石化企業(yè)檢維修能量隔離管控系統(tǒng)開發(fā)與應用*

王文正，辛一男，陳 亮，賀輝宗，穆 波，厲建祥

(1.中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104 2.中石化管理體系認證(青島)有限公司，山東青島 266104)

0 前言

1961年，美國學者吉布森(Gibson)提出能量意外釋放理論，指出事故是一種不正常的或不希望的能量釋放，意外釋放的各種形式的能量是構(gòu)成傷害的直接原因，揭示了事故發(fā)生的物理本質(zhì)，為人們設計并采取安全技術(shù)措施提供了理論依據(jù)[1]。美國職業(yè)健康安全管理局統(tǒng)計，約有10%的重大安全生產(chǎn)事故是由于危險能量控制不當或不足導致的，每年大約有25萬例事故與能量的意外釋放有關(guān)[2]。國內(nèi)石油化工行業(yè)因能量隔離不當導致的事故頻發(fā)[3-4]，對283起事故統(tǒng)計分析表明，與能量隔離鎖定相關(guān)的事故達到70起，占比25%。通過對能量隔離鎖定的相關(guān)事故深入分析發(fā)現(xiàn)，導致能量隔離不當?shù)脑蛑饕形ｋU能量識別不到位、未能有效識別隔離點位、能量隔離措施不到位、能量隔離失效4個方面，其中危險能量識別不到位和能量隔離措施不到位是最主要的因素，部分事故的發(fā)生與多方面因素有關(guān)，如圖1所示。

圖1 能量隔離事故原因分析

為有效管控石化行業(yè)危險能量和物料意外釋放帶來的安全風險，?？松梨凇づ?、中石油、中海油等國內(nèi)外石油化工企業(yè)分別通過制定制度要求等形式建立了能量隔離與上鎖掛牌管理程序，各國政府及行業(yè)協(xié)會也通過發(fā)布相關(guān)標準來推動能量隔離與上鎖掛牌管理要求的落實，如GB/T 33579—2017、OSHA 1910.147等[5-8]。目前，國內(nèi)外石油化工企業(yè)執(zhí)行能量隔離與上鎖掛牌管理程序，對隔離點位進行鎖定主要以機械式鎖具為主[9-11]。但隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和石化企業(yè)安全生產(chǎn)智能化、信息化管控程度的持續(xù)提升，傳統(tǒng)機械式鎖具的弊端日益突出。一方面，機械式鎖具對能量隔離過程鎖定權(quán)限的管控不足，無法實現(xiàn)對隔離點位鎖定狀態(tài)的實時監(jiān)控和過程追溯。另一方面，缺乏對裝置危險能量、物料介質(zhì)以及隔離點位等基礎信息數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，且能量隔離鎖定信息未與作業(yè)許可、作業(yè)安全分析(JSA)結(jié)果實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，嚴重制約了檢維修作業(yè)安全風險一體化管控的實現(xiàn)。

因此，本研究基于廣泛調(diào)研和事故數(shù)據(jù)分析建立中國石化能量隔離與上鎖掛牌管理程序，采用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了能量隔離管控系統(tǒng)和智能鎖定設備，通過對能量隔離與上鎖掛牌的授權(quán)確認和過程管控，實現(xiàn)檢維修作業(yè)能量隔離與上鎖掛牌全過程數(shù)據(jù)化、可視化、規(guī)范化管控。

1 能量隔離與上鎖掛牌管理程序

基于能量意外釋放理論，對國內(nèi)外能量隔離法規(guī)標準以及相關(guān)石油化工企業(yè)能量隔離管理現(xiàn)狀開展系統(tǒng)調(diào)研，總結(jié)形成石油化工行業(yè)能量隔離與上鎖掛牌的核心流程和管理實踐。在此基礎上，結(jié)合中國石化實際，編制發(fā)布《中國石化能量隔離管理規(guī)定》，明確危險能量與物料風險辨識、隔離實施、驗證確認、上鎖掛牌、解鎖摘牌等核心流程，如圖2所示。核心流程的關(guān)鍵管理要求：①風險辨識：生產(chǎn)單位技術(shù)人員(工藝、設備、電氣、儀表等崗位)根據(jù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)設備、系統(tǒng)或環(huán)境內(nèi)所有的危險能量和物料的來源和類型，辨識可能存在的危害，確定能量隔離點位，明確能量隔離方法措施；②隔離實施：機械(工藝)隔離應將設備、設施及裝置與動力源、氣體源和液體源物理斷開；電氣(含儀表通訊)隔離應將電路或設備部件從所有的輸電源頭安全可靠地分離開；③驗證確認：生產(chǎn)單位應通過檢測確認危險能量或物料已被清空或已被隔離；對存在電氣危害的，生產(chǎn)單位應組織施工單位在斷電后實施驗電或放電接地試驗；檢維修作業(yè)前，生產(chǎn)操作人員和施工作業(yè)人員共同確認隔離措施；④上鎖掛牌：確認隔離后，生產(chǎn)單位和施工作業(yè)單位應按照“單點雙鎖”的要求分別對隔離裝置上鎖，并懸掛警示牌，鑰匙應由生產(chǎn)單位和施工作業(yè)單位分別保管；⑤施工作業(yè)：完成隔離點位上鎖掛牌后，許可開展施工作業(yè)；⑥解鎖摘牌：施工作業(yè)人員在檢維修作業(yè)完成后，確認設備、系統(tǒng)復位符合投用條件，進行施工方鎖具的解鎖摘牌；生產(chǎn)單位檢查施工復位情況，確認具備安全條件后，根據(jù)生產(chǎn)需要進行生產(chǎn)單位的解鎖摘牌。

圖2 《中國石化能量隔離管理規(guī)定》管理程序

2 能量隔離管控系統(tǒng)

根據(jù)中國石化能量隔離與上鎖掛牌管理程序，設計開發(fā)能量隔離管控系統(tǒng)，主要包括首頁、能量隔離工作臺、能量隔離臺賬、統(tǒng)計分析、典型能量隔離庫、基礎數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)管理、移動端APP 8個功能模塊，如圖3所示。其中，PC端管控平臺主要包括能量隔離方案、隔離鎖定過程、隔離鎖定狀態(tài)、電子臺賬、統(tǒng)計分析以及基礎數(shù)據(jù)維護的管理，移動端APP配合RFID設備標簽、智能鎖具負責能量隔離方案在現(xiàn)場的授權(quán)確認和隔離鎖定執(zhí)行，并實時將各項操作信息記錄傳輸?shù)絇C端能量隔離管控平臺中，實現(xiàn)對隔離鎖定操作信息和鎖定狀態(tài)的實時跟蹤與動態(tài)監(jiān)控。

圖3 能量隔離管控系統(tǒng)功能架構(gòu)示意

2.1 能量隔離方案制定

對典型設備檢維修作業(yè)能量隔離失效事件開展致因分析，研究能量意外釋放途徑及失控環(huán)節(jié)，建立多層級多鏈條的能量隔離點位基礎數(shù)據(jù)，包括裝置、設備、管線、盲板、閥門、物料介質(zhì)、工藝條件等維度信息，并將能量隔離點位基礎數(shù)據(jù)維護到能量隔離管控系統(tǒng)當中。參考T/CCSAS 013—2022給出的判定條件確定不同設備檢維修作業(yè)場景下的能量隔離方法[12]，開展檢維修作業(yè)能量隔離管控方案編制，包括建立能量隔離活動基本信息，根據(jù)檢維修作業(yè)活動實際判定涉及的電氣隔離、工藝隔離類型，明確隔離計劃、隔離部位、盲板類型、盲板編號、閥門、鎖具相關(guān)信息，能量隔離點位以及點位狀態(tài)信息在裝置P&ID圖中進行初始標定，形成能量隔離管控方案后簽發(fā)至移動端APP。同時，能量隔離管控方案可保存至典型能量隔離庫，作為制定其他能量隔離管控方案時的引用參考，也可作為歷史記錄在同一設備再次檢修時被直接調(diào)用。

2.2 能量隔離過程管控

移動端APP接收解析能量隔離管控方案，形成盲板加插隔離以及盲板上下游閥門關(guān)斷隔離并上鎖的能量隔離工作任務。根據(jù)能量隔離工作任務清單，為每項能量隔離計劃分配RFID設備標簽，寫入該隔離點位關(guān)聯(lián)的作業(yè)活動、隔離的物料介質(zhì)、隔離位置、隔離實施人員等信息，并懸掛到相關(guān)隔離設備上作為上鎖掛牌前的點位確認。RFID設備標簽伴隨能量隔離方案實行動態(tài)管理，在能量隔離方案執(zhí)行之初分配RFID設備標簽并寫入相關(guān)信息，能量隔離方案執(zhí)行結(jié)束后對RFID設備標簽相關(guān)信息進行擦除，以備其他能量隔離方案調(diào)用。

根據(jù)能量隔離工作任務清單逐一實施閥門、盲板的隔離，盲板安裝就位后懸掛RFID設備標簽來對該隔離點位關(guān)聯(lián)的作業(yè)活動、隔離的物料介質(zhì)、隔離位置、隔離實施人員等信息進行標識，在對危險能量和物料已被有效清空或隔離進行確認后，移動端APP識別讀取RFID設備標簽信息并確認能量隔離點位無誤后，對該隔離點位分配的智能鎖具進行在線授權(quán)，并對被授權(quán)的能量隔離點位進行上鎖掛牌，隔離鎖定操作信息實時傳輸?shù)絇C端管控平臺。

能量隔離智能鎖定設備包括智能鑰匙和智能鎖具，見圖4。智能鑰匙采用藍牙技術(shù)與移動端APP連接，通過在線授權(quán)實現(xiàn)狀態(tài)激活，采用加密通訊技術(shù)(三級密碼權(quán)限+動態(tài)密鑰)實現(xiàn)開鎖和關(guān)鎖并自動記錄鎖具ID與開關(guān)鎖時間，根據(jù)授權(quán)信息擁有對多把鎖具的操作權(quán)限，并將操作信息實時傳輸?shù)侥芰扛綦x管控系統(tǒng)。智能鎖具為無源設備，設置不可復制的唯一ID，通過接收智能鑰匙開關(guān)鎖權(quán)限信息，執(zhí)行開關(guān)鎖操作指令。

圖4 智能鎖定設備

移動端APP中的能量隔離工作任務完成后，能量隔離管控方案執(zhí)行結(jié)束并交付檢修，能量隔離管控方案推送到待解除隔離工作臺中待激活簽發(fā)。檢維修作業(yè)完成后，調(diào)用解除能量隔離工作方案，移動端APP配合智能鎖具、RFID設備標簽等按照工作任務清單實施能量隔離的解除，完成智能鎖具、RFID設備標簽的回收。

2.3 能量隔離點位狀態(tài)監(jiān)測

能量隔離管控系統(tǒng)在能量隔離方案制定過程中對固定盲板、臨時盲板點位及狀態(tài)信息進行維護，同時也在裝置P&ID圖中進行隔離點位及狀態(tài)的初始標定。能量隔離管控方案執(zhí)行過程中隔離點位鎖定信息以及盲板安裝確認信息，通過移動端APP實時傳輸?shù)絇C端管控平臺，在能量隔離臺賬、盲板臺賬中進行實時記錄歸檔，同時點位隔離鎖定狀態(tài)信息在裝置P&ID圖中動態(tài)更新，實現(xiàn)可視化在線監(jiān)測。

3 應用實例

能量隔離管控系統(tǒng)在某石化公司60×104t/a催化裂化裝置部署應用，對裝置大檢修、開停車過程中的危險能量和危險物料進行有效管控，裝置現(xiàn)場隔離點位鎖定狀況見圖5。通過部署應用能量隔離管控系統(tǒng)，共對裝置界區(qū)近百塊盲板進行了隔離鎖定，開關(guān)鎖操作在作業(yè)現(xiàn)場在線授權(quán)，能量隔離方案執(zhí)行到位率100%，并實現(xiàn)了對所有隔離點位鎖定過程的有效管控和狀態(tài)監(jiān)控。同時，鎖具和鑰匙數(shù)量相對于機械式鎖具分別減少50%和90%，極大減輕了作業(yè)現(xiàn)場隔離鎖定操作的工作量，強化落實檢維修作業(yè)過程最基本的隔離防護措施，切實保障了裝置的平穩(wěn)停開工和檢維修作業(yè)過程中危險能量與物料的有效管控。

圖5 裝置現(xiàn)場隔離點位上鎖掛牌示意

4 結(jié)論

a) 建立了能量隔離與上鎖掛牌管理程序和核心要求，明確了裝置檢維修、開停工期間能量隔離及防護措施方法，強化檢維修作業(yè)安全保障。

b) 開發(fā)了能量隔離管控系統(tǒng)及鎖定設備，通過RFID設備標簽確認和現(xiàn)場在線授權(quán)開展能量隔離過程管控和狀態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)能量隔離與上鎖掛牌全生命周期信息化、可視化、規(guī)范化管控。

c) 能量隔離智能管控系統(tǒng)與作業(yè)許可管理系統(tǒng)、作業(yè)安全風險數(shù)據(jù)庫的集成和數(shù)據(jù)共享是本研究后期研究攻關(guān)的主要方向。