油氣儲運設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

劉曉艷，楊波，賀聯(lián)合，尹雙全

（四川省長城安全事務(wù)有限公司，四川 德陽 618000）

油氣作為一種極易揮發(fā)且燃燒點比較低的產(chǎn)品，導致油氣儲運過程中容易發(fā)生燃燒、爆炸等事故，如果出現(xiàn)事故，會引起嚴重的連鎖反應(yīng)在此次基礎(chǔ)上，做好油氣儲運設(shè)備的監(jiān)測及其管理工作，對保證油氣儲運安全發(fā)揮著重要的作用。雖然油儲企業(yè)所用監(jiān)測設(shè)備比較多，但不同生產(chǎn)單位監(jiān)測出來的數(shù)據(jù)無法及時進行挖掘及運用，使得監(jiān)測得到數(shù)據(jù)利用率不高，引發(fā)數(shù)據(jù)資源浪費的狀況。對于以上方面的問題，如何開展監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，充分挖掘具有獨特價值的信息，確保油氣儲運的安全性，成為各油氣儲運企業(yè)重點關(guān)注的問題。在線監(jiān)測系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)智能監(jiān)測分析的代表，有利于及時篩選出存在的危險問題，支持對早期危險源予以識別，便于及早給予修正處理，為企業(yè)制定合理的安全管理決策提供重要的參考。

1 油氣儲運設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理系統(tǒng)對接

1.1 傳統(tǒng)管理系統(tǒng)出現(xiàn)的問題

油氣具有易燃、易爆等特點，對其儲運過程要求比較嚴格，特別是油氣儲運設(shè)備，油氣儲運過程中必須實施加熱、加壓處理，這種情況下會導致火災(zāi)、爆炸的危險性增加。如果出現(xiàn)事故，不僅容易產(chǎn)生嚴重的經(jīng)濟損失及人員傷害，也會對整個社會產(chǎn)生不良的影響。油氣儲運階段，容易引起安全事故的因素較多，因油氣儲運設(shè)備出現(xiàn)故障引起的危害具體涉及以下方面的內(nèi)容：如所用儲運設(shè)備設(shè)計不合理、設(shè)備陳舊等問題，極易引發(fā)油氣泄露或爆炸等事故；工作人員未及時對儲運設(shè)備或電線進行檢查，使用階段引發(fā)一系列的故障，最終導致油氣儲運階段遇到摩擦起火，增加爆炸事故發(fā)生的風險；油氣實際儲運階段，由于未使用恰當?shù)姆漓o電措施，油氣在管道和設(shè)備內(nèi)進行流動因摩擦引起靜電反應(yīng)，若未及時處理，會引起火花放電，從而引起火災(zāi)爆炸事故。通過調(diào)查分析，多數(shù)油氣儲運企業(yè)雖然配備完備的檢測設(shè)備，且在監(jiān)測方面投入一定的人力、物力，但對于每日獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)如何有效處理顯得力不從心，導致無法及時由異常狀況下發(fā)現(xiàn)問題。對突然發(fā)生的閃爆或者其他突發(fā)事故難以實施有效的干預(yù)，只是被動給予事后補救處理。且由于油氣儲運企業(yè)所用傳統(tǒng)管理系統(tǒng)遵循較多的標準，包含：國家標準、行業(yè)標準、技術(shù)指南等，涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)問題，其實用性并未達到油氣儲運設(shè)備日常管理標準。數(shù)量龐大、繁多的指標體系難以統(tǒng)一到企業(yè)日常生產(chǎn)中，使得企業(yè)在油氣儲運監(jiān)測管理上施展不開，管理效率偏低。中國油氣儲運單位長期積累過程中無法形成一套標準的管理體系，導致企業(yè)管理實踐效率低下。在傳統(tǒng)管理系統(tǒng)尤其是中小規(guī)模的儲運單元，對檢測信息難以實施恰當?shù)奶幚恚瑢е略S多具有獨特價值的信息極易忽視。當油氣儲運設(shè)備出現(xiàn)事故，企業(yè)掌握相關(guān)情況后安排工作人員入場實施查驗，隨之，報告給主要領(lǐng)導使用恰當?shù)膶Σ?，這段寶貴的救援時間會浪費在檢查、嘗試解決對策等環(huán)節(jié)。如果在事故發(fā)生前采用的措施比較恰當，可以有效防止事故發(fā)生，但如果采用處理方式不當，尤其是監(jiān)測指標之間發(fā)生聯(lián)動，所實施的應(yīng)急預(yù)案需要考慮綜合方面的影響，需要制定全面的組合預(yù)案進行處理，避免事故愈演愈烈。

1.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理系統(tǒng)的對接

企業(yè)開展任何一項活動均要根據(jù)企業(yè)的標準體系實施，在對系統(tǒng)進行設(shè)計開發(fā)階段，需要結(jié)合企業(yè)技術(shù)、管理等工作人員的意見，把上述規(guī)范性文件、標準體系逐步細化，重組成達到企業(yè)實際要求的管理預(yù)案。參考歐美等國家標準手冊制定經(jīng)驗，自上而下開展討論，企業(yè)全員紛紛參與其中貢獻計策，必要狀況下詢問專家的意見，融合企業(yè)內(nèi)部工作者的經(jīng)驗及其智慧，保證所設(shè)計系統(tǒng)滿足企業(yè)生產(chǎn)管理及其業(yè)務(wù)需求。在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅要對監(jiān)測的數(shù)據(jù)實施處理，也支持把監(jiān)測數(shù)據(jù)實施分類定級，促使其與企業(yè)已有管理預(yù)案相銜接，依據(jù)數(shù)據(jù)反映危險情況，有效扼殺潛在的風險因素，確保能夠在事故發(fā)生初期消滅危險因素，進而彌補傳統(tǒng)管理系統(tǒng)存在的問題。此外，所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時得到準確、持續(xù)性的信息，展現(xiàn)出良好的實用性，有利于及早發(fā)現(xiàn)危險源，通過恰當?shù)膶Σ哌M行修正處理，維護工作人員及其資源的安全，保證油氣儲運工作順利展開。在線監(jiān)測系統(tǒng)選取靜態(tài)固定儲罐作為對象，每一個監(jiān)測指標對應(yīng)多個分級配套預(yù)案，遵循油氣儲運企業(yè)已有標準體系、規(guī)范文件等開展設(shè)計。系統(tǒng)實際用于生產(chǎn)作業(yè)內(nèi)必須進一步細化各項操作步驟，即：以上標準難以直接用到實際工作中。如：溫度指標，當油氣儲運設(shè)備的溫度喪失控制，傳統(tǒng)管理系統(tǒng)各項注意事項分散到不同的規(guī)范文件中，若發(fā)現(xiàn)問題不利于快速找出可供參考的規(guī)范進行處理，導致實際應(yīng)用效率不高。所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合企業(yè)工作者的經(jīng)驗及各項標準體系文件，逐步細化企業(yè)繁雜的標準體系，有利于企業(yè)主管人員或者責任人員在出現(xiàn)問題后及時給予處理，避免產(chǎn)生更大的事故。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計思想

系統(tǒng)規(guī)劃作為在線監(jiān)測系統(tǒng)形成初期，企業(yè)高層重視開展相關(guān)工作，自上而下進行合理的規(guī)劃，確保所設(shè)計系統(tǒng)整體性有良好的規(guī)劃。從實際層面分析，設(shè)計的系統(tǒng)要方便油氣儲運設(shè)備監(jiān)測工作順利展開。深入分析油氣儲運設(shè)備監(jiān)測工作發(fā)現(xiàn)，明確一些影響油氣儲運設(shè)備安全的各項因素，如腐蝕程度定性指標，這些指標無法根據(jù)監(jiān)測設(shè)備進行定量分析，進而確定系統(tǒng)的實際需求。對在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計時，必須將定性指標所用監(jiān)測方式考慮在內(nèi)，例如：視頻監(jiān)控。有些指標是開展監(jiān)測工作的關(guān)鍵性指標，可以進行定量監(jiān)測，如溫度、液位，確定系統(tǒng)必須增設(shè)哪些關(guān)鍵指標開展監(jiān)測，了解數(shù)據(jù)采集、保存等過程。系統(tǒng)分析旨在明確系統(tǒng)“做什么”問題，對系統(tǒng)進行初步調(diào)查及其可行性分析之后，明確所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)是否可行，特別是我國大型的儲運監(jiān)測系統(tǒng)投資較大、成本偏高，系統(tǒng)投入大量的人力和財力，難以高效率處理海量數(shù)據(jù)，安全管理方面也問題重重。從可行性方面來說，包括技術(shù)、經(jīng)濟等可行性研究。由技術(shù)層面來說，國內(nèi)外油氣儲運企業(yè)的技術(shù)及其通信網(wǎng)絡(luò)平臺更加完善，計算機軟件、網(wǎng)絡(luò)更加成熟。從管理方面分析，為提升管理效率，設(shè)計合理的在線監(jiān)測系統(tǒng)有利于提升油氣儲運企業(yè)管理水平，確保油氣儲運工作安全進行。由經(jīng)濟視角分析，所設(shè)計的系統(tǒng)局部優(yōu)化日益完善，且投資成本較小。

3 系統(tǒng)設(shè)計原則

油氣儲運設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計時，先要明確系統(tǒng)設(shè)計目標及其功能要求，從技術(shù)、經(jīng)濟方面分析其可行性，隨之，設(shè)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能模塊。系統(tǒng)設(shè)計遵循原則如下：可靠性，所設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)要求性能穩(wěn)定，安全可靠，能夠在惡劣的條件下長時間工作；經(jīng)濟性，在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時要求經(jīng)濟合理，性價比高；通用性，對在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計時，要將其應(yīng)用對象共性考慮在內(nèi)，確保系統(tǒng)擁有較強的通用性，能夠在油庫推廣使用；操作維護方便；系統(tǒng)軟件設(shè)計時，要求配置友好的人機互動界面，從硬件方面來說，則應(yīng)便于檢修、維護；兼容性，在線監(jiān)測系統(tǒng)支持不同類型的傳感器，從而獲得多種的參數(shù)信息。

4 系統(tǒng)各模塊設(shè)計

在線監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化思想開展設(shè)計，自登錄界面開始，創(chuàng)建合理的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計功能模塊界面，每個模塊均細化至下層子模塊，把復雜目標分解成多個便于維護、操作的子模塊，為油氣儲運設(shè)備使用中在線監(jiān)測工作提供設(shè)計思路。油氣儲運設(shè)備在線監(jiān)測管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structure diagram of online monitoring system

4.1 登錄管理界面設(shè)計

在線監(jiān)測系統(tǒng)配置的登錄界面簡單易懂，主要功能是有效管控系統(tǒng)登錄人員。登錄界面包含賬號、密碼，用戶登入時應(yīng)選擇登錄人員的身份，例如：管理員、游客，管理員作為企業(yè)的負責人，游客則是企業(yè)的員工。用戶選擇相應(yīng)的身份后，輸入正確的賬號及密碼方可順利進入系統(tǒng)。先要對用戶輸入的信息展開初步驗證，判定輸入的信息是否正確。如果無效，提醒用戶賬號或者密碼錯誤，跳出“輸入信息有誤”的提示。如果輸入正確的信息，支持用戶調(diào)用數(shù)據(jù)庫，查看輸入數(shù)據(jù)是否與數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的信息相符，如果符合，則成功調(diào)轉(zhuǎn)至登錄成功界面。

4.2 人員管理模塊

根據(jù)油氣儲運企業(yè)組織機構(gòu)設(shè)計狀況，所有與監(jiān)測對象有關(guān)部門均納入人員管理方面。先創(chuàng)建人員管理數(shù)據(jù)庫，把各個部門主管工作人員設(shè)置成緊急聯(lián)絡(luò)人，當發(fā)現(xiàn)監(jiān)測的信息存在異常狀況，通過數(shù)據(jù)庫快速發(fā)出監(jiān)測報告讓有關(guān)負責人及時閱讀，做好預(yù)案部署及其執(zhí)行工作。后續(xù)管理人員可通過點擊創(chuàng)建新聯(lián)系人，直接添加一系列的信息，通過添加Outlook或利用電子郵件收集各項數(shù)據(jù)，操作完成后點擊關(guān)閉按鈕。管理員管理數(shù)據(jù)時，要把每一部分的負責人當做緊急聯(lián)系人，如果出現(xiàn)預(yù)警信息，要及時告知相關(guān)負責人。

4.3 設(shè)備管理功能

因油氣儲罐的分類不同，其規(guī)格有一定的差別，對油氣儲運設(shè)備開展管理階段，儲罐主要分成固定、浮頂儲罐。先要創(chuàng)建設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫，企業(yè)擁有的監(jiān)測對象所有信息均輸送到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，包括設(shè)備名稱、購買時間。此外，支持新增加儲罐，用鼠標單擊新增設(shè)備這一選項，點擊設(shè)備管理庫，完成新增設(shè)備的添加、修改、刪減等操作。設(shè)備管理過程中支持對信息進行維護。用戶通過鼠標對資產(chǎn)管理選項進行操作，可以及時增加、查詢資產(chǎn)狀況。

4.4 數(shù)據(jù)管理功能

油氣儲運部門使用的監(jiān)測設(shè)備將各項信息上傳到監(jiān)控平臺，管理者依據(jù)監(jiān)測對象將數(shù)據(jù)導出為excel形式保存起來。例如：油罐1在2020年5月11日-5月12日監(jiān)測信息如表1所示。由系統(tǒng)監(jiān)測獲取的信息導出到excel表格，隨之，上傳至監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)。日常工作時依據(jù)儲罐編號存儲每天得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，每天監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)也可追加至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。為準確開展分類，根據(jù)單指標展開PNN自動分類，儲罐1相應(yīng)的監(jiān)測指標主要劃分溫度、介質(zhì)濃度等數(shù)據(jù)庫，每一個數(shù)據(jù)庫根據(jù)監(jiān)測對象（儲罐1、儲罐2……）分組根據(jù)時間順序完成保存。

表1 儲罐1某段時間監(jiān)測數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring data of tank 1 in a certain period of time

4.5 指標管理

由于儲罐具有較多的分類，根據(jù)其位置劃分，包含半地下、海底儲罐、地上儲罐、海上儲罐等；依據(jù)油品劃分，包含原油、潤滑油罐等；依據(jù)形式劃分成球形、立式等；從溫度方面劃分，包含高、低、常溫儲罐。由于儲罐的屬性存在差異，會在一定程度上影響監(jiān)測指標選取。以靜態(tài)儲罐為依據(jù)，暫時選取溫度、液位、壓力以及介質(zhì)濃度這4個指標，如果上述因素出現(xiàn)問題，直接影響油氣儲運設(shè)備正常工作。在線監(jiān)測系統(tǒng)實際運行中會對油氣儲運設(shè)備進行監(jiān)控，從而獲取一系列的數(shù)據(jù)信息。設(shè)計恰當?shù)脑诰€監(jiān)測系統(tǒng)能對上述指標進行監(jiān)測，若溫度指標出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警提示信息，便于工作人員及時開展恰當?shù)奶幚怼?/p>

4.6 預(yù)案數(shù)據(jù)庫

本研究所用預(yù)案來源于油氣儲運企業(yè)所用的技術(shù)指導手冊，但并不是照搬手冊相關(guān)內(nèi)容，對在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計與開發(fā)過程中，通過企業(yè)技術(shù)人員、工作人員制定與系統(tǒng)相關(guān)的監(jiān)測指標，并對企業(yè)標準體系進行重塑修訂處理，變更成行之有效的措施，預(yù)案數(shù)據(jù)庫設(shè)計的界面如圖2所示。根據(jù)監(jiān)測設(shè)備對話框選取儲罐1，自相關(guān)指標對話框中選定溫度這一指標。用鼠標點擊第三類，能夠及時調(diào)用異常溫度狀態(tài)下的三級預(yù)案。所選預(yù)案會根據(jù)具體情況進行分析，可以開展“增加/修改預(yù)案”操作，隨后，將“word 版報告”導出，可采用郵件方法發(fā)送至有關(guān)負責人閱覽。

圖2 預(yù)案數(shù)據(jù)庫管理界面Fig.2 Management interface of plan database

5 結(jié)語

總之，在線監(jiān)測系統(tǒng)用于油氣儲運企業(yè)實際工作中，有利于降低油氣儲運過程中安全事故發(fā)生率，及時扼殺潛在的危險。因此，設(shè)計一款支持油氣儲運設(shè)備實際監(jiān)測的在線監(jiān)測系統(tǒng)。對系統(tǒng)進行設(shè)計前，先分析傳統(tǒng)管理系統(tǒng)面臨的問題，然后研究系統(tǒng)設(shè)計思想及原則。對油氣儲運設(shè)備各項指標實施檢測，完成數(shù)據(jù)存儲工作，支持對數(shù)據(jù)展開篩選和分析，便于及時發(fā)現(xiàn)油氣儲運設(shè)備存在的問題，確保其安全的運行。