控制不好量和速度，導(dǎo)致效率低下，還增加了工人勞動(dòng)量，最重要的是，稍微不注意就會(huì)加入過多的原料，一旦加入原料過多，就導(dǎo)致生產(chǎn)失敗，增加生產(chǎn)成本。通過對(duì)高位槽上料和反應(yīng)釜滴加裝置進(jìn)行自動(dòng)化改造升級(jí)為新型自動(dòng)化控制裝置，可精準(zhǔn)控制滴加量及滴加速度。該裝置全部采用智能傳感器、智能儀表、自控閥門和先進(jìn)邏輯控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，最大化的釋放人工量，減少物料浪費(fèi)、節(jié)能環(huán)保，大大降低了生產(chǎn)成本。

(2)在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和設(shè)備基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制

當(dāng)前的生產(chǎn)工藝難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化改造，但是，技術(shù)人員可以通過精心挑選和優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造，從而獲得更高的控制效果。

①PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)在精細(xì)化工自動(dòng)化中的應(yīng)用。對(duì)于傳統(tǒng)老式反應(yīng)釜加熱的反應(yīng)，操作人員需要現(xiàn)場(chǎng)查看、調(diào)整、記錄溫度及手動(dòng)開停電機(jī)，給現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作及數(shù)據(jù)記錄造成極大的不便，產(chǎn)品質(zhì)量好壞完全由人為因素決定。PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制相比，具有相應(yīng)速度快、集成度高、故障率低等特點(diǎn)[9]。精細(xì)化工生產(chǎn)過程中可根據(jù)工藝流程提前設(shè)置好加熱溫度、電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間等系列參數(shù)，達(dá)到自動(dòng)控制的目的，從而很大程度的減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，避免了人為因素影響產(chǎn)品質(zhì)量。PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)可保存操作、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等數(shù)據(jù)記錄，方便工藝工程師隨時(shí)查看數(shù)據(jù)、調(diào)整工藝參數(shù)，最大程度提高產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)可以配置物聯(lián)網(wǎng)模塊，實(shí)現(xiàn)手機(jī)和電腦端查看設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)；還可以設(shè)置報(bào)警條件、通過短信或者微信的方式通知到具體人員，可實(shí)現(xiàn)無人值守，減少人員投入。

②APC控制系統(tǒng)在精細(xì)化工自動(dòng)化中的應(yīng)用?！跋冗M(jìn)過程控制”是一種特殊的控制策略，它與傳統(tǒng)的單回路控制相比，能夠提供更優(yōu)的控制效果，不僅僅局限于某種特定的計(jì)算機(jī)控制算法。采用最新的控制技術(shù)，對(duì)設(shè)備穩(wěn)健運(yùn)行和工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了有力保障。并且可提高設(shè)備的運(yùn)行效率，有效降低能耗率和物耗率，很大程度提高了企業(yè)的ROI。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，APC控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于苯胺、聚苯烯、精餾和常減壓裝置，該控制系統(tǒng)以其高效的控制能力，簡(jiǎn)化了工藝流程的復(fù)雜性，有效地抑制生產(chǎn)過程中不必要的干擾。先進(jìn)的控制系統(tǒng)因其成本低、收益高等特點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工行業(yè)中，使得精細(xì)化工行業(yè)的整體自動(dòng)化程度得到了很大提升，同時(shí)極大地提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5.精細(xì)化工自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢(shì)

雖然自動(dòng)化控制系統(tǒng)在精細(xì)化工行業(yè)中的應(yīng)用得到了很大改進(jìn)，但整體自動(dòng)化程度還不高，仍未能滿足企業(yè)對(duì)高精度控制的要求。因此，企業(yè)必須加大投入，開發(fā)更先進(jìn)的檢測(cè)儀器，并采用自適應(yīng)控制技術(shù)，以提升自動(dòng)化控制系統(tǒng)的性能，能夠按需及時(shí)調(diào)整自身生產(chǎn)工序和工藝彈性生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工企業(yè)對(duì)“安全、提質(zhì)、降本、增效、環(huán)?！钡膶?shí)際需求，同時(shí)企業(yè)需要加強(qiáng)自身的技術(shù)能力，關(guān)注當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展情況，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。嚴(yán)格遵守相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范及國(guó)家的各項(xiàng)規(guī)章制度和政策，做到可持續(xù)發(fā)展。隨著科技的飛速進(jìn)步，精細(xì)化工行業(yè)正朝著高科技、智能化的方向前進(jìn)，而這一切都離不開現(xiàn)有的智能化系統(tǒng)的支持。近年來，由于手機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、人工智能不斷升溫，經(jīng)濟(jì)的全球化加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，精細(xì)化工行業(yè)的智能化、無人化、柔性化必將成為未來發(fā)展趨勢(shì)，這些趨勢(shì)將進(jìn)一步推動(dòng)精細(xì)化工生產(chǎn)過程控制的自動(dòng)化、高效化和可持續(xù)發(fā)展。