智能控制系統(tǒng)在石化企業(yè)安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

張群杰 金國(guó)艷

摘 要 介紹石化企業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)及其分級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)由實(shí)時(shí)信息功能管理模塊+環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)+消防通風(fēng)系統(tǒng)組成的智能控制系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明：系統(tǒng)投運(yùn)后，安全度達(dá)到98%，緊急問(wèn)題響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)僅3.2 s。

關(guān)鍵詞 智能控制系統(tǒng) 石化生產(chǎn)安全 危險(xiǎn)源辨識(shí)

中圖分類號(hào) TP393? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B? ?文章編號(hào) 1000?3932（2024）01?0138?05

石油化工產(chǎn)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有很重要的作用［1］。由于石化企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)極易發(fā)生爆炸、有害物質(zhì)泄漏等危險(xiǎn)事故［2，3］，因此需要采取有效措施加以預(yù)防［4］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)石化企業(yè)安全生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行了相關(guān)研究［5～7］，文獻(xiàn)［8］結(jié)合實(shí)例分析了信息化建設(shè)在石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的作用；文獻(xiàn)［9］將機(jī)電控制技術(shù)應(yīng)用于石化生產(chǎn)過(guò)程，提高了企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)管水平，有效降低了安全事故發(fā)生的概率；文獻(xiàn)［10］基于等價(jià)馬爾可夫鏈研究了石油化工實(shí)時(shí)情景模型。

筆者基于石化企業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)及其分析判斷標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)過(guò)程的安全度。

1 石化企業(yè)危險(xiǎn)源辨識(shí)和分級(jí)

石化企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般是指對(duì)危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率和產(chǎn)生的影響進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)分析事故可能發(fā)生的原因和安全系統(tǒng)的可靠度。對(duì)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)和分級(jí)，有利于石化企業(yè)提前了解企業(yè)的安全系數(shù)，對(duì)企業(yè)的安全運(yùn)行起到提前預(yù)警和整改的作用。

1.1 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)

石化企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)影響安全的危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，主要步驟如下：

a. 生產(chǎn)信息收集；

b. 對(duì)危害物進(jìn)行辨識(shí)和分類；

c. 對(duì)不同級(jí)別的危險(xiǎn)源進(jìn)行判斷，決定是否采取必要措施；

d. 針對(duì)危險(xiǎn)事故發(fā)生的概率和危害進(jìn)行定量分析和定性評(píng)估；

e. 依據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)企業(yè)防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、升級(jí)［11］。

對(duì)于石化企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是保證企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要措施。石化企業(yè)的危險(xiǎn)源種類繁多，主要來(lái)源于原材料和生產(chǎn)工藝［12，13］，包括：苯、甲醚、甲苯、氫氣、苯胺、氟化氫、汽油、氰化鈉、乙炔、甲烷、氰化氫、甲醇、硫化氫、一氯甲烷、一氧化碳、氨、苯乙烯、二氧化硫、氯、丙烯、丙烯腈、原油、硝基苯及氯乙烯等。石化生產(chǎn)的原材料大部分是危險(xiǎn)化學(xué)品，不能得到合適的處理就可能引發(fā)化學(xué)品污染和化學(xué)反應(yīng)等風(fēng)險(xiǎn)。生產(chǎn)工藝方面，由于石化企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，涉及裂解、加氫、氧化、烷基化等重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和能量。因此，科學(xué)的危險(xiǎn)源辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于石化企業(yè)的安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用。

1.2 重大危險(xiǎn)源分級(jí)

目前，針對(duì)石化企業(yè)的危險(xiǎn)源分級(jí)有很多，校正比值求和法，以及根據(jù)死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失判斷危險(xiǎn)源級(jí)別的方法較為常見(jiàn)［14～16］。

1.2.1 校正比值求和法

校正比值求和法的原理是將一定范圍內(nèi)的各種危險(xiǎn)化學(xué)品的存有量與設(shè)計(jì)最大值進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)校正系數(shù)判斷實(shí)際的危險(xiǎn)源等級(jí)。校正比值求和法引入了危險(xiǎn)品數(shù)量的校正系數(shù)α和β（其中，α為危險(xiǎn)化學(xué)品實(shí)際存有量的校正系數(shù)，β為危險(xiǎn)化學(xué)品的危害性校正系數(shù)），其重大危險(xiǎn)源分級(jí)指標(biāo)R的計(jì)算式為：

其中，q，q，…，q為實(shí)際危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存量；Q，Q，…，Q為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的危險(xiǎn)化學(xué)品最大存儲(chǔ)量。

石化企業(yè)化學(xué)危險(xiǎn)品的危害程度不一樣，其β值各不相同。α的取值主要考慮重大事故發(fā)生時(shí)對(duì)整體經(jīng)濟(jì)和人員的影響，其值越大影響越大，危害性越大。α、β的取值范圍列于表1、2。

重大危險(xiǎn)源的級(jí)別和R值的關(guān)系見(jiàn)表3。

1.2.2 死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失判斷法

死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失判斷法的特點(diǎn)是通過(guò)數(shù)據(jù)的收集判斷事故發(fā)生對(duì)人員的傷害和財(cái)產(chǎn)損失，根據(jù)危險(xiǎn)品影響范圍內(nèi)的財(cái)產(chǎn)損失進(jìn)行分級(jí)。操作流程如圖1所示。

在使用死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失法對(duì)石化企業(yè)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分級(jí)時(shí)，需計(jì)算財(cái)產(chǎn)損失的半徑范圍：

其中，R為t區(qū)域內(nèi)的半徑；K為t區(qū)域內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失系數(shù)；W為蒸氣云的TNT當(dāng)量。

通過(guò)式（2）可以計(jì)算出死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失的范圍，從而得到危險(xiǎn)源的級(jí)別。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

將上述兩種方法得出的結(jié)果進(jìn)行融合處理，得到最終的分級(jí)，以加強(qiáng)對(duì)危險(xiǎn)源分級(jí)的準(zhǔn)確性，為石油安全智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供更可靠的參考。

2 石油化工安全生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)及實(shí)時(shí)信息功能管理模塊

石化企業(yè)安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要由界面層、技術(shù)層和業(yè)務(wù)層組成，系統(tǒng)框架如圖2所示。界面層展示了安全管理的各個(gè)基礎(chǔ)模塊；技術(shù)層由不同框架結(jié)構(gòu)組成，對(duì)界面層的運(yùn)行提供技術(shù)支持；業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù)收集和應(yīng)急管理。

實(shí)時(shí)信息自動(dòng)管理模塊隸屬于業(yè)務(wù)層，其架構(gòu)如圖3所示，在石化企業(yè)安全生產(chǎn)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，主要包括安全數(shù)據(jù)的查詢、日平均數(shù)據(jù)等。

石化企業(yè)可以通過(guò)實(shí)時(shí)信息功能管理模塊有效查詢和分析所在地區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，以判斷各因素對(duì)安全生產(chǎn)的影響，并提高企業(yè)的安全管理效率。在實(shí)時(shí)信息管理模塊中，還可以對(duì)影響生產(chǎn)安全的因子進(jìn)行處理，通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)判斷各影響因素的危害程度，從而更好地預(yù)防和控制風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 主要設(shè)備選型

溫度是石化生產(chǎn)過(guò)程安全度的高影響因素之一，因此選擇PT100溫度傳感器檢測(cè)煙氣溫度，PT100的測(cè)量范圍廣，可對(duì)-30～150 ℃的溫度信號(hào)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，敏感度達(dá)到0.1 ℃。如圖4所示，PT100主要通過(guò)兩線制方式進(jìn)行有效連接，其輸入信號(hào)強(qiáng)度5～20 mA。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)石化企業(yè)設(shè)備間的有害氣體濃度以及環(huán)境溫度和濕度，當(dāng)系統(tǒng)探測(cè)到室內(nèi)有害氣體含量超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)消防通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，保障工作人員的安全作業(yè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由PT100溫度傳感器、自動(dòng)煙霧感應(yīng)裝置等組成，其工作原理如圖5所示。無(wú)線傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程布線且具有低功耗特征，搭配遠(yuǎn)程自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議模塊實(shí)時(shí)采集溫控范圍內(nèi)的溫度及濕度參數(shù)，具有高效、實(shí)時(shí)的特性。

2.4 消防通風(fēng)系統(tǒng)

消防通風(fēng)系統(tǒng)可以通過(guò)空氣質(zhì)量感應(yīng)設(shè)備智能調(diào)節(jié)特定區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量，空氣流動(dòng)模擬體系如圖6所示。

通風(fēng)系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成循環(huán)風(fēng)智能體系，確保設(shè)備處于有效的控制環(huán)境內(nèi)。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)將溫、濕度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到終端控制系統(tǒng)，通過(guò)消防通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能啟、閉操作。消防通風(fēng)系統(tǒng)由溫、濕度感應(yīng)裝置、空氣感應(yīng)裝置和人工智能自控設(shè)備組成。

3 應(yīng)用

為驗(yàn)證智能控制系統(tǒng)在石化企業(yè)應(yīng)用的有效性和可靠性，選取文獻(xiàn)中的信息化技術(shù)、文獻(xiàn)中的機(jī)電控制技術(shù)和筆者所提系統(tǒng)對(duì)某石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全控制，安全度及緊急問(wèn)題響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的比較結(jié)果見(jiàn)表5。

可以看出，筆者所提智能控制系統(tǒng)在石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全度高達(dá)98%，響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)僅3.2 s，優(yōu)于另兩種方法，原因是所提系統(tǒng)首先通過(guò)校正比值求和法、死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失判斷法對(duì)企業(yè)危險(xiǎn)品進(jìn)行了精準(zhǔn)分類，為石油安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可靠的參考，同時(shí)，筆者所提系統(tǒng)具有較為靈敏的感應(yīng)裝置，可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，縮短了緊急問(wèn)題響應(yīng)時(shí)間，并通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和消防通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于校正比值求和法、死亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失判斷法對(duì)石化企業(yè)中的危險(xiǎn)品進(jìn)行了精準(zhǔn)分類，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了智能自控系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)的安全度達(dá)到了98%，緊急問(wèn)題響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)僅3.2 s，系統(tǒng)能夠很好地適用于石化企業(yè)的安全生產(chǎn)過(guò)程，提高了企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

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