一、精细化工安全生产现状与挑战

二、自动控制在精细化工安全生产中的作用及具体应用

三、化工安全生产中自动控制面临的挑战

四、未来展望：自动控制与化工安全生产融合发展趋势

1.1 精细化工安全生产现状

（1）具有高温、高压、易燃、易爆的显著特性，很多都具有毒性和腐蚀性。

（2）人员专业素质不高，年龄偏大。

（3）开停车、工艺切换频繁，涉及精馏、结晶、干燥等工序多，装置自动化控制程度低，人工操作占比大，手动操作频繁等。

（4）涉及的易燃易爆或有毒有害的危化品品种多，大多数以桶装形式储运，；反应及处理步骤多，工艺技术新且更新快，有的技术不成熟，工艺变更较多、较多工艺反应机理不明，尤其是工艺偏差的后果研究不充分…

（5）制度比较完善，但制度执行率低，操作规程与实际不匹配（两张皮），自动化、数字化、智能化管理水平落后…

（6）厂区占地面积小，生产装置排列紧密，一个车间布置多套装置、一个场地设置多个生产工序，大量采用仓库储存危化品…

（7）老旧设备占比高安全隐患突出（老旧设备翻新）。

1.2 化工安全生产重要性及国家政策要求

1、安全生产是保障化工企业员工生命安全的关键，化工行业的特殊性决定了一旦发生安全事故，往往会造成严重的人员伤亡。2021—2023年，全国共发生27起较大及以上事故、死亡121人，其中精细化工行业12起、死亡50人，分别占较大及以上事故起数和死亡人数的44.4%和41.3%；2024年10起较大以上安全生产事故中，有6起发生在精细化工。

2、安全生产有助于维护企业的稳定运营，减少因事故导致的生产停滞、设备损坏等损失，进而保障企业的经济效益。

3、化工企业安全生产也关乎环境保护，避免因事故造成有毒有害物质泄漏，对周边土壤、水源和空气造成污染。

4、国家通过法律法规、专项政策、标准规范等多维度文件，系统推进化工自动化控制，重点聚焦危险工艺改造、安全仪表系统管理、风险监测预警等关键环节，旨在提升化工企业本质安全水平(《精细化工产业创新发展实施方案（2024—2027年）》《化工和危险化学品安全生产治本攻坚三年行动方案（2024—2026年）》《“十四五”危险化学品安全生产规划方案》（应急〔2022〕22号）

1.3 精细化工安全生产面临主要风险和挑战

01.人为操作失误是常见风险之一，如工作人员在操作过程中违反操作规程、技能不熟练或注意力不集中等，都可能引发事故；

02.设备故障也是重要风险因素，长时间运行的化工设备容易出现老化、磨损、腐蚀等问题，导致设备性能下降，甚至引发泄漏、爆炸等事故；

03.化工生产中的化学反应复杂，自动化程度低。若反应条件控制不当，如温度、压力、流量等参数出现异常，可能引发反应失控，造成严重后果。

2.1 自动控制在精细化工安全生产中的关键作用及具体应用

提升生产工艺安全性

（1）自动化控制能够实现对生产过程的实时监测，及时发现安全隐患并自动调节。

1、生产单元、储存单元配备满足安全生产要求的BPCS。实时数据采集与传输，异常情况预警与处理。

2024年5月12日，辽宁某精细化工原料药生产车间发生爆炸着火事故，2人死亡、3人轻伤事发装置无自动化控制，重要参数均采用现场人工观测和手动调节。

2018年7月12日，四川某企业原料生产釜内的丁酰胺-氯酸钠混合物发生化学爆炸重大爆炸着火事故19死12伤，发生事故的生产装置未设置自动化控制系统。

2、安全仪表系统

生产装置和储存设施设置紧急切断装置和自动化控制系统。构成一级或者二级重大危险源的生产装置，装备紧急停车系统及紧急停车按钮。涉及毒性气体、剧毒液体、液化气体和易燃气体的一级或者二级重大危险源配备独立的安全仪表系统（根据《精细化工反应安全风险评估规范》精细化工反应工艺危险度等级 4 级及以上；SIL定级报告确定该生产单元、储存单元(仓库除外)具有SIL1及以上的SIF时,配备SIS）。

3、反应合成工序联锁控制

反应工序设温度、压力、搅拌电流、物料进料、冷热媒进出等监控、高限报警、联锁及紧急切断设施（放热反应：聚合反应、硝化反应、磺化反应、氧化反应；非均相体系工艺；不稳定中间体的反应）。

（2006.07.28江苏省某化工企业爆炸事故22人死亡 氯化反应塔冷凝器无冷却水，操作人员未及时停止加热，导致物料分解爆炸。冷却系统失效，反应热无法移除，操作人员未采取紧急降温措施。

四川某企业发生爆炸，原因是操作工错误投料引发剧烈放热反应，冷却系统未能控制温度上升，最终爆炸，19人死亡。）

4、精馏（蒸馏）工艺安全控制

设置具有远传和超限报警功能的温度、压力在线监测装置，设备底部温度应与进料量和热媒流量联锁；热源设置流量显示、控制阀，根据釜温调节热源介质流量；冷却管设置流量集中显示、报警，流量低低联锁停加热介质；常压蒸馏塔设置塔釜压力高限报警、高高联锁切断加热物料；减压蒸馏塔设置塔釜真空度低限报警，低低联锁切断加热物料；间歇蒸馏设置蒸馏釜高、低液位报警，设置蒸馏釜低低液位联锁切断加热介质系统。（对于萃取、结晶、干燥、蒸发、过滤等化工、医药产品的后处理操作，参照执行）

2014年5月29日，江苏某厂发生爆燃事故，造成3人死亡。事故原因是二甲基乙醇胺溶剂在蒸馏过程中残余物晶体在171℃左右发生了化学性分解爆炸。

2021年2月26日，湖北某化工公司发生一起爆炸事故，导致4人死亡，在蒸馏作业中，因临时更换搅拌电机减速机导致搅拌停止，且未对蒸馏釜内物料进行及时冷却，使甲基硫化物温度升高并剧烈分解，最终引发了爆炸。

5、外循环冷却或加热系统的反应釜，设置备用循环泵具备自动切换功能。设置电流远传指示，故障信号与进料及热（冷）媒或紧急泄放系统联锁

聚合反应中（如聚乙烯生产），反应放热剧烈，若循环泵故障导致冷却失效，数分钟内釜内温度可能飙升至危险阈值，此时备用泵的自动切换能避免因温度失控引发的设备损坏或爆炸风险。

6、存在高压串低压风险的设备设置压力监测、报警、联锁控制。

2021年10月26日，山东某企业发生一起爆炸事故，原因是企业擅自进行工艺改造，未经设计增设气液分离器和冷凝器，操作时高压釜与低压气液分离器之间的气相手动阀没有关闭，造成低压串低压视镜破裂丁二烯泄漏遇电器打火爆炸。

7、危化品液体装车“七联锁”（人体静电、静电溢油、电控钥匙盒、可燃气体超限、气相开关、鹤管归位、防爆挡车）。

2017年6月5日山东某企业液化气充装泄漏爆炸事故10死9伤。

8、智能视镜的应用

溴素行业，通过观察物料反应颜色变化控制氯气通入量，联控阀门，实现反应釜放料的自控或判断反应是否达到终点；

精细化工、农药医药合成萃取工段间歇分层的液相检测避免了人工观察的不一致性，输出模拟量信号进行自动控制。

（2）自动化控制替代或减少了人工操作，降低了人为因素导致的安全事故发生概率。（反应、分离干燥和包装、储输送、共线设施等）

01 “机器人”的应用

高危环境智能巡检、危险物料搬运装卸、特殊部位监测清理、消防与泄漏、实验室及精密操作、有毒有害环境作业机器人反应釜操作机器人自动完成反应釜的固体投料、催化剂添加、搅拌参数调节等操作（防腐蚀机械臂；视觉传感器监测物料液位与反应状态，联动 DCS 系统调整工艺参数；极端条件下的作业支持机器人

02 自动加料系统控制投料速度避免速度过快产生危险。

2021年2月8日，辽宁某公司的原料药车间在中试过程中发生爆炸事故。造成2人死亡、3人轻伤，事故直接原因是，原料氢氧化钾溶液滴加速度过快，反应失控。

固体物料的投料应优先采用预先流体化，设温度/压力远传、超限报警、与热（冷）媒或泄放系统联锁；设置计量料仓，通过管链进行输送，并通过 PLC控制设置联锁。精细化工大部分是间歇、半间歇工艺操作，部分企业存在开盖投料，发生投料管堵塞、投料口发生物料自燃、分解等安全事故。

03 共线设施在产品切换时采用批量控制程序，实现不同生产工况下的自动切换。

一套设施生产多种产品，（高危工艺反应釜不得用于其他用途）；多功能反应釜同时用于蒸馏、结晶等用途时会频繁进行工艺参数切换，切换操作失误会引发事故，且设备材质不一定满足要求。

2020 年 11 月 17 日，吉安市某公司发生较大爆炸事故，造成 3 人死亡，装置属于共线设施生产。事故原因是操作工在蒸馏釜未降温、未先通入氮气就错误地先开放空阀，导致空气进入，釜内爆炸性气体浓度达到爆炸极限，引发爆炸。

04 防止物料错误投料和投料、出料顺序错误，采用顺序控制。

2021.7.22，广东某企业爆炸事故，错误地将过氧化氢作为首料加入，导致叔丁醇与硫酸提前混合，加剧反应速率。

开车/停车/应急/输送；加热炉自动点火；PSA等。

05 涉及热媒、冷媒切换操作的，设置自动控制阀进行自动切换。反应、结晶、换热器操作。

防止温度失控引发的安全事故，人工切换可能因操作失误导致事故发生；避免介质互串引发的次生风险，热媒与冷媒通常为不同介质，人工操作若误开阀门可能导致介质混合污染、压力异常。

06 冷冻水、循环水等冷却系统设置温度、压力异常报警和联锁自动停车等措施，并具备自动启动功能

07 危险化学品包装选用自动化包装设施，减少现场作业人员数量。

自动化包装设施实现“无人接触式”称量、灌装、密封、贴标全流程；

液体包装自动化流程：空桶输送→定位→自动灌装→防滴漏处理→自动封盖→泄漏检测→合格桶输送至码垛区。

固体自动化流程：空袋自动上料→袋口撑开→计量下料→抽真空（可选）→封口→重量复检→输送至码垛区机器人码垛

提升生产设备安全性

（1）实时故障预警与应急处理。

01 机泵状态监测，实时感知，提前预警为设备预防性维修奠定基础。

操作温度高于或等于260℃或介质自燃点的可燃液体输送泵，液化烃、C5或其他类似的易燃液化气体的输送泵，急性毒性属于类别1、类别2物质的输送泵，设置振动和电流（或轴承温度）远传监控装置，自动化控制系统对监测数据进行分析处理，判断设备是否运行正常，并满足远程急停的要求，机泵所在区域应安装GDS及视频监控系统；

02 循环冷却水设置压力在线监测；冷冻盐水循环系统安装pH值在线监测仪防止对设备的腐蚀。

循环冷却水系统的压力波动可能导致换热效率下降，甚至因压力骤降引发设备空转或气蚀。冷冻盐水常用于低温冷却，其 pH 值若偏离中性范围，会加速管道、换热器的腐蚀。pH 值在线监测可实时调控水质，预防腐蚀。

2024年7月12日，浙江某公司发生冷冻盐水箱闪爆事故，造成 2 人死亡尾气放空冷凝器列管泄漏，导致管程的氢气和一氧化碳混合气通过列管泄漏点进入壳程，再汇入冷冻盐水箱并积聚，遇点火源起火爆炸.

03 仪表气源采用备用空气压缩机组时，采用自动检测，自动切换方式，采取压力监测为触发信号、逻辑控制为核心、快速执行为目标，尤其适用于无人值守的偏远装置；企业的仪表气源总管应设置压力测量仪表，实现远传、报警联锁功能。

保障气动执行机构有效运行。

04 涉及易燃易爆介质的离心分离机系统设置惰性气体保护、在线氧含量检测报警联锁系统等设施。

在线氧含量检测是惰性气体保护的 “眼睛” ，通过实时监测系统内氧浓度，确保保护效果并触发应急措施（切断离心机进料泵、停止物料进入；触发离心机电机急停，同时加大惰性气体补气量）。包括但不限于离心机（反应釜、储罐、管道、干燥设备）

2024年8月24日邹平某企业发生闪爆事故，未启用离心机氮气保护及氧气在线检测导致甲苯与空气混合爆炸。

2016年02月20日，江西某公司咪鲜胺胺化工段离心机岗位发生一起爆炸事故。

05 设备泄漏在线检测

通过 “实时监测 - 智能判断 - 自动处置” 的闭环控制传感器层（压力 / 流量传感器；气体 / 液体泄漏探测器：温度 / 振动传感器）；数据采集与传输层；分析与监控层。与 DCS、SIS 系统联动，泄漏报警时自动关闭上下游阀门、启动应急措施（如 LNG 储罐泄漏时联动消防喷淋）。

06 雷电预警系统。

大型油气储存企业、地属多雷区或强雷区的二级以上石油库设置雷电预警系统。

雷电预警系统应由雷电探测模块（闪电定位仪、电场仪、气象雷达 / 卫星数据）数据处理模块和应用终端等组成。与设备控制系统对接，如预警时自动切断危险区域非应急电源。

07 温度、湿度在线监测联动系统

储存爆炸物、自反应物质及其混合物的仓库内设置具有报警功能的红外热成像和温度、湿度在线监测设备。

储存爆炸物（如黑火药、雷管、硝酸铵类物质）、自反应物质（如有机过氧化物、肼类化合物）的仓库中，温度和湿度的异常变化可能引发物料分解、自燃甚至爆炸检测温度、湿度异常联动应急响应，如：一级报警推送；二级启动通风；三级切断非消防用电启动消防灭火联动消防部门。

（2）优化设备维护与管理模式。

01 预测性维护的实现

通过设备运行状态监测与诊断，能够及时发现设备潜在的安全隐患，提前采取措施进行维修和保养，避免设备故障引发安全事故。基于设备运行状态监测数据和历史故障数据，利用数据分析和人工智能技术，建立设备故障预警模型。当设备运行参数接近故障阈值时，系统提前发出预警信号，提醒工作人员进行设备维护和检修。

02 设备运行优化

根据设备故障预警信息，制定合理的设备维护计划，及时更换磨损的零部件，对设备进行保养和维修，确保设备的安全运行。设备故障预警与维护能够有效降低设备故障率，延长设备使用寿命，减少因设备故障导致的生产中断和安全事故。

自动化控制系统根据生产工艺要求和设备性能特点，对设备的运行参数进行优化控制。通过调整设备的运行参数，提高设备的运行效率和生产能力，同时降低设备的能耗和磨损。避免 “大马拉小车” 现象。例如，风机通过变频控制在低负荷时降低转速，能耗可减少 30%~50%；通过设备运行参数的优化控制，不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以降低设备的运行成本和安全风险。比如往复式压缩机无级气量调节；离心式压缩机防喘振系统

（3）自动控制系统自身安全。

01 与设置在控制室、机柜间的控制站之间的通信网络应冗余配置，传输介质应采用不同敷设路径。确保控制站与各子系统间通信的“无间断性” ，是工业安全设计中 “冗余容错” 理念的重要体现。“一般一天一地”设计

02 控制系统的人机接口等应设置不同级别的权限保护，严格管理外部访问

根据用户角色和工作需求分配必要权限，避免权限过度集中或滥用。外部访问（如远程维护、第三方技术支持）是系统安全的高风险点，采用网关防火墙进行物理隔离与网络限制；防病毒与漏洞管理。

03 企业应建立联锁管理制度，摘除联锁应严格执行许可程序必查项，联锁管理制度需明确联锁系统的全生命周期管理要求，

包括：联锁的分类与等级划分；日常维护与校验；联锁的投用与摘除管理

04 优化报警管理

各控制系统的报警进行分级、分类管理，重要报警要有报警原因分析及处置记录。定期统计分析报警率，优化报警设置，减少报警数量。实际生产中，常因报警设置不合理、数量过多、优先级混乱等问题导致 “报警泛滥” ，操作人员难以快速识别关键风险，甚至引发安全事故。优化化工过程控制报警管理，需从 “精准报警、有效响应、持续改进” 三个维度建立全流程管理体系

05 安全仪表系统（SIS）的检验测试应符合 SIS 安全要求规格书

SRS 是 SIS 设计、实施、运行和维护的核心依据，明确了安全仪表功能（SIF）的目标安全完整性等级（SIL）、检测范围、响应逻辑、测试周期等关键参数传感器测试、逻辑控制器测试、最终执行元件测试、回路完整性测试。

SIS 检验测试的记录需长期存档，作为满足《过程工业安全仪表系统》（IEC 61511）、《石油化工安全仪表系统设计规范》（GB/T50770）等标准的证据。监管部门在安全检查中，会重点核查测试是否严格遵循 SRS，以及偏差是否得到闭环管理。

06 自控系统防病毒（伊朗核电站“震网”病毒事件、勒索病毒等）。

绝对隔离：严禁接入互联网、企业办公网如需必要加网关；禁止外接设备；备份与恢复安全。

各系统独立设置；有逻辑联系的控制系统、信息系统之间应时钟同步。

07 带有高液位联锁功能的可燃液体和类别 1、类别 2 急性毒性的液体储罐应配备两种不同原理的液位计或液位开关；安全仪表系统高液位联锁测量仪表和基本控制回路液位计应分开设置，危险化学品压力储罐应设置两套不同取源点的压力测量仪表，且其中至少一套具有远传功能

08 防护级别符合现场环境；爆炸区域符合防爆要求

在现场安装的电子式仪表,防护等级不应低于 IP65;在现场安装的气动仪表及就地仪表,防护等级不应低于IP55;在仪表井、阀门井及水池内安装的仪表,防护等级应为IP68。

09 用于 SIS 和 GDS 联锁的模拟量测量仪表，应选用具有自诊断功能的智能变送器。当自诊断故障时，变送器应能根据设定，将其输出信号自动变为最高、最低或保持状态，即故障安全设计化工反应釜的压力变送器若检测到自身故障，需要输出最高值可使控制系统判定 “压力超标”，自动启动泄压阀或停止进料泵，防止因真实压力未知而发生超压爆炸；

精馏塔的液位变送器故障时输出最低值，控制系统可判定 “液位失控”，关闭塔底出料阀并启动回流泵，防止塔内物料抽空或溢出；

制药行业的温度变送器若自诊断故障，保持故障前的温度信号可让控制系统维持当前加热 / 冷却状态，为维护人员争取处理时间，避免因信号突变导致产品批次报废。

10 用于联锁及顺序控制的控制阀，应配阀位开关。涉及关键工艺操作步骤的手动阀，也应配带阀位开关；未设置旁路的控制阀，应设置手动机构。用于 SIS 联锁的控制阀，不应设置手轮

11 接地电阻在线监测系统

土壤腐蚀严重地区或强雷区储存单元的易燃易爆介质地上储罐,设置接地电阻在线监测系统

土壤中的腐蚀性成分（如盐、酸、碱等）会加速接地体的锈蚀，导致接地电阻逐渐增大，传统定期检测难以实时掌握变化，在线监测能及时发现异常。

持续监测接地电阻值的变化，当接地电阻超过设定阈值时，系统自动发出预警信号，提醒运维人员及时处理；通过数据分析和多点监测，辅助定位接地系统的故障位置，减少排查时间和人力成本；防止雷击、设备漏电等故障时电流安全泄放的关键；接地系统可防止静电积聚，监测系统能保障静电及时导除，避免爆炸事故

12 视频图像信息储存时间不应小于90天,其他监控信息存时间不应少于1年。

提高安全管理效率，降低安全管理成本

（1）自动化控制系统。

自动化控制系统（DCS、PLC等）能够实现生产过程的精确控制，确保生产参数的稳定，确保生产安全，从而提高管理水平。

（2）机器人的应用。

机器人的应用可以实现连续不间断生产，不受人员、环境和工作时间的限制，大大提高了生产效率。

（3）SCADA 系统

借助 SCADA 系统，管理人员可通过云端平台远程监控厂区设备状态，甚至对偏远或高危区域的设备进行远程管理（海上平台、风电设备、光伏设备、长输管道等）；比如无人值守自动称重、定量装车系统。

对人员安全行为有效管理

（1）人员出入控制与身份识别。

在化工企业的关键区域设置门禁系统，采用刷卡、指纹识别、人脸识别等技术，对人员的出入进行严格控制。只有经过授权的人员才能进入相应区域，防止无关人员进入生产现场，避免因人员误操作或违规行为引发安全事故。

门禁系统与自动化控制系统联动，记录人员的出入时间和活动轨迹，便于对人员进行管理和追溯。当发生安全事故时，可以通过门禁系统的记录，快速确定现场人员情况，为事故处理提供依据。

（2）电子巡更系统

规范巡更巡检流程，借助巡检管理系统确保巡检到位率，杜绝人为疏漏，实时数据采集与异常预警，提升安全响应速度异常情况快速记录与上报；数据追溯与分析，优化管理决策。

（3）助力安全培训

利用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等仿真技术，为员工提供沉浸式的安全培训和模拟操作环境。员工可以在虚拟环境中进行各种安全操作培训，如事故应急处理、设备操作等，提高员工的安全意识和操作技能。

（4）人员行为管理-作业安全

进入易燃易爆区域时，系统自动检测车辆是否安装防火罩；搬运过程中，若货物倾斜角度超过安全值自动报警；叉车自动限速并报警；识别工地人员是否佩戴安全帽、防护服。

难点与解决方案

复杂工艺控制难度

化工生产工艺复杂多样，一些特殊的工艺过程对自动控制提出了极高的要求。例如，某些化学反应过程具有强非线性、时变特性和不确定性，传统的控制方法难以实现精确控制。针对这些复杂工艺，可采用先进的控制算法，如模型预测控制、自适应控制、智能控制等，结合工艺机理模型和实时监测数据，实现对复杂工艺的有效控制。 

系统集成兼容性问题

化工企业中往往存在多种不同品牌、型号的自动化设备和控制系统，这些系统之间的集成兼容性往往成为一个问题。通信协议不兼容、数据格式不一致等问题。如时钟同步，GDS、火灾自动报警与探测系统等。可采用标准化的通信协议和数据接口，如OPC、Modbus等，实现不同系统之间的互联互通；同时，在系统设计阶段，充分考虑系统的开放性和可扩展性，便于后续的集成和升级。

专业人才短缺现状

既懂化工工艺又掌握自动控制技术又懂安全的复合型专业人才短缺，成为制约化工企业安全生产、自动化发展的一个重要因素。化工企业需要加大对专业人才的引进和培养力度，提高企业的技术水平和创新能力。

自动化控制与化工安全融合发展方向

提升本质安全水平

持续推进 “机械化换人、自动化减人、智能化无人” ，对高危化工工艺和重点操作单元进行自动化改造，减少人工操作带来的风险，提高生产过程的本质安全水平。

智能化与数字化

借助人工智能分析大数据，建立全生命周期数字化平台，实现风险识别智能化；

构建智能决策支持系统，结合实时监测数据、工艺模型和专家知识，为操作人员提供智能化的决策建议。当生产过程中出现异常情况时，系统能够快速分析原因，并提供多种解决方案供操作人员选择，帮助操作人员做出科学、合理的决策，提高应对突发情况的能力。