狀態監測技術在石化企業安全生產中的應用研究

周濤

盛虹煉化（連云港）有限公司 江蘇 連云港 222065

引言

隨著科技的不斷進步，狀態監測技術已經取得了顯著的發展，包括傳感器技術、數據分析、人工智能和云計算等領域的創新，新技術的應用使得石化企業能夠實時監測生產設備的運行狀態、環境參數以及各種化學過程，從而可以及時發現潛在的故障和危險，且狀態監測技術還能夠通過數據分析和模型預測，幫助企業管理層制定更加精確的安全決策，降低事故發生的概率，所以需要推動其在石化行業中的廣泛應用，為企業的可持續發展和員工的安全提供有力支持。

1 狀態監測技術概述

狀態監測技術是一門涵蓋多領域的交叉學科，能夠實時、準確地獲取、分析和解釋各種對象或系統的狀態信息，對象或系統包括機械設備、電子系統、工業過程、環境條件、健康狀況等各種領域。狀態監測技術的發展已經在工業、軍事、醫療、環境保護和許多其他領域產生了深遠的影響，提高了安全性、可靠性和效率，降低了風險和成本。

從狀態監測技術的基本原理來看，主要包括：①傳感器技術。傳感器是狀態監測技術的核心組成部分之一，能夠將物理、化學或生物信號轉換為電信號或數字信號。傳感器的選擇取決于監測對象的特性，可以包括溫度傳感器、壓力傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器等。傳感器的工作原理多種多樣，包括電阻、電容、聲波反射、光學反射等。②數據采集與處理。狀態監測技術需要大量的數據來分析和解釋監測對象的狀態。數據采集系統負責收集傳感器生成的數據，通常包括數據存儲、數據傳輸和數據清洗等環節。數據處理則涉及信號處理、特征提取、數據挖掘和機器學習等方法，用于從海量數據中提取有用的信息[1]。③數據分析與模型建立，數據分析是狀態監測技術的核心任務之一。通過統計分析、數學建模和模式識別等技術，可以對監測對象的狀態進行分析和預測。建立適當的數學模型有助于理解監測對象的行為和性能，以及發現異常或潛在問題。④反饋與決策。狀態監測技術不僅是數據的收集和分析，還包括了反饋和決策環節。當監測系統檢測到異常或問題時，可以通過反饋機制通知相關人員或系統，以采取適當的措施。決策支持系統可以幫助管理者根據監測數據做出決策，以優化系統的運行。

2 狀態監測技術在石化企業安全生產中的價值

石化企業的安全生產一直以來都備受關注，主要是因為在石化生產過程中存在著眾多的潛在危險因素，如化學品泄漏、火災爆炸、設備故障等，一旦發生事故，不僅可能導致人員傷亡，還可能造成環境污染和財產損失。因此，提高石化企業的安全生產水平一直是行業的首要任務，狀態監測技術作為一種強大的工具，已經在石化企業安全生產中發揮了巨大的價值，主要體現在以下幾個方面：①預防事故。狀態監測技術可以實時監測生產設備的運行狀態，包括壓力、溫度、流量等參數，通過監測設備的狀態，可以及時發現潛在的故障和異常情況，從而能夠采取預防措施，避免事故的發生，有助于降低事故風險，保障員工和環境的安全；狀態監測技術還可以用于預測設備的壽命，通過監測設備的運行狀況和性能，可以識別出哪些部件可能出現磨損或疲勞，從而可以提前計劃維護和更換工作，避免設備因故障導致事故發生。②提高生產效率。狀態監測技術不僅可以用于監測設備的狀態，還可以用于監測工藝參數，通過實時監測和分析工藝數據，可以識別出生產過程中的潛在問題和改進空間，有助于優化生產過程，提高生產效率，降低生產成本；石化生產過程中，設備故障可能導致生產線停機，造成生產損失，狀態監測技術可以幫助及時發現設備問題，從而可以采取預防性維護措施，減少設備停機時間，提高生產連續性。③降低維護成本。傳統的維護方式通常是定期檢查和維護設備，不管設備是否實際需要維修，該維護方式可能會浪費人力和資源，狀態監測技術可以實時監測設備的運行狀況，只有在需要時才進行維護，降低了維護成本；通過及時發現設備問題并采取合適的維護措施，狀態監測技術可以延長設備的壽命，降低了設備更換的頻率和成本，對于石化企業來說是一項重要的經濟利益[2]。④改善環境保護。狀態監測技術可以監測化工過程中的各種參數，包括液位、壓力和流量等。通過實時監測，可以及時發現泄漏或排放問題，從而采取措施減少化學品泄漏和環境污染；石化企業通常位于環境敏感區域，因此對環境保護要求嚴格，狀態監測技術可以用于環境監測，監測空氣和水質等環境因素，以確保企業的生產不對周圍環境造成負面影響。

3 狀態監測技術在石化企業安全生產中的應用

3.1 建設全面的安全生產監測系統

在建設全面的安全生產監測系統時，需要選擇合適的傳感器和監測設備，不同的生產環境和設備需要不同類型的傳感器來監測溫度、壓力、流量、振動等參數，所以必須根據具體的需求來選擇適合的監測設備，確保其能夠準確、穩定地采集數據。選擇合適的傳感器和監測設備后，需要建立數據采集系統，以實時收集監測數據，可以通過現場數據采集裝置或自動化控制系統來實現，數據采集系統應具備高可靠性和實時性，以確保數據的及時性和準確性；監測系統生成大量的數據，因此需要建立有效的數據存儲和管理系統，數據存儲可以采用數據庫或云存儲等方式，確保數據安全、可靠地保存，且需要建立數據管理系統，包括數據備份、恢復和訪問控制等功能，以確保數據的完整性和可用性。為了更好地理解監測數據，可以采用數據可視化工具，將數據以圖形和圖表的形式呈現出來，有助于操作人員快速識別問題，并采取行動，同時需要定期生成報告，匯總監測數據的趨勢和統計信息，以幫助管理層做出決策。監測系統還應具備故障診斷和維護功能，如果發現異常情況，系統應能提供詳細的故障診斷信息，幫助工程師快速定位問題，定期維護監測設備必不可少，從而確保其穩定運行。

3.2 構建石化生產安全生產狀態監測模型

構建安全生產狀態監測模型的第一步是收集相關數據和應用傳感技術，以獲得有關生產設備和工藝的實時信息，在石化生產現場部署各種傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、紅外熱像儀等，以監測設備的各種參數和性能；收集的數據需要進行記錄和存儲，通常使用數據記錄儀或云存儲系統來存儲大量數據，并確保數據的安全性和可訪問性；為了將數據傳輸到監測模型中進行分析，需要建立可靠的數據通信網絡，以確保數據能夠實時傳輸到監控中心或云端服務器；采集的數據通常包含噪音和異常值，因此需要進行數據處理和清洗，以提高數據的質量和準確性。在獲得實時數據后，下一步是建立監測模型，用于分析和評估設備狀態和生產過程的安全性，利用數據分析技術，提取有關設備性能和狀態的關鍵特征，如溫度趨勢、振動頻率、壓力變化等；應用機器學習算法，如支持向量機、神經網絡、決策樹等，對提取的特征進行訓練和建模，以識別異常和故障情況；創建設備正常運行狀態的基準模型，以便與實際數據進行比較，從而檢測到任何異常情況；除了異常檢測，還可以建立預測模型，用于預測設備故障和生產過程中的潛在問題，以提前采取措施。構建監測模型后，需要建立報警系統和決策支持系統，以便在發現異常或故障時及時采取措施，保障安全生產，需要為不同的設備和工藝參數設置報警閾值，一旦數據超出閾值，就觸發警報；建立報警通知系統，通過短信、郵件、電話等方式通知相關人員，以便能夠及時響應；構建決策支持系統，提供實時數據和分析結果，幫助管理層和操作人員做出明智的決策，包括設備停機、維修計劃等；利用監測模型的結果，可以制定預防性維護計劃，定期檢修設備，延長設備壽命和提高生產效率。除此之外，構建石化生產安全生產狀態監測模型是一個持續改進和優化的過程，需要整合不同數據源的信息，如生產數據、設備數據、環境數據等，以獲得更全面的視圖，并定期更新監測模型，包括重新訓練機器學習模型，以適應不斷變化的生產條件和要求，同時在當發生故障時，進行深入的分析，找出根本原因，并采取措施，以防止類似問題再次發生[3]。

3.3 機械設備故障預防監測

在石化企業生產過程中，機械設備如果出現故障，很容易引起重大安全事故，所以需要做好對機械設備故障的預防監測。在傳感器監測中，溫度傳感器廣泛應用于石化企業的設備監測中，可以監測設備的工作溫度，及時發現溫度異常，如過熱或過冷，以預防設備故障，溫度傳感器還可以檢測到潛在的熱點問題，如摩擦、潤滑不良或電氣問題；壓力傳感器用于監測管道、容器和壓力設備的壓力變化，能夠及時檢測到壓力異常，如泄漏或過壓，從而防止可能導致事故的問題；液位傳感器通常用于監測液體儲罐的液位高度，通過監測液位，可以避免液位過高或過低引發的問題，如溢出或干燥。在紅外熱像技術中，紅外熱像儀可以測量設備表面的溫度分布，用于監測設備是否存在過熱問題，可以非接觸地檢測到設備中的熱點，如電氣連接不良、磨損、潤滑不足或故障元件，該技術可以幫助預防火災和設備故障；通過分析紅外熱像圖，可以識別設備表面的溫度異常，異常可能是故障的早期跡象，通過熱圖分析可以及時發現問題并采取維護措施，防止事故發生。在超聲波檢測中，超聲波傳感器可以檢測到設備中的聲音或聲波，用于監測設備的機械振動、泄漏或流體流動情況，異常的聲音通常表明設備存在問題，如軸承故障、泄漏或堵塞；超聲波監測技術可以將傳感器收集到的聲音信號轉化為可視化的數據，以便分析和診斷，通過檢測聲音頻率和振幅的變化，可以確定設備的工作狀態和問題類型，從而指導維護工作。

3.4 石化生產過程危險源監測

振動監測技術是一種廣泛應用于石化企業的狀態監測方法，通過安裝振動傳感器來監測設備的振動情況，從而檢測設備是否存在異常或故障。在危險源監測中，石化企業中的泵站通常用于輸送各種化學物質，如果泵站出現故障可能導致泄漏或爆炸事故，振動監測可以實時監測泵站的振動情況，一旦發現異常振動，就可以及時停機維修，避免事故發生；石化企業中的旋轉設備如離心機、風機、壓縮機等需要長時間運轉，振動監測可以檢測設備的偏差和不平衡，防止設備因振動過大而損壞；管道系統的振動異常可能導致管道疲勞或泄漏，振動監測可以及時發現并解決這些問題，確保管道系統的安全性。氣體監測技術在石化企業中的應用十分廣泛，可以檢測危險氣體的濃度，以確保工作環境的安全。在危險源監測中，石化企業中通常需要使用各種危險氣體，如氨氣、氯氣等，如果泄漏可能對工作人員和環境造成嚴重威脅，氣體監測技術可以實時監測氣體濃度，如果發現泄漏，就能夠及時采取措施，減少事故風險；監測工作區域中危險氣體的濃度，確保不超出安全范圍，保障工作人員的健康和安全；建立氣體檢測預警系統，一旦檢測到危險氣體濃度異常，立即觸發警報，以便工作人員采取緊急措施。

4 結束語

綜上所述，狀態監測技術在石化企業安全生產中發揮了重要的價值，通過預防事故、提高生產效率、降低維護成本和改善環境保護等方面的作用，為石化企業提供了強大的工具，有助于保障員工的安全和環境的健康。隨著技術的不斷進步，狀態監測技術將繼續發揮更大的作用，為石化企業的可持續發展提供有力支持，因此石化企業應積極采用和推廣狀態監測技術，以提高安全生產水平并保護生態環境。