工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)中的應(yīng)用與展望

楊 哲

(1.中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266104 2.應(yīng)急管理部化學(xué)品登記中心，山東青島 266104)

0 前言

危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)過程具有高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易腐蝕、生產(chǎn)連續(xù)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及經(jīng)營等過程中若控制不當(dāng)或管理不善，很容易引起火災(zāi)爆炸和有毒物質(zhì)泄漏事故。隨著我國化學(xué)品生產(chǎn)總量不斷增長，危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)朝著多樣化、復(fù)雜化、精細(xì)化的方向發(fā)展，對危險(xiǎn)化學(xué)品安全監(jiān)管提出了更高的要求。在由化工大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要時(shí)期，安全環(huán)保已成為行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心競爭力，堅(jiān)持統(tǒng)籌發(fā)展與安全，是實(shí)現(xiàn)?；奉I(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的必然之路。為有效防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)，遏制事故多發(fā)勢頭，應(yīng)充分利用科技和信息化手段，全面提升安全發(fā)展水平，推動(dòng)安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是融合新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)的新興業(yè)態(tài)，已經(jīng)成為加速產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵引擎。目前，全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)市場持續(xù)呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在先進(jìn)制造業(yè)行業(yè)已有較為成熟的應(yīng)用，例如美國通用電器在2013年構(gòu)建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品Predix平臺(tái)，主要包括資產(chǎn)安全監(jiān)控、工業(yè)數(shù)據(jù)管理、工業(yè)數(shù)據(jù)分析、云技術(shù)應(yīng)用和移動(dòng)性的四大核心業(yè)務(wù)功能；西門子推出開放式物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)MindSphere，將傳感器、控制器及各種信息系統(tǒng)收集的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫?，并在云端為企業(yè)提供數(shù)據(jù)分析、工業(yè)APP開發(fā)以及其他工業(yè)相關(guān)應(yīng)用服務(wù)，以提高工廠生產(chǎn)效率。國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于從概念到實(shí)踐的過渡階段，并結(jié)合我國國情出臺(tái)了諸多推動(dòng)政策和實(shí)施方案，華為FusionPlant平臺(tái)、阿里SupET平臺(tái)、海爾COSMOPlat平臺(tái)等具有一定行業(yè)影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)正不斷涌現(xiàn)。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在?；钒踩I(lǐng)域應(yīng)用分析

2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在危化品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

?；返纳a(chǎn)過程多具有流程工業(yè)的典型特點(diǎn)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。目前，國外大型煉化公司已著手開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建，例如殼牌聯(lián)合微軟開發(fā)了Smart Connect物聯(lián)網(wǎng)解決方案，通過從煉化企業(yè)等現(xiàn)場的傳感器收集設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算模型來預(yù)測設(shè)備的維護(hù)時(shí)間；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)?；奉I(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的應(yīng)用過程中，以安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警為切入點(diǎn)，按工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)建立了全國危險(xiǎn)化學(xué)品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并在應(yīng)急管理部、省、市、縣等各監(jiān)管層級(jí)及企業(yè)得以實(shí)施應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了全國?；繁O(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)在線聯(lián)網(wǎng)、風(fēng)險(xiǎn)研判、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能。

2.2 “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”為?；奉I(lǐng)域安全發(fā)展提供科學(xué)指引

2020年工信部、應(yīng)急部聯(lián)合發(fā)布《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動(dòng)計(jì)劃(2021—2023年)》，將通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)中的融合應(yīng)用，在安全生產(chǎn)的感知、監(jiān)測、預(yù)警、處置和評估等多方面賦能危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)域，主要包括以下方面：

a) 提高工藝參數(shù)的調(diào)控能力，確保生產(chǎn)工藝運(yùn)行平穩(wěn)。

b) 建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控體系，確?，F(xiàn)場裝備健康可靠。

c) 減少依靠人工、經(jīng)驗(yàn)等的操作程序，確保現(xiàn)場管理的合規(guī)精細(xì)。

d) 挖掘數(shù)據(jù)間的關(guān)系，打破數(shù)據(jù)孤島，確?，F(xiàn)場應(yīng)急處置的科學(xué)決策。

利用“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)全過程、全鏈條的態(tài)勢感知，增強(qiáng)企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)防控能力，提高政府監(jiān)察的精準(zhǔn)性、有效性，有力提升科學(xué)預(yù)防、過程管控、綜合治理和精準(zhǔn)治理水平。

2.3 “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”提升企業(yè)本質(zhì)安全水平的技術(shù)支撐

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動(dòng)計(jì)劃提出的“數(shù)據(jù)+模型+平臺(tái)”架構(gòu)為?；菲髽I(yè)的安全生產(chǎn)提供了新技術(shù)體系和管理模式。本質(zhì)安全基于安全保護(hù)層理念，以風(fēng)險(xiǎn)防控為核心，涵蓋工藝設(shè)計(jì)與操作、設(shè)備長周期運(yùn)行、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控及現(xiàn)場安全管理等石化生產(chǎn)全生命周期，可實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的全面可控。

a) 在工藝安全方面開發(fā)工藝平穩(wěn)性關(guān)鍵技術(shù)，以提升裝置自控和平穩(wěn)水平操作為目標(biāo)，將異常工況識(shí)別預(yù)警、基于風(fēng)險(xiǎn)的工藝報(bào)警評估及優(yōu)化、控制回路性能評估及優(yōu)化、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)定級(jí)與驗(yàn)證可靠性評估等技術(shù)融為一體，形成工藝平穩(wěn)性一體化技術(shù)平臺(tái)，以工藝事故發(fā)展規(guī)律為主線，實(shí)現(xiàn)異常預(yù)警、報(bào)警與處置優(yōu)化和安全自控提升聯(lián)鎖，降低工藝運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提升裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行水平。

b) 在設(shè)備管理方面開發(fā)設(shè)備完整性關(guān)鍵技術(shù)，涵蓋基于風(fēng)險(xiǎn)的腐蝕在線監(jiān)檢測、基于聲學(xué)的設(shè)備缺陷損傷在線識(shí)別與開裂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、大機(jī)組故障模式自動(dòng)識(shí)別、漸變性大機(jī)組故障早期預(yù)警、突發(fā)性葉片斷裂故障預(yù)警等技術(shù)，將數(shù)據(jù)模型與機(jī)理模型相融合，通過工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的協(xié)同分析，實(shí)現(xiàn)塔、罐、管線等靜設(shè)備的長周期安全運(yùn)行，以及機(jī)組等動(dòng)設(shè)備典型故障的異常預(yù)警和多維診斷。

c) 通過構(gòu)建裝置風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別評估與量化知識(shí)算法體系，開發(fā)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)量化模型算法、專業(yè)計(jì)算工具與智能管控專家平臺(tái)，形成設(shè)備設(shè)施裝置安全可靠性數(shù)據(jù)庫、行業(yè)事故案例數(shù)據(jù)庫等，構(gòu)建裝置系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)量化與智能管控專家平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)覆蓋儲(chǔ)罐區(qū)和生產(chǎn)裝置等重大危險(xiǎn)源的工藝、設(shè)備、泄漏、風(fēng)險(xiǎn)、直接作業(yè)環(huán)節(jié)等多因素的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與量化。在此基礎(chǔ)上，依托安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工藝、設(shè)備、泄漏等全要素安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)表征與分級(jí)預(yù)警，以數(shù)字化手段幫助企業(yè)管理人員實(shí)時(shí)掌控重大危險(xiǎn)源運(yùn)行狀態(tài)和企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)。

d) 建立風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控與隱患排查治理的雙重預(yù)防機(jī)制，確保安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控與隱患排查治理機(jī)制“線上線下”的有機(jī)結(jié)合、有效實(shí)施，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員不安全行為和設(shè)備設(shè)施不安全狀態(tài)的管控。在企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)分析評估的基礎(chǔ)上，針對高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)施和特殊作業(yè)活動(dòng)，增加企業(yè)安全管理相關(guān)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，建立企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隱患監(jiān)測預(yù)警的數(shù)字化工具，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控與隱患排查的閉環(huán)管理，強(qiáng)化企業(yè)安全管理的有效性。

3 推進(jìn)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動(dòng)計(jì)劃在危化品領(lǐng)域落地的對策建議

3.1 完善“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的法規(guī)體系

針對?；奉I(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)缺乏的問題，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，加強(qiáng)布局研究，圍繞工業(yè)安全數(shù)據(jù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)安全等設(shè)計(jì)法律法規(guī)，圍繞應(yīng)用技術(shù)門檻、數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，協(xié)調(diào)相關(guān)部委和管理部門，確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)同規(guī)劃、同部署、同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貫標(biāo)，形成“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”的國家、行業(yè)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 打造支撐“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的創(chuàng)新能力

a) 圍繞風(fēng)險(xiǎn)快速感知，加快MEMS芯片設(shè)計(jì)、微納傳感材料、智能傳感器件、異常工況感知、關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等需求，開發(fā)低成本傳感和測量儀器，全面支撐人員、設(shè)備、生產(chǎn)、倉儲(chǔ)、物流、環(huán)境等多方面的感知需求。

b) 圍繞風(fēng)險(xiǎn)超前預(yù)警，重點(diǎn)針對負(fù)荷調(diào)整、異常處置等典型操作，開發(fā)智能操作導(dǎo)航技術(shù)；選擇典型裝置和代表性工藝，開發(fā)裝置動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)和過程控制系統(tǒng)高效運(yùn)行一體化技術(shù)，開發(fā)高危工藝裝置安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測、智能預(yù)警和超前預(yù)警。

c) 圍繞應(yīng)急處置，完善行業(yè)典型事故案例庫、應(yīng)急演練場景庫、應(yīng)急處置預(yù)案庫，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展基于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或數(shù)字孿生技術(shù)的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)仿真、應(yīng)急演練和隱患排查，推動(dòng)應(yīng)急處置向事前預(yù)防轉(zhuǎn)變。

d) 圍繞風(fēng)險(xiǎn)評估，建立縱向貫穿企業(yè)、省市區(qū)縣以及全國安全風(fēng)險(xiǎn)的量化評價(jià)方法，以及橫向貫穿生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、經(jīng)營、使用、廢棄等環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)化學(xué)品行業(yè)全生命周期風(fēng)險(xiǎn)評估模型，依托風(fēng)險(xiǎn)感知、數(shù)據(jù)傳輸以及云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評估機(jī)制。

3.3 建設(shè)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的示范工程

制定危化品行業(yè)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”示范工程計(jì)劃，重點(diǎn)完成安全智能工廠的建設(shè)工作。持續(xù)推進(jìn)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”智能傳感采集裝備、關(guān)鍵機(jī)理模型和算法、核心場景應(yīng)用等技術(shù)研發(fā)，按照裝置層、企業(yè)層、園區(qū)層、政府層構(gòu)建“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；踩a(chǎn)”整體解決方案并示范應(yīng)用，提升行業(yè)企業(yè)本質(zhì)安全化水平，引領(lǐng)石油化工行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，不斷提升石油化工和?；瘜W(xué)品安全領(lǐng)域的核心競爭力和科技影響力。

力爭在1～3年內(nèi)，以催化裂化、加氫等典型裝置為切入點(diǎn)，將數(shù)字孿生技術(shù)深度融入裝置的安全生產(chǎn)管理，推進(jìn)裝置智能化安全綠色運(yùn)行技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)智能工廠從“廠級(jí)”到“裝置級(jí)”的突破，為裝置層面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有效抓手，系統(tǒng)提升催化裂化、加氫等生產(chǎn)裝置的風(fēng)險(xiǎn)感知、監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評估以及應(yīng)急處置能力，圍繞工藝過程異常工況診斷、動(dòng)靜設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、工藝過程分析、泄漏管理以及安全環(huán)保一體化管控等形成系統(tǒng)的智能化提升方案，在3家以上的生產(chǎn)企業(yè)完成示范工程建設(shè)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)行業(yè)的覆蓋式推廣。

3.4 搭建“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的研發(fā)平臺(tái)

廣泛吸納國內(nèi)外先進(jìn)創(chuàng)新力量，創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制，在依托現(xiàn)有的化學(xué)品安全控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等試驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，嘗試建立圍繞“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”這一交叉學(xué)科的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程中心、創(chuàng)新中心、產(chǎn)業(yè)孵化器以及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等平臺(tái)，為后續(xù)工作創(chuàng)建長效機(jī)制。同時(shí)開發(fā)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的仿真培訓(xùn)考試系統(tǒng)，加快企業(yè)內(nèi)外專業(yè)人才培養(yǎng)力度；加強(qiáng)危化品行業(yè)安全生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，逐步解決行業(yè)安全生產(chǎn)復(fù)合型人才緊缺的問題。

3.5 培育“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的公共服務(wù)和產(chǎn)業(yè)孵化基地

建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制，構(gòu)建企業(yè)級(jí)和行業(yè)級(jí)安全大數(shù)據(jù)中心，對重點(diǎn)危化品企業(yè)的貯存設(shè)施、生產(chǎn)裝置、關(guān)鍵設(shè)備等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域安全生產(chǎn)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)安全生產(chǎn)全過程、全要素、全產(chǎn)業(yè)鏈的連接與管理；創(chuàng)新數(shù)據(jù)共享機(jī)制，深度融合大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，建成行業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與公共服務(wù)平臺(tái)，提升行業(yè)內(nèi)跨部門、跨層級(jí)的安全生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控能力；發(fā)展新產(chǎn)業(yè)模式，依托數(shù)字孿生模擬裝置，開發(fā)重點(diǎn)裝置安全生產(chǎn)評估模型與工具集，實(shí)現(xiàn)對安全生產(chǎn)處置措施、安全事故調(diào)查、安全隱患排查等需求的遠(yuǎn)程診斷與專家支持服務(wù)；依靠自主創(chuàng)新，圍繞MEMS芯片設(shè)計(jì)、智能傳感器制造、泄漏擴(kuò)散模擬軟件、大數(shù)據(jù)挖掘算法等領(lǐng)域，突破卡脖子技術(shù)，提高?；沸袠I(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的國際競爭力；圍繞智能化管控應(yīng)用，開展?；沸袠I(yè)安全管理經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的軟件化沉淀，加快安全儀表等自控專業(yè)軟硬件開發(fā)，不斷推出工藝優(yōu)化、預(yù)防維修、智能巡檢、個(gè)體防護(hù)等方面的智能APP和解決方案，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)管理水平的持續(xù)提升。

4 結(jié)語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的新動(dòng)力，也是我國工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新引擎。我國?；芬?guī)模大、涉及面廣、全生命周期鏈條長，蓬勃發(fā)展的背后是安全生產(chǎn)管控的巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，?；奉I(lǐng)域具有較為完善的工業(yè)基礎(chǔ)，已經(jīng)成了規(guī)模可觀的完整工業(yè)體系，工業(yè)設(shè)備和工業(yè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)備龐大，具有發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)條件和優(yōu)勢。當(dāng)前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已進(jìn)入“快速落地期”，應(yīng)當(dāng)牢牢抓住“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動(dòng)計(jì)劃的機(jī)遇，從法規(guī)體系保障、支撐技術(shù)創(chuàng)新、示范工程建設(shè)、研發(fā)平臺(tái)搭建、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)提升、人才培養(yǎng)等方面,積極開展“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；钒踩a(chǎn)”的核心能力培育和推廣基礎(chǔ)建設(shè)，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能?；钒踩a(chǎn)落地見效，有力提升科學(xué)預(yù)防、過程管控、綜合治理和精準(zhǔn)治理水平。