基于物聯(lián)網(wǎng)的重大危險源監(jiān)控能力的優(yōu)化及應(yīng)用

張文勛，吳紅忠

（焦作煤業(yè)（集團）開元化工有限責任公司，河南 焦作 454191）

近年來，國家對化工企業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控管理日趨完善，針對化工生產(chǎn)易燃易爆、有毒有害、高溫高壓等危險屬性，采取多種管控措施，避免在生產(chǎn)過程中發(fā)生?；沸孤┦鹿?。 ?；肥鹿示哂型话l(fā)性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點，因此可燃、有毒氣體檢測手段、檢測設(shè)備是否齊備、有效、及時至關(guān)重要，對避免和控制事故的發(fā)生具有重要意義[1]。

焦作煤業(yè)（集團）開元化工有限責任公司（以下簡稱“開元化工”）成立于2009 年10 月，現(xiàn)有20 萬t/a 離子膜燒堿裝置、3 萬t/a 三氯氫硅裝置、3 萬t/a 環(huán)氧氯丙烷和4 萬t/a 環(huán)氧樹脂裝置。 目前生產(chǎn)穩(wěn)定，形成產(chǎn)供銷一體化，是河南化工集團下屬骨干單位。

1 危險源區(qū)域監(jiān)測現(xiàn)狀

開元化工的重大危險源包括液氯儲槽、液氯包裝、化工液體罐區(qū)、樹脂中間罐區(qū)及三氯氫硅罐區(qū)等，現(xiàn)有氯氣、氫氣、三氯氫硅、甲苯、環(huán)氧氯丙烷等各種氣體監(jiān)測報警器360 余臺， 視頻監(jiān)控140 余個，分布于各危險源區(qū)域。 由于安裝位置分散，缺乏系統(tǒng)性和直觀性的數(shù)據(jù)支持，專業(yè)管理人員不能快速、直觀、準確地掌握現(xiàn)場實際情況和相關(guān)報警信息，管理效率較低。 面對越來越嚴峻的安全形勢要求，以及工業(yè)4.0、兩化融合、智能工廠以及中國制造2025 等計劃的推進和實施， 集團公司在安全管理工作上要求開元化工對可燃、有毒氣體報警進行有效管控、提高自動化及信息化程度，提高重大危險源管控效率，確保報警有效、報警信息處理及時，滿足安全生產(chǎn)的需要。

2 危險源區(qū)域監(jiān)測存在的問題

（1）公司危險源區(qū)域已基本安裝可燃、有毒氣體監(jiān)測傳感器，但監(jiān)測元件安裝較為分散，管理人員不能快速、直觀、準確地掌握相關(guān)檢測信息，管理效率較低。

（2）當危害介質(zhì)泄漏時，僅有中控調(diào)度室能夠及時預(yù)警，然后通知崗位現(xiàn)場人員檢查處理，存在片面性和滯后性，不能及時有效提醒生產(chǎn)現(xiàn)場及周圍人員撤離，不能及時通知現(xiàn)場作業(yè)人員采取有效的防范措施，是目前安全管理中存在的一個薄弱環(huán)節(jié)。

（3）危險源區(qū)域已基本安裝視頻監(jiān)控設(shè)施，但調(diào)度室不能實時觀察各區(qū)域情況，且安裝位置較為分散，往往會顧此失彼，不能實現(xiàn)及時、全方位監(jiān)控的要求，進而導(dǎo)致不能及時有效進行調(diào)度決策，并發(fā)布調(diào)度指令，而調(diào)度指令的時效性決定著企業(yè)的存亡發(fā)展。

（4）消防控制室未實現(xiàn)可燃、有毒氣體信號接入，不能及時掌握危險源報警信息。

（5）目前監(jiān)管方式是通過探測器、報警控制器、控制軟件系統(tǒng)以電纜線直線連接上傳的方式來實現(xiàn)，一旦中間發(fā)生故障，就極有可能導(dǎo)致報警信息的中斷，進入危險現(xiàn)場作業(yè)的人員很難及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的危險信息，無法在安全時間內(nèi)采取措施撤離現(xiàn)場，進而發(fā)生重大的事故，造成人身和財產(chǎn)的損失。

3 優(yōu)化目標

（1）全面梳理公司生產(chǎn)過程危險源監(jiān)測預(yù)警、報警、處置能力存在的主要缺陷和問題。

（2）針對梳理出來的問題、缺陷，提供一套行之有效的優(yōu)化方案和解決辦法，實現(xiàn)全區(qū)域監(jiān)測和布控，達到作業(yè)現(xiàn)場人員、控制室人員、工廠消防及安全主管部門均能做到在第一時間迅速響應(yīng)，避免安全事故的發(fā)生和蔓延， 最大限度保障人員安全，將危害降到最低，最終實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標。

4 進度安排

（1）完成項目初步調(diào)研、資料收集、與廠家技術(shù)交流以及可行性分析、預(yù)算報送等工作。

（2）完成技術(shù)方案編制、招標及商務(wù)合同簽訂等工作。

（3）危險源監(jiān)測預(yù)警報警、危險源可視化監(jiān)視、生產(chǎn)區(qū)域報警、消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入以及GDS 系統(tǒng)改造等各子模塊逐步實施完成。

（4）項目各子模塊完工及試運行。

（5）不斷優(yōu)化系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題和缺陷，最終形成全面完善的危險源預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)。

5 危險源監(jiān)控優(yōu)化實施內(nèi)容[2]

此次優(yōu)化實施內(nèi)容主要包括危險源監(jiān)測預(yù)警報警、生產(chǎn)區(qū)域報警、危險源可視化監(jiān)視、GDS 系統(tǒng)改造、消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入等模塊。

5.1 危險源監(jiān)測預(yù)警、報警模塊

通過網(wǎng)絡(luò)手段將安裝在各危險源的各類報警器所采集的報警信息匯總，由后臺軟件進行智能分析和處理，當達到報警臨界點時，系統(tǒng)通過各種提醒方式提醒值班人員進行故障和隱患排查，為各種決策及時提供數(shù)據(jù)支持，確保企業(yè)的人員和財產(chǎn)安全，減少企業(yè)發(fā)生危險事故的概率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，達到企業(yè)安全生產(chǎn)的目標。 主要建設(shè)內(nèi)容如下。

5.1.1 廠區(qū)綜合監(jiān)測

直觀展示整個廠區(qū)概況、檢測設(shè)備的位置分布信息等；展示檢測器傳回的實時數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、報警信息等；智能判斷設(shè)備狀態(tài)、報警級別，并通過抖屏、發(fā)光、聲音等多種報警效果通知、提醒用戶。

5.1.2 實時及歷史趨勢查詢

在廠區(qū)綜合監(jiān)測的基礎(chǔ)上， 基于曲線監(jiān)測+列表監(jiān)測的方式，提供按多種組合條件對設(shè)備歷史運行數(shù)據(jù)、報警信息進行綜合查詢，同時系統(tǒng)提供“曲線模式”和“列表模式”兩種展現(xiàn)方式，查詢結(jié)果應(yīng)可導(dǎo)出供招標方進行數(shù)據(jù)分析。

5.1.3 分級預(yù)警及警情處理

根據(jù)檢測器的報警級別（高高報、高報、低報、低低報） 分別設(shè)置相應(yīng)的報警責任人 （可重復(fù)多選），當設(shè)備發(fā)生警情時，系統(tǒng)會依據(jù)預(yù)警設(shè)置通過抖屏、閃爍、聲光以及短信等方式自動向不同報警級別責任人發(fā)送報警短信；相關(guān)負責人確認、處理報警的同時，可手動進行消音、復(fù)位等操作。 系統(tǒng)支持通過報警時間、企業(yè)、車間、監(jiān)控探頭等多條件、多維度組合查詢出報警記錄和報警處理記錄，同時支持列表模式、曲線模式展示，支持報警單個和批量處理等常用便捷操作。

5.1.4 設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測

實時監(jiān)測“監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)備”的工作狀態(tài)，實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備高高報，高報，低報，低低報，通訊故障，網(wǎng)絡(luò)故障，通訊超時、未連接、預(yù)熱、標定等在線實時監(jiān)控，發(fā)生故障或報警時，可實時在系統(tǒng)中監(jiān)控到，為故障診斷、排查提供可靠依據(jù)。

5.1.5 用戶權(quán)限管理

用戶實現(xiàn)分角色進行管理，主要包括“普通用戶”和“管理員”等角色，不同的角色可進行不同的操作，滿足企業(yè)日常監(jiān)管需求。 其中“普通用戶”對廠區(qū)進行日常巡檢，同時對車間的設(shè)備及報警進行實時監(jiān)測、報警通知、警情處理、綜合查詢、視頻監(jiān)控；“管理員”除具有普通用戶的權(quán)限外，亦可對系統(tǒng)用戶信息（用戶權(quán)限分配、密碼重置等）、設(shè)備信息（監(jiān)控探頭、監(jiān)控視頻、通信鏈路等）、企業(yè)信息（車間、安全員等）、系統(tǒng)信息（系統(tǒng)日志、圖片信息、探測介質(zhì)等）進行配置和管理。

5.1.6 智能移動終端和電腦WEB 端

本優(yōu)化項目所建設(shè)管控平臺應(yīng)支持手機APP登錄和電腦WEB 端登錄查看， 手機移動端須提供Android 和IOS 雙版本。 通過WEB 端和手機移動端應(yīng)能夠查看檢測設(shè)備運行狀態(tài)、報警信息、處理結(jié)果、報警時間等項目要求功能。

5.2 生產(chǎn)區(qū)域報警模塊

針對開元化工原有的報警系統(tǒng)存在的片面性和滯后性，不能及時有效提醒生產(chǎn)現(xiàn)場及周圍人員撤離，不能及時通知到現(xiàn)場作業(yè)人員采取有效的防范措施的問題，實現(xiàn)以下改造。

5.2.1 實施方案

區(qū)域報警由區(qū)域報警控制器和該區(qū)域的探測設(shè)備組成，此報警器只接收該區(qū)域的報警信號。 可燃、有毒氣體監(jiān)測報警器廠家建議在中控串接報警輸出，引接至生產(chǎn)現(xiàn)場加裝的聯(lián)動控制柜，由控制柜控制現(xiàn)場高分貝防爆聲光報警器。

5.2.2 項目實施

（1）對危險源區(qū)域進行劃分，劃分為液化、包裝、合成、氯氣處理、電解脫氯、三氯氫硅、環(huán)氧氯丙烷皂化、環(huán)氧樹脂和化學(xué)品罐區(qū)等9 個區(qū)域。

（2）對中控制進行劃分，劃分為中控操作室、調(diào)度室等2 個區(qū)域。

（3）在劃分的11 個區(qū)域入口處安裝高分貝聲光報警器。

（4）改造原有報警器機柜，在報警器控制器信號輸出端將相同區(qū)域的輸出信號橋接、 串聯(lián)輸出，接入繼電器，通過繼電器控制各區(qū)域入口處的高分貝聲光報警器運行和停止，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)任何一個報警器報警， 區(qū)域入口處高分貝聲光報警器統(tǒng)一運行（報警）。

5.3 危險源可視化監(jiān)視模塊

開元化工危險源區(qū)域監(jiān)測攝像頭140 余臺，安裝位置較為分散， 且調(diào)度室不能查看各區(qū)域的監(jiān)控，存在點多、面廣，管理效率低下的問題。 不滿足實時、全方位監(jiān)控的要求，進而導(dǎo)致不能及時有效進行調(diào)度決策。 為適應(yīng)新形勢下調(diào)度指揮的要求、提高調(diào)度指揮效率及處理突發(fā)事件的工作效率、更準確及時地進行各種資源的調(diào)配、 增強綜合協(xié)調(diào)的指揮能力，特對視頻監(jiān)控進行改造升級，旨在建立一個集日常生產(chǎn)管理、安全防范、事故防范以及事故應(yīng)急救援指揮為一體的綜合安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提升危險源監(jiān)測預(yù)警、報警和事故隱患排查治理能力，把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，防范及杜絕事故的發(fā)生；同時為事故救援提供及時、準確的救援信息，提升事故救援能力，最大限度減少事故損失。 具體建設(shè)內(nèi)容如下。

（1）在中控調(diào)度室及中控操作間北墻設(shè)置電子大屏， 將廠區(qū)危險源區(qū)域視頻監(jiān)控信號引入其中，使調(diào)度人員能夠全面、直觀、及時、準確地了解區(qū)域內(nèi)實時情況，實現(xiàn)對調(diào)度所管轄范圍內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度指揮、綜合監(jiān)控、管理和協(xié)調(diào)，為廠區(qū)和生產(chǎn)安全提供支持及保證。

（2）將現(xiàn)場采集的視頻數(shù)據(jù)集中管理，優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的管理服務(wù)，設(shè)立賬號，使相關(guān)人員可以通過辦公電腦電腦、手機等登錄監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程服務(wù)，實時查閱各監(jiān)控畫面，及時了解生產(chǎn)區(qū)域安全情況。

5.4 GDS 系統(tǒng)改造模塊

開元化工有毒有害氣體報警系統(tǒng)已運行了近十年，隨著使用年限的增加，故障次數(shù)也大幅度增加，每次維保更換報警器數(shù)量較多，耗費金額較大；而且原先的型號已逐步淘汰，新的配件與舊的產(chǎn)品尺寸不一，造成機柜內(nèi)接線復(fù)雜、混亂，存在安全隱患。 針對此情況開元化工經(jīng)過內(nèi)部論證后對現(xiàn)有GDS 系統(tǒng)進行升級改造， 從而實現(xiàn)集實時監(jiān)測、預(yù)警處理、遠程控制、設(shè)備管理于一體，實現(xiàn)對廠區(qū)內(nèi)危險氣體泄漏實時監(jiān)測并智能判斷報警，有效預(yù)防企業(yè)安全事故的發(fā)生，主要改造內(nèi)容如下。

5.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

改造后的GDS 系統(tǒng)由處理器、I/O 卡件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測器、顯示報警站、工程師站、電源及相關(guān)輔助設(shè)備等構(gòu)成，架構(gòu)圖見圖1。

圖1 GDS系統(tǒng)架構(gòu)圖

5.4.2 工程師站

在中控調(diào)度室設(shè)工程師站，用于監(jiān)控全場可燃有毒氣體報警器運行狀態(tài)。

5.4.3 GDS 控制柜

在機柜間放置GDS 控制柜，包含處理器、I/O 卡件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電源及相關(guān)輔助設(shè)備等。

此部分主要是對現(xiàn)場傳輸來的報警信號進行處理、轉(zhuǎn)換，然后通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將相應(yīng)的信息傳輸至工程師站，由相關(guān)人員進行處置。

5.4.4 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

工程師站與GDS 控制柜之間的通信采用光纖傳輸?shù)姆绞?，信息傳輸至中控調(diào)度室的串口服務(wù)器出，信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸至工程師站。

5.5 消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入模塊

基于新的安全形勢，GB50493-2019 《石油化工可燃氣體和有毒氣體監(jiān)測報警設(shè)計要求》第三章第三條規(guī)定：可燃氣體二級報警信號、可燃氣體和有毒氣體的監(jiān)測報警系統(tǒng)控制單元的故障信號應(yīng)送至消防控制室。 開元化工相關(guān)報警信號未引入消防控制室，本次改造主要實施內(nèi)容如下。

5.5.1 實施方案

改造前開元化工相關(guān)報警信號未引入消防控制室，廠家建議從可燃、有毒氣體報警器控制室輸出端輸出信號，通過電纜傳輸?shù)男问綄⑿盘杺鬏斨料揽刂剖?，然后在消防控制室安裝相應(yīng)模塊將信號匯總后引入操作站顯示，但經(jīng)開元化工技術(shù)人員與廠家討論后， 決定利用在建危險源監(jiān)測預(yù)警、報警平臺，開放相應(yīng)端口，通過WEB 登錄的方式實現(xiàn)相應(yīng)功能，此方案公司僅需配備1 臺電腦、若干網(wǎng)線，實時費用5 000 余元，節(jié)約項目投資20 余萬元。

5.5.2 項目實施

（1）在消防控制室安裝1 臺電腦作為操作站。

（2）通過敷設(shè)網(wǎng)線的方式連接中控調(diào)度室危險源監(jiān)測預(yù)警、報警平臺工程師站和消防控制室的操作站，實時傳輸數(shù)據(jù)。

（3）利用在建危險源監(jiān)測預(yù)警、報警平臺，開放相應(yīng)端口，通過WEB 登錄的方式，配置消防控制室操作站登錄賬號，并賦予相應(yīng)權(quán)限權(quán)限，實現(xiàn)實時監(jiān)測可燃氣體二級報警信號、可燃氣體和有毒氣體的監(jiān)測報警系統(tǒng)控制單元的故障信號的功能。

6 實施效果

（1）通過建設(shè)危險源監(jiān)測預(yù)警、報警、警情處置平臺，有效解決了現(xiàn)場可燃、有毒氣體報警器點多、面廣、管理效率低下的問題，相關(guān)管理人員可以通過電腦WEB端或手機移動端實時查看危險源區(qū)域狀態(tài)，平臺的建成為相關(guān)管理人員提供了直觀、準確的數(shù)據(jù)支撐，減少了往返環(huán)節(jié)，極大地提升了管理效率。

（2）通過在各危險源入口處安裝高分貝聲光報警器，實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)任何一個報警器報警，區(qū)域入口處高分貝聲光報警器同時運行（報警）的功能，警情發(fā)生時不僅中控調(diào)度室人員可以及時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場人員亦可以及時發(fā)現(xiàn)并處置， 解決了原先警情發(fā)現(xiàn)、處置存在的片面性和滯后性的問題，有效保障了企業(yè)的安全生產(chǎn)和職工人身安全。

（3）危險源可視化監(jiān)控改造后，建立了一個集日常生產(chǎn)管理、安全防范、事故防范以及事故應(yīng)急救援指揮為一體的綜合安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提升危險源監(jiān)測預(yù)警、報警和事故隱患排查治理能力。 中控調(diào)度室人員可以實時查看各區(qū)域的狀況，及時發(fā)現(xiàn)危險區(qū)域內(nèi)的異常情況、異常事件，提高了調(diào)度指揮效率、處理突發(fā)事件的工作效率、以及綜合協(xié)調(diào)的指揮能力； 同時可以為事故救援提供及時、準確的救援信息，大大提升事故救援能力，最大限度減少事故損失。

（4）通過此次改造解決了原GDS 系統(tǒng)故障頻發(fā)、配件更換頻繁、耗費金額大、新舊報警器型號尺寸不統(tǒng)一造成的柜內(nèi)接線混亂等安全隱患；將相關(guān)報警數(shù)據(jù)接入消防控制室，使其符合相關(guān)國家、行業(yè)規(guī)范。

7 結(jié)語

開元化工通過此次優(yōu)化改造項目，利用物聯(lián)網(wǎng)與安全報警、預(yù)警管控平臺相結(jié)合，有效解決重大危險源可燃、有毒氣體報警器點多、面廣、報警數(shù)據(jù)收集存儲困難，提供歷史報警記錄檢索、查詢功能，提高管理效率；加強車間、各監(jiān)測設(shè)備單獨作業(yè)管理，實現(xiàn)集中監(jiān)測、聯(lián)動管理，即時、直觀、形象監(jiān)測預(yù)警功能，快速為相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)現(xiàn)場遠程監(jiān)控與指揮，提高突發(fā)事故處置效率；加強現(xiàn)場人員快速獲取報警信息， 及時處理隱患的能力，同時及時調(diào)配各種資源、增強綜合協(xié)調(diào)的指揮能力， 快速有效地將各種安全隱患消滅于初始狀態(tài)，確保企業(yè)長期安全運行。