基于LabVIEW的DAP單元安全生產仿真系統

二元高效復肥磷酸氫二銨(DAP)生產及工藝過程伴隨有毒有害物料，實物操作與實驗的安全培訓具有一定的危險性，生產工藝參數失控有可能造成不可忽視的財產損失、人員傷亡、環境破壞。DAP單元安全生產仿真系統軟件的開發為非實際工作環境下改變條件和參數偏差分析系統的行為提供了可能。相對于傳統的安全措施，其具有成本低、風險低、無需實際工作環境的優點。

1 DAP生產單元HAZOP分析

1.1 HAZOP分析簡介

HAZOP是以系統工程為基礎的一種定性分析或定量評價的危險性評價方法，通過分析生產運行過程中工藝、操作控制中可能出現的偏差，以及這些變動與偏差對系統的影響及可能導致的后果，找出偏差的原因，明確裝置或系統內及生產過程中存在的主要危險、危害因素，并針對變動與偏差的后果提出對應采取的措施。

1.2 DAP單元生產的HAZOP分析

磷酸氫二銨化工生產是由磷酸溶液與氨水溶液加入到帶夾套的攪拌反應釜中發生中和反應

2NH3H2O+H3PO4=(NH4)2HPO4/2H2O

所生成的DAP放入一密閉貯槽中。根據DAP的生產工藝流程，文中將其劃分為4個單元(如表1)，分別為：氨水貯槽、磷酸貯槽、反應釜、DAP貯槽。

HAZOP小組利用頭腦風暴法，對各個評價單元的生產裝置、生產運行狀況中的關鍵參數使用引導詞(如表1)，逐一細致地進行危險可操作性分析，根據分析結果，DAP單元生產過程中關鍵參數偏差過大可能發生的原因有：人為誤操作;管道堵塞、泄漏;流量控制閥、流量計、溫度計故障;進料泵故障;管道被腐蝕;原料在貯槽內變質;原料配置不合格;進料時混入雜質、異物;高溫酷暑使容器、管線中的物料發生膨脹;安全閥故障;貯槽、反應釜的降溫降壓未按照先高后低的順序;突然斷電;地震、火災等自然災害。

可能造成的事故有：中毒窒息事故，爆炸、燃燒事故，灼燙、機械傷害、物體打擊、觸電、高處墜落。

可采取的預防措施有：進料前進行物質鑒定和濃度檢查;選用抗腐蝕性能較好的材料的儲罐容器、反應釜及管道;進料管路控制閥選用單向閥，倒流自動關閉;定期切換備用進料設備來檢查維護清潔原進料設備管道，控制閥，流量計、溫度計、壓力表等;定期為安全閥做泄壓試驗;安裝液位監測報警裝置預防容器內的物料存儲過滿;貯槽、反應釜進料管道安裝帶警報器的流量計;嚴格把關原料，進料前檢測流量和濃度;加強人員培訓，嚴守操作規程，聘專職安全人員監督;氨水貯槽、反應釜采用封閉結構，并抽真空通入氮氣為保護氣;工作區域保持通風良好，安裝工作區氨氣監測報警裝置;貯槽、反應釜安裝液位監測報警裝置;制定事故應急預案，加強人員安全培訓，佩戴防護用具;裝置危險處安裝防護措施。

應對措施有：檢測進料流量設置，更改錯誤設置;檢測進料流量計、進料控制閥、進料泵以及管道有無泄漏，若故障則更換相應備用器具，并診斷維修原進料裝置作為備用;貯槽、反應釜溫度報警立即采用間歇性噴淋降溫、排風扇等降溫措施同時換備用溫度計測量溫度是否正常，兩個或兩個以上高溫報警降溫按照先高溫后低溫的順序進行;情況嚴重或以上應對措施無效則立即啟動相應的事故應急預案。

2 仿真系統在LabVIEW平臺的設計

本文采用LabVIEW2009，核心是VI(G語言編寫程序)，根據目標功能系統分為3個模塊：管理員登陸模塊、生產模擬模塊、監測報警模塊(如圖1)，各模塊呈現高內聚，低耦合的特點。

2.1 數據庫的動態創建

系統采用LabVIEWSQL Toolkit實現對Aeeess數據庫的訪問。通過在ODBC數據源中創建Data Source Name(DSN)，建立LabVIEWSQL Tool kit與數據庫的連接，并通過配置DSN，導出相關信息至DSN1.reg、DSN2.reg，再將兩個文件中的注冊表信息合并為一個注冊表文件，另存為Datafile.reg，配置Driver(ODBC驅動程序的路徑)、DBQ(標識數據源文件的存放路徑)，通過獲得數據源文件路徑確定其鍵值，編寫vi導

入剛才創建的Datafile.reg至注冊表，修改“DBQ”項值為當前數據庫文件存放路徑，以實現數據源的動態創建。

2.2 系統設計及實現

2.2.1 系統界面設計

人機界面是評價軟件的重要指標，得益于LabVIEW高效的G語言編程方式和靈活的控件屬性設置。本文的系統根據人機原理構建了友好的人機界面(如圖2，延緩視覺疲勞，各界面簡潔明了、生動形象，便于使用。當系統開始運行時，顯示管理員登錄系統界面，登錄成功后轉入工作界面，點擊啟動生產，磷酸、氨水開始進料，點擊各貯槽、反應釜流量、壓力、溫度、工作區氨氣監測報警開關，調節隨機擾動大小，同時可觀察超限報警、原因后果分析及預防應對措施。

2.2.2 系統詳細設計

1)系統初始化。程序開始運行，首先完成5個初始化任務：①清空用戶名和密碼輸入欄。②隱藏工作界面相關控件。③各貯槽、反應釜流量、壓力、溫度、工作區氨氣監測報警開關和生產開關的關閉。④各貯槽、反應釜流量、壓力、溫度、工作區氨氣初始值歸零。⑤磷酸、氨水進料流量初始值設置。

2)管理員信息驗證。管理員輸入用戶名、密碼后點擊“登錄”按鈕，系統核對該用戶名和密碼數據庫中是否存在，若存在，登陸成功，顯示歡迎信息，進入工作界面。否則將提示輸入錯誤，請重新輸入。具體圖3所示。

3)生產模擬。假設DAP生產嚴格按照國家安全監管總局關于加強化工過程安全管理的指導意見(安監總管三[2013]88號)中開停車的相關規定，從開始進料流量到達到穩定生產過程的風險低，不在HAZOP分析范圍內，因此生產模擬通過LabVIEW自帶數學工具創建公式節點，輸入液位流量表達式，并通過LabVIEW數據流運行模式實現試車的快速模擬。設定溢出臨界液位的2/3為液位上限，設置登陸成功后登陸界面相關控件隱藏，同時顯示工作界面相關控件，在While循環的順序結構中創建磷酸、氨水進料輸入控件與連接調節旋鈕的仿真信號△θi相加。

4)監測報警。模擬生產進入持續穩定階段，啟動監測報警系統對生產關鍵參數進行實時監測。創建監測報警SUBVI，基于LabVIEW數據流運行模式，當數據同時到達監測報警SUBVI輸入端口時，監測報警SUBVI可被視為同步執行。通過選項卡控件實現磷酸、氨水貯槽，反應釜，DAP貯槽流量、壓力、溫度、液位監測報警及工作區氨氣監測報警5個監測報警區的劃分，并創建HAZOP方法定義關鍵參數的局部變量，由于不涉及數組結構等空間復雜度較高的變量結構，可忽略內存復制增加問題，在While循環中創建布爾變量連接CASE結構，為真實關鍵參數與報警上下限控件輸入值進行比較，超限時報警燈及報警音樂啟動，顯示關鍵參數超限的HAZOP原因后果分析及預防應對措施指導，操作管理員可根據系統指示，及時排查原因，采取措施防止事故的發生。

3 結束語

文中基于LabVIEW，將HAZOP方法的DAP生產單元仿真系統與HAZOP方法相結合的虛擬儀器設計，為非實際工作環境下對DAP化工生產危險性及事故預防的全面認識提供了可能，該設計可為操作人員增強自身安全防范意識及裝置的安全管理提供指導。同時也是非實物條件下安全、快速、深入了解磷酸氫二銨(DAP)生產的有效方法。