防爆設備一體化管理平臺的建設研究

黃驍駿,辛磊夫

(上海儀器儀表自控系統檢驗測試所有限公司,上海 200233)

0 引言

防爆技術型式、防爆標準、防爆產品型式的多樣性,以及新技術在防爆領域的使用等,都對防爆產品的檢驗認證提出了嚴峻的挑戰。國內現有檢測平臺很難提供“一站式”的全方位檢測認證解決方案。本文基于國內防爆行業檢測認證需求,開展電氣、非電氣設備防爆前沿技術研究,構建國際一流的防爆產品檢測設備平臺。該研究對測試設備測試結果進行數據化和結構化研究,同時,采用數據挖掘和大數據分析等手段對數據進行分析,為防爆設備一體化管理平臺提供數據支撐。

1 研究背景

隨著我國工業化進程的不斷深入,防爆電器在工業生產領域發揮的作用越來越大[1]。社會經濟的進一步發展,特別是發展中國家的經濟發展,使國內的石油需求量持續著整體上升的趨勢。同時,隨著勘探、開采技術的不斷革新,盡管石油消耗量巨大,但全球探明石油儲量也在不斷攀升。在今后很長一段時間,石油仍將是人類重要的能源和工業原料。因此,對石油化工產品不斷增長的需求以及新的石油資源不斷被勘探發現,為廠用防爆電器市場的增長提供了堅實基礎[2]。但是,在生產、應用、安裝防爆電器時存在很多安全隱患。如果不從生產、認證、選型、安裝、運維等各個環節,對其加強安全規范管理、安全檢查以及安全檢測認證,就可能導致安全事故的發生。

我國的防爆行業相關標準起步晚于國外防爆領域,處于采信IEC 和EN 標準體系內容的階段。但目前國內的防爆標準化委員會也在不斷吸收、采納國外的新標準和新技術規范,致力于實現我國的防爆技術水平與國際接軌[3]。

目前,我國防爆技術標準體系結構如圖1 所示。

圖1 我國防爆技術標準體系結構Fig.1 Architecture of explosion-proof technical standards in China

從圖1 可以發現,針對涉爆企業的防爆設備管理方面,目前國內沒有明確的標準規范對其進行要求。但在部分標準(例如GB 3836、GB 50257 系列標準)中[4-5],對設備的設計、安裝提出了明確要求,可作為防爆設備管理的參考依據。

同時,對防爆設備進行安裝、管理維護的人員需持有國家授權的特種作業人員電工(防爆電氣)操作證才可上崗。國內能夠提供相關技術培訓的機構為上海工業自動化儀表研究院有限公司[6],平均每年獲得特種電工(防爆電氣)電工證的人員為300～400 人,遠不足以支撐目前國內眾多涉爆企業的需求。

2 防爆設備一體化管理平臺功能需求分析

據調查,目前國內化工企業管理防爆設備采用傳統的設備管理模式,即根據產品的名稱、型號、工位、生產信息等進行管理[7-8]。而防爆設備有著其獨特的防爆性能要求。若設備不符合區域安裝要求,將導致危險發生。

目前,國外防爆行業中,有企業提供了一套基于生產裝置為管理目標的防爆產品管理平臺。但由于國外的涉爆企業管理模式與國內企業不同,其平臺的主要功能也是以登記信息為主,并未將錄入的信息與行業相關標準進行對比。同時,國外的具體應用實踐和工程施工標準要求也存在較大差異,無法系統提升企業安全管理能力。

根據上述情況的分析,目前針對防爆電氣業主(用戶)的防爆產品管理,主要存在如下問題。

①國內防爆認證制度未覆蓋工廠體系審核,無法確保持續提供滿足防爆要求的設備。業主單位具備的防爆專業知識較少,不具備發起防爆產品驗貨的能力,無法確認防爆產品到貨質量。

②防爆設備數量眾多,無法定位每一臺設備位置,無法精確掌握已安裝的防爆設備位置信息,日常巡檢、維護記錄不準確,無法精準管理巡檢記錄。

③防爆設備管理臺賬數據與現場實際用的產品不符,造成安全隱患:無法對廠區整體防爆設備狀態進行可視化管理;無法清楚了解防爆設備防爆型式分布情況,從而有針對性地對員工進行培訓。由于國家標準更新,導致部分防爆設備因無法滿足國家標準要求而產生安全隱患,或無法對同類型產品替換進行合適的產品選型。

④若設備在役時間過長,且未提供有效數據證實設備可靠性,易出現安全隱患。

防爆設備管理的工作不僅針對涉爆企業。目前,國內針對涉爆企業采取園區化管理模式,即盡可能地將涉爆企業,尤其是化工企業遷至地區的化工園區內進行統一管理[9]。因此,各個化工園區的安全監督管理委員會單位(以下簡稱“安委會”)對于其管轄范圍內化工企業的防爆設備管理情況也有管理要求。

目前,安委會要求化工企業通過紙質文件方式、按照周期上報其范圍內的防爆設備情況,對設備進行備案。通過調查發現,每家企業上報的格式內容大有不同,且其中防爆信息的填寫多有問題,使得地方安委會無法對其管轄范圍內的防爆設備使用情況作出準確的數據分析和診斷。同時,由于數據的缺失,安委會也無法對某企業的防爆設備進行針對性檢查。

因此,根據上述情況的分析,針對地方政府安全監管單位存在的主要問題總結如下。

①無法實時監管化工園區、涉爆企業的防爆設備安全生產、管理情況,無可靠數據支撐。

②涉爆企業設備備案流程繁瑣,數據調檔、檢查工作量大。

③無法對涉爆企業進行針對性檢查。

在國內,除了涉爆企業和地方安監局、安委會需要對防爆設備進行管理之外,部分省市也針對防爆設備的安裝、維護提出了強制性檢查措施,聘請專業的第三方檢查機構根據GB 50257、AQ 3009 等標準對涉爆企業中的防爆設備進行檢查。檢查期間需要出具有效的檢查整改報告和檢查報告,例如上海頒布的《上海市危險化學品安全管理辦法》[10]。

3 防爆設備一體化管理平臺的建設方案

平臺提供的是針對國內防爆行業變化快、數據多、技術高等現有困難而開發的,兼具公共服務和專業技術服務的行業解決方案。平臺能夠使涉爆企業對標準、技術、管理有更詳細、更專業的了解,以便實現防爆產品生產質量、危化品生產環境管理水平等多方面的能力提升。平臺提供服務的關鍵技術主要有:構建國際一流的防爆產品檢測設備,實現測試結果的結構化和數據化。

3.1 硬件升級

通過線下測試數據的數據化和結構化,升級實驗室信息管理系統(laboratory information management system,LIMS);使用模數轉換硬件將現有設備數據由模擬量轉換為數字量,并進一步數字化;設計專用測試結果數據庫和結果邏輯,為平臺提供數據支撐。

3.2 數據整合

防爆行業存在國家標準、行業標準、地方標準等眾多標準約束,且各類標準會根據行業變化、國際標準變化而進行相應的調整。數據整合技術能夠利用網絡數據爬取技術或在線更新的方式,在系統內動態更新行業標準信息,并根據變更的標準內容關聯防爆產品設計、安裝和維護等相關數據;在系統的設備管理臺賬和安裝指導等功能中,提示標準調整所影響的設備信息,以便企業能夠作出快速決策,減少各類資源浪費。

3.3 防爆設備臺賬智能識別

防爆設備臺賬智能識別技術能夠根據用戶上傳的防爆設備清單、裝置區域參數的數據,自動判別裝置內的防爆設備參數是否滿足裝置區域參數的要求。若滿足要求,系統能顯示設備選型是否為最優選型方案,并提出選型參考方案。此外,系統會根據用戶上傳的資料自動識別不符合項內容,并提出不符合項具體內容或直接自動修改。

防爆設備臺賬智能識別技術主要功能包括防爆區域劃分識別、防爆標注書寫格式識別、防爆型式識別、防爆合格證真偽識別、防爆產品信息比對、氣體級別識別、溫度組別識別和危險介質參數識別等。

3.4 涉爆企業綜合管理效率

涉爆企業綜合管理效率功能可以根據防爆設備本體、設備使用環境、設備行業可靠性數據和人員管理能力等多方面信息進行整合,形成一套量化參考標準,將涉爆企業防爆領域的安全能力進行可視化展現。例如防爆設備本體安全等級評分、涉爆裝置總體評分、企業管理能力評分、人員資質能力評分、企業綜合情況評分等。通過量化的評分機制,能夠使涉爆企業更直觀地評估企業內部各層次的防爆安全管理水平,并針對評分較低項展開具體的維護更改措施,以此提高企業的安全能力。

3.5 防爆產品可靠性數據分析

防爆產品可靠性數據可在防爆產品進行安全完整性等級(safety integrity level,SIL)評定和企業安全儀表系統(safety instrumentation system,SIS)評估時,作為可參考的技術參數。目前,可靠性數據主要獲取來源是參考SN 29500、GJB 299C 等可靠性預計手冊,但是在役設備的實際使用數據尚無有效的獲取渠道。本平臺可通過用戶錄入的防爆產品使用、環境等數據,并且根據日常的企業維護數據,針對設備的安裝日期、維修日期、報廢日期、環境溫濕度參數、介質區域情況、有毒有害及高溫高壓情況,以及電磁環境因素、診斷測試間隔等數據進行采集和分析,將形成的數據與行業數據進行交叉比對,形成在役設備的可靠性數據,供平臺用戶查閱。

3.6 資源建設整合

本平臺根據防爆行業特征,對企業檢測認證能力、防爆相關培訓、高端儀表檢驗檢測和行業標準等相關領域的資源進行整合,從防爆產品認證、選型、安裝、維護、培訓和管理等全生命周期各個階段提供線上解決方案、信息查詢以及試驗驗證等全方位服務。

主要整合資源建設內容如下。

①防爆技術高級培訓。

面向防爆產品、認證、行業和市場等多個方面,提供專業的防爆技術培訓。培訓主要內容包括:國內外防爆行業趨勢,防爆國際市場準入政策,國內外防爆標準解讀,防爆質量管理體系解讀,防爆產品設計與實踐,防爆產品維修、安裝工程實踐,特種作業(防爆電器)電工操作證培訓和證書頒發等。

②防爆產品認證線上服務平臺。

依托線下專業的國內外防爆認證技術能力,通過平臺化的建設,將防爆認證流程標準化、資料上傳流程化,并且實現檢測認證進度可查,電子報告、證書管理,復審提醒和認證資料規范管理等一系列功能。該平臺可為用戶提供更優質的服務體驗,并且能夠更好地管理企業認證相關內容。

③高端儀器儀表檢驗檢測試驗認證。

防爆產品認證過程中,需要涉及諸多試驗項目。本平臺依托的線下高端儀器儀表檢驗檢測試驗能力,能夠全面地覆蓋絕大部分電氣和非電氣防爆產品(非礦用)的認證試驗要求,例如隔爆爆炸試驗、本安火花試驗、環境可靠性試驗、電磁兼容試驗和核電儀器儀表檢測試驗等。通過一站式的服務方式,使各個類型防爆產品的生產企業都能夠得到認證需求的滿足。

④行業、標準信息共享平臺。

通過高科技手段,建立防爆行業、標準信息共享平臺,實現以行業標準查閱、解讀、分享為價值的服務平臺,使涉爆企業能夠第一時間了解行業咨詢、掌握行業動態,并可根據需求進行相關資料查閱。平臺建設目標:通過結合系統數據庫和專業算法的支撐,將平臺建設成國內具有公信力的信息共享服務平臺。

⑤涉爆企業防爆管理、分析平臺。

通過對各個涉爆企業在服務平臺中錄入的涉爆裝置、防爆產品等相關信息的分析,整合資源,形成根據企業區域、生產類別、防爆產品分類和安全能力等數據進行分類的數據庫;對數據進行分析后,可生成針對防爆行業、防爆產品和防爆安全管理等相關的白皮書等分析資料,實現整合資源的價值最大化,并服務于行業。

⑥防爆產品可靠性數據共享平臺。

依托于國家工業自動化儀表產品質量監督檢驗中心和國家安全生產上海防爆電氣檢測檢驗中心,建立一套完整的防爆產品可靠性數據分析體系,形成我國防爆產品的安全評估專業技術服務平臺,為社會提供功能安全評估公共服務。

⑦行業、標準信息共享平臺信息采集,審核發布模塊。

通過利用Python、正則表達式等計算機技術,智能采集政府有關部門、行業組織等官方公開平臺涉及防爆行業的資訊,通過人工后臺審核的方式對信息資源進行審核。審核通過的內容標明轉載來源、轉載源鏈接等版權說明內容后,在平臺上進行展示。

⑧防爆產品認證線上服務平臺模塊。

基于對國內、國際防爆認證技術標準的消化吸收,對應現有的線下防爆認證業務的流程,將部分業務流程實施網上執行,將相關認證資料數字化,以減少認證流轉時間,并且提高認證資料、認證證書等相關數據的管理能力。

⑨國內防爆合格證查詢服務平臺模塊。

將現有國內防爆設備認證發證機構的合格證查詢平臺進行資源整合,實現一個平臺查多家機構證書的功能。

⑩防爆培訓證書查詢服務平臺模塊。

提供防爆培訓證書真偽查詢功能。

4 平臺作用驗證

為驗證防爆設備一體化管理平臺建設的必要性,利用近三年中300 個上海涉爆企業的防爆工廠檢查數據進行驗證。在相同條件下,將使用與未使用本管理平臺的數據進行交叉對比。主要驗證數據為:區域劃分準確率、設備防爆合格證正確率、設備防爆型式使用正確率、人員資質滿足率、設備可靠性評分。一體化管理平臺應用數據統計結果如圖2 所示。

圖2 一體化管理平臺應用數據統計結果Fig.2 Application data statistics results of integrated management platform

通過對項目數據的整理可知,本平臺為涉爆企業提供了安全可靠性系統評估數據支撐,使防爆產品與生產、在役過程中的安全性和可靠性得到量化管控,提升了涉爆企業對于人、物的安全管理能力和降低了事故風險。

5 結論

防爆產品多用于危險生產環境中,且在生產使用中有特殊的要求,錯誤的安裝、管理會帶來不可估量的損失。隨著石油、化工等行業的快速發展,涉爆企業通過平臺化手段管理防爆設備、提高管理能力和降低生產安全風險已成為將來發展的必然選擇。