Химавтоматика как отрасль¶
Химавтоматика — отрасль промышленной автоматизации, охватывающая разработку, производство и эксплуатацию средств автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности. Основная задача химавтоматики — обеспечение заданных параметров технологического режима (температуры, давления, расхода, уровня, состава и концентрации веществ) без постоянного вмешательства оператора, а также защита оборудования и персонала при отклонениях от нормы.
¶История
Развитие химавтоматики связано с ростом масштабов химических производств в XX веке. До середины века контроль параметров на химических заводах вёлся вручную: операторы снимали показания манометров и термометров и вручную регулировали вентили. В 1930-е годы в СССР и за рубежом появились первые промышленные пневматические регуляторы, работавшие на сжатом воздухе. В 1950-е годы распространились пневматические системы автоматического регулирования, объединённые в щиты управления.
С конца 1950-х годов началось внедрение электронных и электронно-пневматических приборов, а с 1960–1970-х — управляющих вычислительных машин. В СССР при отраслевых институтах и предприятиях создавались службы КИПиА (контрольно-измерительные приборы и автоматика). В 1970-е годы появились первые распределённые системы управления (АСУ ТП) на базе мини-ЭВМ. С 1980-х годов основой химавтоматики стали микропроцессорные контроллеры и SCADA-системы, а с 2000-х — цифровые распределённые системы управления (DCS) и полевые шины.
¶Основные объекты и параметры
Химавтоматика обслуживает непрерывные, периодические и полунепрерывные процессы. Типовые контролируемые и регулируемые величины:
- температура реакторов, колонн, теплообменников;
- давление в аппаратах и трубопроводах;
- расход сырья, реагентов, теплоносителей, пара;
- уровень жидкостей в ёмкостях и аппаратах;
- состав и концентрация веществ (газоанализ, pH-метрия, хроматография);
- вязкость, плотность, влажность.
¶Технические средства
Датчики и первичные преобразователи преобразуют физическую величину в унифицированный сигнал (ток 4–20 мА, напряжение, цифровой протокол). Применяются термопары, термометры сопротивления, манометры, расходомеры (в том числе кориолисовы и ультразвуковые), уровнемеры, анализаторы.
Регуляторы и контроллеры реализуют законы регулирования — от простейшего двухпозиционного до ПИД-регулирования. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) выполняют логические операции, блокировки и противоаварийные защиты.
Исполнительные механизмы — регулирующие клапаны, задвижки, электроприводы, частотные преобразователи — воздействуют на поток вещества или энергии.
Верхний уровень — АСУ ТП, SCADA-системы, операторские станции, архивы и системы противоаварийной защиты (ПАЗ).
¶Особенности химических производств
Автоматизация в химии осложняется агрессивными средами, высокими температурами и давлениями, взрыво- и пожароопасностью, токсичностью веществ. Поэтому применяются взрывозащищённое исполнение приборов, коррозионностойкие материалы, дублирование и резервирование каналов, а также системы аварийного останова. Значительное внимание уделяется метрологической поверке и надёжности средств измерений.
¶Применение
Химавтоматика применяется на предприятиях основной химии (производство аммиака, кислот, щелочей, минеральных удобрений), нефтепереработки и нефтехимии, в производстве полимеров, фармацевтике, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, а также в системах водоподготовки. Автоматизация позволяет стабилизировать качество продукции, снизить расход сырья и энергоресурсов, повысить безопасность.
¶Подготовка кадров и организации
Специалистов в области химавтоматики готовят по направлениям «Автоматизация технологических процессов и производств», «Приборостроение», «Управление в технических системах». В России профильные кафедры существуют в ряде технических университетов, в том числе химико-технологического профиля. Отраслевые вопросы регулируются стандартами и нормами промышленной безопасности, а разработкой средств занимаются специализированные приборостроительные предприятия.
¶Современное состояние
Современная химавтоматика развивается в направлении цифровизации: внедряются полевые шины (HART, PROFIBUS, Foundation Fieldbus), беспроводные датчики, системы предиктивной диагностики и элементы искусственного интеллекта для оптимизации режимов. Растёт роль кибербезопасности АСУ ТП. Значительное внимание уделяется импортозамещению средств автоматизации в России.
Источники: учебная и техническая литература по автоматизации химико-технологических процессов, отраслевые стандарты, публикации профильных институтов и предприятий.