化工過(guò)程本質(zhì)安全技術(shù)研究進(jìn)展

楊 哲

(中石化安全工程研究院有限公司，山東 青島 266000)

化工生產(chǎn)過(guò)程通常會(huì)涉及多種危險(xiǎn)化學(xué)品，具有易燃易爆、有毒有害、高溫高壓、危險(xiǎn)源集中等特點(diǎn)，一旦發(fā)生安全事故，將給人民生命健康、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)穩(wěn)定等帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。

當(dāng)前，數(shù)字化變革正在重塑化學(xué)品生產(chǎn)、消費(fèi)模式，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與安全管理深度融合，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”成為有效提升行業(yè)安全治理水平的必然選擇。此外，我國(guó)作出“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略部署，未來(lái)能源結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生重大變革，以氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等為代表的新能源形式將會(huì)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)傳統(tǒng)化石能源將與新能源共存發(fā)展，安全風(fēng)險(xiǎn)疊加。

化工生產(chǎn)過(guò)程在新時(shí)期、新發(fā)展階段面臨的安全問(wèn)題需要通過(guò)科技創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步來(lái)解決，安全技術(shù)的進(jìn)步是防范和化解安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑，過(guò)程強(qiáng)化、風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管控與處置等一系列技術(shù)手段能夠有效降低和控制安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程的本質(zhì)安全化。本文將系統(tǒng)介紹化工生產(chǎn)過(guò)程本質(zhì)安全技術(shù)的研究進(jìn)展，并分析未來(lái)化工生產(chǎn)過(guò)程安全化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為化工過(guò)程安全生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1 化工過(guò)程本質(zhì)安全化概述

本質(zhì)安全(inherent safety)概念最早由英國(guó)的Trevor Kletz于1976年提出，其理念是從工藝源頭上永久地消除風(fēng)險(xiǎn)，而不是單獨(dú)靠控制系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)的使用來(lái)減小事故發(fā)生概率和減輕事故后果的嚴(yán)重性[1-3]。本質(zhì)安全是絕對(duì)安全的理想狀態(tài)，生產(chǎn)運(yùn)行上很難達(dá)到，實(shí)際中需要通過(guò)本質(zhì)安全化(inherently safer)的一系列技術(shù)措施降低過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，使化工過(guò)程本質(zhì)上更安全?；み^(guò)程全生命周期的本質(zhì)安全如圖1所示，最小化、替代、緩和、簡(jiǎn)化這4個(gè)本質(zhì)安全化策略適用于研發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、操作、變更和維護(hù)等化工過(guò)程的整個(gè)生命周期[4]。工藝過(guò)程的本質(zhì)安全化與被動(dòng)型、主動(dòng)型和程序型安全防護(hù)措施一起構(gòu)成了化工過(guò)程的保護(hù)層，其中本質(zhì)安全化工藝技術(shù)在所有保護(hù)層中處于最核心的部分，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)控制起到?jīng)Q定性作用[5]。

圖1 化工過(guò)程全生命周期的本質(zhì)安全

在化工過(guò)程工藝研發(fā)和裝置設(shè)計(jì)的早期階段，本質(zhì)安全化的需求最迫切，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)降低效果最明顯。早期階段的本質(zhì)安全化投入可以減少裝置建成及運(yùn)行后安全設(shè)備、設(shè)施的投入及維護(hù)成本，在化工過(guò)程的整個(gè)生命周期內(nèi)提升綜合效益[6-7]。然而，僅通過(guò)工藝技術(shù)本身并不能做到絕對(duì)安全，仍需要保護(hù)層策略來(lái)控制安全風(fēng)險(xiǎn)。本質(zhì)安全化工藝技術(shù)和其他保護(hù)層技術(shù)共同發(fā)揮作用，才能確?；み^(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受水平。

通常，降低化工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)層策略主要有5個(gè)方面[8-10]：①通過(guò)調(diào)整物料組成或工藝條件減小或消除危險(xiǎn)性；②通過(guò)增大安全距離減小對(duì)人員或周圍環(huán)境的危害；③通過(guò)提升工藝或設(shè)備設(shè)計(jì)能力減小過(guò)程危害；④通過(guò)執(zhí)行報(bào)警、聯(lián)鎖等安全控制措施監(jiān)控過(guò)程異常工況；⑤通過(guò)實(shí)施操作規(guī)程、培訓(xùn)、應(yīng)急響應(yīng)等管理措施防止安全事故。保護(hù)層各自能夠獨(dú)立發(fā)揮作用，降低危險(xiǎn)事故發(fā)生的頻率或嚴(yán)重程度，但這并不意味著保護(hù)層措施越多越有效。過(guò)多的保護(hù)層措施會(huì)增加相應(yīng)的操作維護(hù)成本，并可能增加誤動(dòng)作幾率。

因此，化工過(guò)程首先要提高工藝技術(shù)本身的安全性，從源頭上降低過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，然后采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層技術(shù)措施，降低事故發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度，從而實(shí)現(xiàn)化工過(guò)程的本質(zhì)安全化。

2 化工過(guò)程本質(zhì)安全化技術(shù)

圖2 基于風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)安全化技術(shù)實(shí)施路線

近年來(lái)，化工過(guò)程本質(zhì)安全化技術(shù)和保護(hù)層理念不斷進(jìn)步，逐漸向系統(tǒng)化、工程化、智能化的方向發(fā)展。筆者認(rèn)為，化工過(guò)程的本質(zhì)安全化要從圖2所示的幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。在辨識(shí)化工過(guò)程固有安全風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，首先通過(guò)提高工藝技術(shù)本身的安全性，盡可能從源頭上降低風(fēng)險(xiǎn)；其次，在裝置運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等手段對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知和監(jiān)測(cè)預(yù)警；最后，對(duì)化工裝置的重大風(fēng)險(xiǎn)，要采取有效地管控和處置措施進(jìn)行抑制和控制。將上述技術(shù)手段反復(fù)迭代，實(shí)現(xiàn)化工過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)漸次降低，不斷提升本質(zhì)安全水平。下面將從基于過(guò)程強(qiáng)化的本質(zhì)安全化工藝、風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管控與處置等方面介紹最新技術(shù)研究進(jìn)展。

2.1 基于過(guò)程強(qiáng)化的本質(zhì)安全化工藝技術(shù)

過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)是將化學(xué)工程小型化、清潔化、安全化、節(jié)能化的技術(shù)，涉及反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱等多個(gè)學(xué)科，包含強(qiáng)制傳遞強(qiáng)化、外加能量場(chǎng)強(qiáng)化、反應(yīng)介質(zhì)強(qiáng)化等方面。過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)通過(guò)提高生產(chǎn)效率，降低工藝設(shè)備尺寸、危化品存量和能量消耗，從而提升化工過(guò)程的安全性。

近年來(lái)，基于過(guò)程強(qiáng)化的新型反應(yīng)器和分離技術(shù)不斷發(fā)展[11-16]，如微反應(yīng)器、振蕩擋板反應(yīng)器、膜反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)圓盤反應(yīng)器、含有靜態(tài)混合單元的管式反應(yīng)器、離心精餾技術(shù)、高比表面積換熱器等。采用微反應(yīng)器、膜反應(yīng)器等可強(qiáng)化傳遞過(guò)程，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性；采用緊湊型和微型熱交換器可提高傳熱效率，避免熱量累積；采用填充床接觸器和離心吸收器等可促進(jìn)流體流動(dòng)與混合，強(qiáng)化分離過(guò)程的傳質(zhì)。

微反應(yīng)技術(shù)是一種重要的過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)。當(dāng)反應(yīng)器微通道尺寸降低到微米級(jí)別時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)比表面積和物料相的界面面積顯著增加，傳熱和傳質(zhì)的效率比傳統(tǒng)反應(yīng)器提升1～2個(gè)數(shù)量級(jí)[17-19]，顯著降低了危險(xiǎn)工藝過(guò)程的火災(zāi)、爆炸風(fēng)險(xiǎn)，極大地提高了過(guò)程的安全性。在加氫、氧化、氯化、氟化、硝化、格氏、疊氮和磺化等涉及強(qiáng)放熱、強(qiáng)腐蝕、高危險(xiǎn)、有毒物料的反應(yīng)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)微尺度下的物料流動(dòng)與反應(yīng)過(guò)程開(kāi)展了大量基礎(chǔ)研究，建立了微尺度下物料流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)與反應(yīng)行為的理論模型[20-24]。以康寧、拜耳等為代表的國(guó)外公司在高端材料和精細(xì)化學(xué)品制造領(lǐng)域廣泛采用微反應(yīng)器，工業(yè)化應(yīng)用走在前列；國(guó)內(nèi)方面，微化工技術(shù)在磷酸二氫銨、己內(nèi)酰胺、硝基三氟甲氧基苯、石油磺酸鹽等生產(chǎn)工藝中進(jìn)行了工程示范應(yīng)用[25-26]。

通過(guò)施加外場(chǎng)能量提升反應(yīng)效率是另一種重要的過(guò)程強(qiáng)化手段，能量形式包括電場(chǎng)、等離子體、超重力、超聲、微波等。其中，等離子體技術(shù)是氣體分子在等離子體發(fā)生器作用下產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，發(fā)生在常規(guī)條件下難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，目前已在新工藝路線開(kāi)發(fā)、功能材料與催化劑制備等方面廣泛應(yīng)用，如采用等離子化學(xué)技術(shù)分解硫化氫、催化甲烷轉(zhuǎn)化、處理VOCs等。超重力反應(yīng)技術(shù)利用超重力條件下流體的獨(dú)特流動(dòng)行為，強(qiáng)化多相傳質(zhì)與傳熱，實(shí)現(xiàn)高效的反應(yīng)過(guò)程，已經(jīng)應(yīng)用于氣體凈化、廢水處理、水脫氧等領(lǐng)域[13，27-28]。

反應(yīng)介質(zhì)強(qiáng)化技術(shù)是從綠色化學(xué)合成的理念出發(fā)，選擇能夠強(qiáng)化傳遞、反應(yīng)過(guò)程且能簡(jiǎn)化溶劑回收工藝的反應(yīng)媒介，降低原料和能源消耗。例如，離子液體具有不揮發(fā)、不可燃的特點(diǎn)，可以作為反應(yīng)溶劑和某些反應(yīng)的催化劑，目前在烯烴環(huán)氧化、加氫、脫硫脫硝、?；?、選擇性烷基化等反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用[29-30]，在溶劑萃取、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也體現(xiàn)出一定的應(yīng)用前景。上述新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，為解決化工裝置的安全問(wèn)題提供了新思路，能夠從源頭上提高過(guò)程的安全性。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

化工裝置運(yùn)行狀態(tài)大致可分為正常、異常和事故3種。實(shí)際運(yùn)行中，由于變量波動(dòng)或外界擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)偏離原始設(shè)計(jì)條件，出現(xiàn)異常工況。如果不及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和處理，異常工況可能會(huì)演變?yōu)槭鹿?，因此，?duì)異常工況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的早期監(jiān)測(cè)和感知至關(guān)重要?；ぱb置的風(fēng)險(xiǎn)感知是通過(guò)對(duì)裝置的技術(shù)參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括工藝運(yùn)行情況、設(shè)備狀態(tài)、氣體泄漏等。目前國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)面臨的問(wèn)題主要包括[31-34]：對(duì)事故預(yù)測(cè)、預(yù)警方法與模型的研究不足，對(duì)偶然性、突發(fā)性事故難以提煉反映風(fēng)險(xiǎn)本質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警方面的應(yīng)用較少，智能化水平有待提升；化工企業(yè)生產(chǎn)流程復(fù)雜、耦合因素眾多，安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的可靠性、可用性和穩(wěn)定性仍面臨很大的挑戰(zhàn)。未來(lái)化工裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)感知及監(jiān)測(cè)預(yù)警，需要集成工藝安全動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、設(shè)備健康度動(dòng)態(tài)評(píng)估、泄漏監(jiān)測(cè)智能感知、裝置在線故障診斷等，形成化工裝置故障診斷與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，健全化工生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)場(chǎng)所極端惡劣環(huán)境(如強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)干擾、雷電災(zāi)害等)下的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)化工裝置全生命周期狀態(tài)可感知、風(fēng)險(xiǎn)可管控，支撐危化品企業(yè)數(shù)字化、智能化建設(shè)。

近年來(lái)，各種用于過(guò)程監(jiān)控和故障診斷的技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)。根據(jù)診斷模型構(gòu)建過(guò)程對(duì)機(jī)理知識(shí)和過(guò)程數(shù)據(jù)的需求關(guān)系，化工過(guò)程故障診斷技術(shù)一般分為基于機(jī)理模型、基于知識(shí)和基于數(shù)據(jù)的3類技術(shù)[35-36]。基于機(jī)理模型的故障診斷技術(shù)利用先驗(yàn)的物理、化學(xué)知識(shí)，構(gòu)建精確的數(shù)學(xué)模型并用于故障診斷；基于知識(shí)的故障診斷技術(shù)依賴于操作經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)；基于數(shù)據(jù)的故障診斷技術(shù)則是通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析，建立具有故障診斷功能的系統(tǒng)或算法模型。得益于集散控制系統(tǒng)(DCS)等自動(dòng)控制系統(tǒng)帶來(lái)的海量過(guò)程數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法深度挖掘數(shù)據(jù)建立過(guò)程模型變得可行。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型在訓(xùn)練階段需要較少的過(guò)程機(jī)理，在使用階段具有計(jì)算量小、求解快、在模型建立的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，因而在各類故障診斷任務(wù)中取得了良好的效果[37-39]。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化技術(shù)的不斷應(yīng)用，化工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)將實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生等新技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和視頻圖像傳輸、數(shù)據(jù)交互等方面應(yīng)用更加廣泛，以滿足數(shù)據(jù)快速響應(yīng)的要求。以催化裂化裝置為例，將數(shù)字孿生與異常監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建反應(yīng)器、再生器單元，分餾單元和吸收、穩(wěn)定單元(簡(jiǎn)稱反再-分餾-吸穩(wěn)單元)的工藝混合驅(qū)動(dòng)模型和油漿系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，可實(shí)現(xiàn)深層信息感知、性能趨勢(shì)預(yù)測(cè)、異常監(jiān)測(cè)預(yù)警和操作優(yōu)化指導(dǎo)，助力裝置長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

對(duì)設(shè)備腐蝕及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)感知的重要手段。對(duì)于設(shè)備的腐蝕檢測(cè)，常規(guī)的技術(shù)有超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)，新興的有相控陣技術(shù)等，這些檢測(cè)技術(shù)均為逐點(diǎn)檢測(cè)，不能實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)是風(fēng)險(xiǎn)感知技術(shù)的發(fā)展方向，包括聲發(fā)射、超聲導(dǎo)波、光纖傳感、電磁超聲、脈沖渦流等技術(shù)[40-43]。例如，可將機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電量或電參數(shù)的變化，傳輸至控制器處理，并判斷大機(jī)組動(dòng)設(shè)備異常工況；采用聲波、聲阻抗、張力波等傳感器可監(jiān)測(cè)管道或儲(chǔ)罐內(nèi)非正常物料的侵蝕、設(shè)備腐蝕損傷情況及結(jié)構(gòu)部件中的裂紋；建立設(shè)備非侵入、在線、實(shí)時(shí)的無(wú)縫隙化健康在線監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，可有效解決設(shè)備腐蝕損傷缺陷的識(shí)別、定位和程度分級(jí)，以及二維溫度應(yīng)變場(chǎng)、異常振動(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題。在獲取設(shè)備腐蝕多源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)腐蝕機(jī)理預(yù)測(cè)模型、基于大數(shù)據(jù)算法的關(guān)鍵腐蝕參數(shù)預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建設(shè)備腐蝕監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)裝置腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與推送，未來(lái)通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴、人工智能等技術(shù)結(jié)合，逐漸向設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展，能夠接入更多實(shí)時(shí)腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，智能推送設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、壽命及檢修方案等[44-47]。

目前，監(jiān)測(cè)有毒有害氣體的傳感器以半導(dǎo)體、電化學(xué)以及催化燃燒氣體傳感器為主。該類型傳感器技術(shù)成熟、壽命長(zhǎng)，但體積大、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、選擇性差、準(zhǔn)確度低、檢出限高、價(jià)格高，因而應(yīng)用場(chǎng)合有限，無(wú)法滿足復(fù)雜氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求[48]。隨著納米材料制備技術(shù)、微機(jī)電加工技術(shù)以及人工智能和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，給研發(fā)更加便攜、便宜和精確的氣體傳感器提供了理論和技術(shù)支持[49-52]。比如，開(kāi)發(fā)基于微納傳感器陣列的高靈敏氣體監(jiān)測(cè)儀、基于聲發(fā)射原理的泄漏源定位監(jiān)測(cè)儀、非制冷式紅外光譜成像監(jiān)測(cè)儀等多元感知設(shè)備，構(gòu)建基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的點(diǎn)面結(jié)合、多元感知的全方位氣體泄漏監(jiān)測(cè)體系。在多元感知體系獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立基于覆蓋率算法的監(jiān)測(cè)有效性評(píng)估、優(yōu)化技術(shù)，開(kāi)發(fā)多元數(shù)據(jù)融合的泄漏預(yù)警模型與算法，及將分子特征數(shù)據(jù)庫(kù)與擴(kuò)散模型相結(jié)合的快速、高效泄漏溯源算法，能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏的提早感知、及時(shí)預(yù)警和精準(zhǔn)溯源，極大提升企業(yè)泄漏監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)感知水平。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)管控與處置技術(shù)

采用工藝本質(zhì)安全化、風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警等技術(shù)手段，可以有效降低化工過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)；而對(duì)于火災(zāi)、爆炸等重大安全風(fēng)險(xiǎn)，仍需要采取專用的風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)，如石化裝置阻火抗爆技術(shù)、化工裝置事故應(yīng)急救援與處置技術(shù)等。這些風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)雖然不能從源頭上降低安全風(fēng)險(xiǎn)，但能夠在很大程度上減輕事故的危險(xiǎn)程度。

在建筑結(jié)構(gòu)抗爆方面，目前除少數(shù)新建的化工裝置外，大部分距離高爆炸危險(xiǎn)性裝置較近的內(nèi)部人員用建筑物，僅考慮防火性能而未考慮抗爆性能，因而存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)現(xiàn)有建筑物的加固改造步驟通常包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與量化、建筑物分類、破壞評(píng)估和減輕破壞等。對(duì)既有建筑物抗爆改造，要綜合考慮結(jié)構(gòu)特征、爆炸載荷、改造成本、施工難度等因素，通常比新建建筑物復(fù)雜。建筑物抗爆改造的對(duì)象包括結(jié)構(gòu)連接處、框架結(jié)構(gòu)、砌體墻等；而常用的抗爆改造方法有：為墻壁安裝垂直鋼柱，對(duì)墻壁進(jìn)行外層鋼筋混凝土加固，在墻面上粘合高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料、噴涂抗爆涂層等。其中，負(fù)載纖維復(fù)合材料、抗爆涂層加固方法充分利用材料強(qiáng)度高的特點(diǎn)，加固效果顯著，且施工方便、操作性強(qiáng)，相比其他加固方法有較大優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用更加廣泛[53-54]。

在事故應(yīng)急救援處置方面，當(dāng)化工裝置發(fā)生事故后，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境極其復(fù)雜，難以獲取事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。因此，有效的感知事故現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)對(duì)科學(xué)研判事故發(fā)展趨勢(shì)，高效指揮和調(diào)度，防止次生、衍生事故發(fā)生，降低事故損失具有重要意義。當(dāng)前，我國(guó)在應(yīng)急處置中對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的研判能力還需要進(jìn)一步提高，而應(yīng)急救援處置的指揮與協(xié)調(diào)能力亟待提升[55-56]。近年來(lái)，應(yīng)急處置技術(shù)正借助新技術(shù)、新材料的優(yōu)勢(shì)向智能化、精確化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。紅外偵測(cè)與無(wú)人機(jī)集成技術(shù)已經(jīng)用于事故現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)距離非接觸偵檢；視頻智慧處理及結(jié)構(gòu)化技術(shù)正不斷促進(jìn)事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)與評(píng)估技術(shù)的升級(jí)換代；借助沉浸式虛擬演練和外部識(shí)別裝備等先進(jìn)手段，可對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)研判，預(yù)測(cè)事故發(fā)展態(tài)勢(shì)。比如，采用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)及交互式應(yīng)急推演技術(shù)、典型情景構(gòu)建技術(shù)，可建立基于云架構(gòu)的化學(xué)事故信息捕獲與動(dòng)態(tài)研判系統(tǒng)，能夠解決面向事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)融合與分發(fā)、事故動(dòng)態(tài)研判與應(yīng)急處置方案生成等技術(shù)性難題。

3 總結(jié)與展望

本質(zhì)安全化理念已深入到化工過(guò)程的全生命周期，在新材料應(yīng)用、過(guò)程強(qiáng)化、人工智能等技術(shù)進(jìn)步的帶動(dòng)下，本質(zhì)安全化技術(shù)取得了快速發(fā)展，成為化工裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障和企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力。化工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要本質(zhì)安全化工藝技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)感知與監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管控與處置等一系列保護(hù)層措施共同發(fā)揮作用。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變革，新技術(shù)、新領(lǐng)域、新業(yè)務(wù)的應(yīng)用和發(fā)展也影響著安全生產(chǎn)形勢(shì)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、人工智能等新生代技術(shù)對(duì)化工過(guò)程的本質(zhì)安全帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

(1)促進(jìn)傳統(tǒng)能源化工領(lǐng)域安全高質(zhì)量發(fā)展。傳統(tǒng)能源化工產(chǎn)業(yè)在重特大事故的遏制方面仍面臨較大壓力。針對(duì)?；飞a(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)戎攸c(diǎn)環(huán)節(jié)事故致災(zāi)機(jī)理尚缺乏系統(tǒng)深入的認(rèn)識(shí)，特別是工藝熱失控、泄漏擴(kuò)散與燃爆、環(huán)境的相互作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究，需積累不同尺度各類關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。隨著自主創(chuàng)新工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，安全保障技術(shù)創(chuàng)新和攻關(guān)的步伐亟需加快。

(2)通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升?；钒踩a(chǎn)水平。隨著國(guó)家“中國(guó)制造2025”工業(yè)計(jì)劃的實(shí)施和人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，化工企業(yè)逐步向智能工廠方向發(fā)展。當(dāng)前，需要通過(guò)新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)提升行業(yè)的安全監(jiān)管智能化水平；而未來(lái)，要以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為脈絡(luò)，將智能傳感器、測(cè)量?jī)x表和邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)全要素生產(chǎn)信息采集和參數(shù)指標(biāo)快速感知，打通種類繁多的生產(chǎn)控制及優(yōu)化系統(tǒng)，打破系統(tǒng)孤島化、信息碎片化的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)信息的高效流轉(zhuǎn)和綜合分析。

(3)構(gòu)建可虛實(shí)交互的數(shù)字孿生體。數(shù)字孿生體是在數(shù)字空間內(nèi)生成的虛擬裝置，是智能感知、過(guò)程機(jī)理、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)高度集成后的產(chǎn)物。它能通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互自適應(yīng)地調(diào)整自身，從而與物理實(shí)體在全生命周期內(nèi)保持一致，并模擬實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為。因此，以數(shù)字孿生體為基礎(chǔ)，可有效實(shí)現(xiàn)透視化的全息感知、智能化的預(yù)警分析、動(dòng)態(tài)化的運(yùn)行模擬。

(4)布局系統(tǒng)化新能源安全保障技術(shù)體系。國(guó)家提出碳達(dá)峰、碳中和的發(fā)展戰(zhàn)略，氫能是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑，綠色潔凈的氫能產(chǎn)業(yè)將會(huì)快速發(fā)展，圍繞氫氣制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等過(guò)程的氫能安全防護(hù)技術(shù)需加快研發(fā)步伐。未來(lái)，需要建立針對(duì)高壓臨氫部件和設(shè)備安全可靠性的檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)能力，確保零部件與氫的兼容性；研發(fā)基于氫致變色和微傳感器的氫氣早期泄漏感知技術(shù)，保證泄漏可感知；基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)構(gòu)建氫能安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫能全流程風(fēng)險(xiǎn)的智能感知與決策；開(kāi)發(fā)氫氣阻燃抗爆、應(yīng)急處置等全產(chǎn)業(yè)鏈安全防護(hù)技術(shù)，確保事故后果可控。此外，針對(duì)化學(xué)儲(chǔ)能、光伏發(fā)電等新能源形式，要研發(fā)安全防護(hù)、監(jiān)測(cè)預(yù)警及應(yīng)急處置等安全保障技術(shù)。