智慧型工廠的管理系統(tǒng)

馬立民

(內蒙古伊東集團東興化工有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012314)

隨著國家經(jīng)濟不斷發(fā)展，以人為本安全第一的價值理念被越來越重視；各行各業(yè)都在向智能化自動化發(fā)展，以實現(xiàn)化工企業(yè)安全生產全要素數(shù)字化管理為目標，構建一整套圍繞安全和智慧化于一體的安全生產信息化管理平臺，切實全面提升企業(yè)安全生產管理水平顯得尤為重要和迫切。

內蒙古伊東集團東興化工有限責任公司(以下簡稱“內蒙古伊東”)為了進一步提升這方面管理水平，利用“4·24”事故后的企業(yè)升級改造契機，進行了智慧型化工廠管理的投入與開展。

1 內蒙古伊東升級改造工作

1.1 內蒙古伊東的基本情況

東興化工是內蒙古伊東集團的全資子公司，主要生產裝置規(guī)模為60萬t/a電石、32萬t/a燒堿、30萬t/a聚氯乙烯、10萬t/a糊樹脂、3萬t/a三氯乙烯、100萬t/a水泥(與唐山冀東水泥合作)及其配套的公用工程系統(tǒng)，項目于2011年4月開工建設，2012年8月至2013年12月上述生產裝置陸續(xù)投產。

1.2 主要生產裝置及管理系統(tǒng)配備情況

電石裝置采用8臺40.5 MV·A密閉電石爐。乙炔發(fā)生裝置采用干法乙炔工藝技術，配套100萬t/a干法水泥。燒堿電解裝置采用日本旭化成公司技術，單臺產能3.2萬t/a。燒堿蒸發(fā)及固堿裝置采用瑞士博特的工藝及其設備。通用型聚氯乙烯裝置采用8臺106 m3聚合釜，配備尼魯公司的流化床干燥系統(tǒng)。糊狀樹脂裝置是引進法國阿科瑪技術，采用3臺30 m3的種子聚合釜和3臺100 m3的成品聚合釜，配備噴霧干燥技術。三氯乙烯裝置采用氣相催化脫氯化氫工藝技術，實現(xiàn)清潔生產。全廠供熱采用3臺100 t流化床鍋爐。污水分級處理分級復用系統(tǒng)：專項處理(廢次氯酸鈉處理、PVC離心母液處理、含汞廢水處理、糊狀樹脂廢水處理)→綜合處理→ 中水處理→零排放處理(實現(xiàn)分鹽和廢水回用生產)。配備DCS/GDS/MES/ESD等操作、安全監(jiān)控、生產指揮等系統(tǒng)。

1.3 東興化工“4·24”事故后的升級改造

(1)增加了干法乙炔細電石的倒料系統(tǒng)——解決了設備利用率低和系統(tǒng)大幅度降量的問題。

(2)取消了VCM氣柜并對壓縮機系統(tǒng)進行改造——取消雙節(jié)氣柜，又因氯乙烯定性為極毒物質不宜采用濕式氣柜的方式調節(jié)系統(tǒng)壓力，通過公司調研、分析、評估及與設計部門共同對該系統(tǒng)進行了改造，運行平穩(wěn)。

(3)精餾尾氣處理裝置增大到4 000 m2/h，確保尾氣排放達到優(yōu)于國家標準。

(4)增加了二氯乙烷高沸物的提純裝置，減少精餾高沸物(危廢)的處理量。

(5)增加了副產鹽酸深解吸裝置——解決副產鹽酸夾帶的微量汞進入下游企業(yè)，解吸回用的氯化氫再次進入轉化系統(tǒng)，富余燒堿合成氯化氫制成高純鹽酸銷售，減少汞污染。

(6)氯氣三級玻璃鋼干燥塔改為一級鋼襯聚四氟乙烯的復合式的干燥塔——減少了設備數(shù)量，工藝流程簡潔易操作。

(7)固堿熔鹽燃煤加熱器改為燃燒電石爐氣的燃燒系統(tǒng)——解決了爐溫不好控制，影響片堿產量和質量，改為燃氣后解決了上述問題，并實現(xiàn)了清潔生產與能源的充分利用。

(8)三氯乙烯液氯汽化器由列管式改為套管式——淘汰列管式的汽化器，改用先進的套管式汽化器，確保液氯及三氯化氮完全汽化，穩(wěn)定生產。

(9)地下污水管線提升至管廊上進行可視化管理——防止污水管網(wǎng)泄漏污染地下水。

(10)新增8套SIS(安全儀表系統(tǒng))——防范DCS及人員的誤操作等出現(xiàn)生產事故，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測計算機自動執(zhí)行聯(lián)鎖停車功能。

(11)現(xiàn)場控制室集中搬遷至非生產區(qū)集中控制——根據(jù)國家三年整治要求，進行集中搬遷，同時便于管理人員的溝通與協(xié)調。

(12)智慧型化工廠管理系統(tǒng)——先進的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)應急救援、重點部位監(jiān)控、人員行為規(guī)范管理等，達到巡檢記錄數(shù)據(jù)真實可靠、及時發(fā)現(xiàn)和預警問題的目的。

2 智慧型化工廠的設計總體框架

智慧型化工廠管理系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。該智慧型管理系統(tǒng)按照“四個層級”和“兩大體系”架構開發(fā)建設。4個層級：基礎設施層、數(shù)據(jù)支撐層、應用服務層和綜合展現(xiàn)層。兩大體系：安全運維保障體系和數(shù)據(jù)標準規(guī)范體系。

圖1 智慧型化工廠管理系統(tǒng)總體框架圖

2.1 基礎設施層

基礎設施層主要包括數(shù)據(jù)采集設備、網(wǎng)絡傳輸設備、系統(tǒng)安全設備、云平臺、機房和監(jiān)控指揮場所等。監(jiān)控指揮場所必須確保相應的網(wǎng)絡、電力、安全保障。

2.2 數(shù)據(jù)支撐層

數(shù)據(jù)支撐層是數(shù)據(jù)庫建設的重要載體。數(shù)據(jù)庫的設計、數(shù)據(jù)采集、抽取、轉換、加載、交換、共享等過程都嚴格遵循國家對安全生產相關業(yè)務體系的標準規(guī)范。

化工企業(yè)數(shù)據(jù)庫內容主要來源于生產經(jīng)營和業(yè)務管理過程中的數(shù)據(jù)，采集信息主要包括：企業(yè)基礎信息、風險分級管控信息、行政許可信息、安全生產標準化信息、隱患排查治理信息、人員資格與教育培訓信息、重大危險源在線監(jiān)測預警信息、危險化工工藝安全參數(shù)監(jiān)測預警信息、特種設備信息、人員在崗在位信息、應急管理信息、事故管理信息、動火等特殊作業(yè)信息和企業(yè)地理信息等。

2.3 應用服務層

應用服務層是化工企業(yè)安全生產管理的各類應用系統(tǒng)，主要包括重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)、企業(yè)安全風險分區(qū)管理系統(tǒng)、生產人員在崗在位管理系統(tǒng)和企業(yè)生產全流程管理系統(tǒng)。亦可根據(jù)各地及企業(yè)的具體要求靈活變動實現(xiàn)個性化要求。

2.4 綜合展現(xiàn)層

通過 PC 端、大屏顯示、移動終端等多種設備，綜合展現(xiàn)企業(yè)安全生產狀況、應急管理狀況和企業(yè)管理應用，實現(xiàn)服務與應用的便捷訪問和可視化展現(xiàn)。

3 系統(tǒng)部署方式

智慧型化工廠管理系統(tǒng)部署圖如圖2所示。

圖2 智慧型化工廠管理系統(tǒng)部署圖

3.1 企業(yè)內部部署

數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器，采用獨立部署方式，可實現(xiàn)應用數(shù)據(jù)的實時或定時備份。

3.2 云部署

化工企業(yè)可租賃云服務器提供商的主機和數(shù)據(jù)庫資源。

3.3 網(wǎng)絡拓撲

智慧型化工廠管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖見圖3。

圖3 智慧型化工廠管理系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

4 目前內蒙古伊東實施的基本內容

4.1 重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)

主要用于監(jiān)測化工企業(yè)構成重大危險源的危險化學品儲存設施及生產裝置實時數(shù)據(jù)和預警、可燃有毒氣體數(shù)據(jù)及預警、危險化工工藝安全參數(shù)監(jiān)測預警、監(jiān)控視頻等信息。

4.1.1 系統(tǒng)架構

重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)架構圖如圖4所示。

圖4 重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)架構圖

重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、企業(yè)生產控制系統(tǒng)以及工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡等組成，通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)重大危險源實時監(jiān)測和預警功能，同時配備系統(tǒng)安全防護設備。

4.1.2 系統(tǒng)建設功能

4.1.2.1 實時數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對可燃及有毒有害氣體、危險化學品儲罐及重點監(jiān)管危險化學工藝的溫度、壓力、液位、聯(lián)鎖投切信號等工藝參數(shù)的實時數(shù)據(jù)及報警信息的采集，且系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)具有巡檢功能。

4.1.2.2 非實時數(shù)據(jù)采集

包括化工企業(yè)基本信息，重大危險源儲罐及裝置信息(包括工藝指標限值)、物料詳細信息，重大危險源監(jiān)測預警系統(tǒng)的前端軟/硬件有關數(shù)據(jù)，含各種 I/O 口數(shù)據(jù)，化學品安全說明書(SDS)、應急管理數(shù)據(jù)等。

4.1.2.3 視頻采集

系統(tǒng)通過直接接入、集成視頻管理系統(tǒng)等方式實時獲取企業(yè)重大危險源區(qū)域、重點監(jiān)管的危險化工工藝崗位的視頻監(jiān)控信息。

4.1.2.4 監(jiān)測顯示

系統(tǒng)具有流程圖動畫顯示功能、基于企業(yè)電子地圖的瀏覽功能。在監(jiān)測界面中具有顯示各測點的參數(shù)及設備的運行狀態(tài)、監(jiān)控設備和監(jiān)控對象平面布置圖顯示功能、監(jiān)控參數(shù)列表顯示功能。

4.1.2.5 報警管理

系統(tǒng)具有報警閾值設置及變更歷史記錄、實時報警信息顯示功能，包括報警匯總列表、專門的報警區(qū)或彈出式界面。系統(tǒng)可實現(xiàn)頁面圖文報警、報警點聲光報警以及短信等多種報警方式。

4.1.2.6 趨勢顯示

系統(tǒng)能夠以折線圖、點狀圖等形式顯示模擬量參數(shù)實時趨勢、歷史趨勢信息，能夠根據(jù)時間、點位等信息自由分組顯示和查詢；具有開關量狀態(tài)圖及柱狀圖顯示功能；能在同一時間坐標上同時顯示模擬量和開關量及其變化情況等。

4.1.2.7 信息存儲

系統(tǒng)具有監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲、事故追憶查詢等功能。

4.1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

系統(tǒng)支持各類參數(shù)和歷史報警的統(tǒng)計、查詢和圖表化顯示、報表輸出等功能，具體顯示項目包括模擬量實時監(jiān)測值及其最大、最小、平均和累計值，開關量狀態(tài)及變化時刻，報警及警報解除信息，系統(tǒng)閾值設定操作日志等。

4.1.2.9 平臺通信

系統(tǒng)具備獨立將重大危險源的實時數(shù)據(jù)、報警信息、視頻信息與監(jiān)管部門平臺對接和交互功能。

4.1.2.10 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)具備權限分級管理的要求，提供可設置的安全級，控制級和區(qū)域設定，限制用戶對系統(tǒng)功能模塊、設備和系統(tǒng)資源的訪問。

4.1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

(1)基本信息管理?；て髽I(yè)基本信息主要包括企業(yè)基礎信息、安全生產臺賬、重大危險源基本信息等內容的錄入、編輯、刪除、查詢、在線申報等管理功能。

(2)危險化學品罐區(qū)、庫區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(3)重點監(jiān)管危險化工工藝監(jiān)測預警參數(shù)。

(4)閾值及報警數(shù)據(jù)。

接入閾值和報警具體數(shù)據(jù)項、閾值設定規(guī)則、接入頻率等數(shù)據(jù)。

4.1.4 內蒙古伊東重大危險源評估情況

通過安全風險評估，內蒙古伊東現(xiàn)有12個重大危險源，其中：一級1個(液氯罐區(qū))、二級1個(氯乙烯單體罐區(qū))、三級9個(PVC 裝置單元、糊樹脂裝置單元、乙炔發(fā)生廠房一單元、乙炔發(fā)生廠房二單元、乙炔氣柜單元、電石冷卻庫一單元、電石冷卻庫二單元、電石冷卻庫三單元、電石冷卻庫四單元)、四級1個(VCM 精餾單元)。

為此，企業(yè)對于重大危險源的管理是重中之重的事情，該系統(tǒng)平臺有效地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的提供、匯總及時時提報功能，為實現(xiàn)安全生產提供了保障。

4.2 人員定位管理系統(tǒng)

4.2.1 系統(tǒng)架構

人員在崗在位管理系統(tǒng)架構如圖5所示。

圖5 人員在崗在位管理系統(tǒng)架構

4.2.2 建設功能

4.2.2.1 基礎信息管理

系統(tǒng)能穩(wěn)定提供卡口信息、人員基本信息、人員安全培訓信息、崗位信息、車輛基本信息、進出區(qū)域權限信息等基礎信息管理和維護功能。

4.2.2.2 實名制進出管理

主要包括定位卡收發(fā)管理、雙向人臉(指紋)識別、車牌識別、門閘車檔控制、大屏信息公示等，采用人員刷卡+人臉(指紋)識別等實名制認證方式。通過刷卡、指紋確認或人臉識別等技術對進出企業(yè)生產區(qū)、儲存區(qū)、作業(yè)區(qū)及重點監(jiān)控區(qū)的人員及車輛信息進行識別，對進出的人員類別、數(shù)量、所在區(qū)域等信息進行實時展示，并提供查詢、統(tǒng)計等管理功能。

定位卡收發(fā)模塊將人臉照片(指紋)、定位卡號與人員信息綁定，利用安全教育培訓信息、特種作業(yè)證書信息確認等功能，定位卡對應的人員與人臉(指紋)識別比對確認一致后，門閘開啟放行。

4.2.2.3 定位管理

提供人員及車輛定位管理功能，包括基本信息查詢、移動軌跡追蹤、行動軌跡回放等，針對人員在崗、離崗、串崗人員及車輛越界、滯留等情況提供及時告警，實時獲取現(xiàn)場信息。

4.2.2.4 報警管理

主要包括人員離崗、串崗、超員、電子圍欄等監(jiān)控報警功能，車輛超速、偏離線路、違規(guī)停車、超時滯留等監(jiān)控告警功能，一鍵呼救、聲光、短信提示功能、告警事件閉環(huán)處理功能、手機查詢與接收告警信息。

4.3 智能巡檢管理系統(tǒng)

4.3.1 系統(tǒng)裝備

(1)點檢儀。巡檢人員隨身攜帶，也稱手操器，類似手機形狀，操作人員可以進入其內部已設置好的巡檢表格填報數(shù)據(jù)及上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無紙化管理。

(2)點檢卡。固定在需要巡檢的裝置區(qū)里，點檢卡其目的在于到位管理，巡檢人員必須到現(xiàn)場用手操器進行掃卡才能進行巡檢任務的執(zhí)行，確保巡檢數(shù)據(jù)的真實可靠性及巡檢的及時性。

(3)振動、溫度、轉速一體無線傳感器。由巡檢人員隨身攜帶，無線傳感器通過藍牙與點檢儀連接配合使用，用來提供巡檢過程中的測量數(shù)據(jù)，如：振動、溫度、轉速等。

4.3.2 功能設置

(1)可對生產區(qū)域、設備設施設置巡檢人員、巡檢時間、巡檢路線等等信息，巡檢過程中出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動報警提醒，比如：沒有按設定的時間要求去巡檢等。巡檢完成后，即可無線提交巡檢表，異常數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動匯總提醒，及時發(fā)現(xiàn)生產中的隱患問題。

(2)系統(tǒng)也可根據(jù)工序的特殊性，事先設置巡檢流程及路徑。

(3)設置需要巡檢的點位，布置安裝點檢卡，設置該區(qū)域中需要巡檢記錄的事項及要求。

(4)可以分別給每位巡檢人員定制巡檢任務，可任意選擇不同的巡檢時間、點位及巡檢路線。

(5)匯總巡檢信息進行員工考核。

5 結語

通過智慧型化工廠系統(tǒng)平臺的運行，實現(xiàn)了生產數(shù)據(jù)的有效性、真實性、及時性，為公司的安全生產管理提供了信息保障，助推了企業(yè)管理水平的提升，將日常管理的智慧化和生產控制系統(tǒng)的自動化、智能化相結合，構筑了一個完整的“一體化”智能體系，為企業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供了強大的服務功能，最終必將體現(xiàn)在企業(yè)經(jīng)濟效益的提升上。