智能控制系統在石化企業安全生產中的應用

張群杰 金國艷

摘 要 介紹石化企業危險源辨識及其分級判斷標準，在此基礎上設計由實時信息功能管理模塊+環境監測系統+消防通風系統組成的智能控制系統。實際應用表明：系統投運后，安全度達到98%，緊急問題響應時長僅3.2 s。

關鍵詞 智能控制系統 石化生產安全 危險源辨識

中圖分類號 TP393? ?文獻標志碼 B? ?文章編號 1000?3932（2024）01?0138?05

石油化工產業在我國國民經濟發展中具有很重要的作用［1］。由于石化企業在生產運行時極易發生爆炸、有害物質泄漏等危險事故［2，3］，因此需要采取有效措施加以預防［4］。國內外學者針對石化企業安全生產持續進行了相關研究［5～7］，文獻［8］結合實例分析了信息化建設在石化企業生產過程中的作用；文獻［9］將機電控制技術應用于石化生產過程，提高了企業的生產監管水平，有效降低了安全事故發生的概率；文獻［10］基于等價馬爾可夫鏈研究了石油化工實時情景模型。

筆者基于石化企業危險源辨識及其分析判斷標準，設計智能控制系統，以提高生產過程的安全度。

1 石化企業危險源辨識和分級

石化企業的風險評估一般是指對危險事故發生的概率和產生的影響進行評估，同時分析事故可能發生的原因和安全系統的可靠度。對重大危險源進行辨識和分級，有利于石化企業提前了解企業的安全系數，對企業的安全運行起到提前預警和整改的作用。

1.1 重大危險源辨識

石化企業在生產過程中需要對影響安全的危險源進行風險評估，主要步驟如下：

a. 生產信息收集；

b. 對危害物進行辨識和分類；

c. 對不同級別的危險源進行判斷，決定是否采取必要措施；

d. 針對危險事故發生的概率和危害進行定量分析和定性評估；

e. 依據評估結果對企業防護系統進行設計、升級［11］。

對于石化企業來說，對生產過程危險源進行風險評估是保證企業安全生產管理的重要措施。石化企業的危險源種類繁多，主要來源于原材料和生產工藝［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。石化生產的原材料大部分是危險化學品，不能得到合適的處理就可能引發化學品污染和化學反應等風險。生產工藝方面，由于石化企業在生產過程中發生復雜的化學反應，涉及裂解、加氫、氧化、烷基化等重點監管的危險化工工藝，反應過程中會產生大量的熱量和能量。因此，科學的危險源辨識和風險評估對于石化企業的安全生產具有至關重要的作用。

1.2 重大危險源分級

目前，針對石化企業的危險源分級有很多，校正比值求和法，以及根據死亡人數和財產損失判斷危險源級別的方法較為常見［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的各種危險化學品的存有量與設計最大值進行對比，通過校正系數判斷實際的危險源等級。校正比值求和法引入了危險品數量的校正系數α和β（其中，α為危險化學品實際存有量的校正系數，β為危險化學品的危害性校正系數），其重大危險源分級指標R的計算式為：

其中，q，q，…，q為實際危險化學品儲存量；Q，Q，…，Q為設計標準的危險化學品最大存儲量。

石化企業化學危險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生時對整體經濟和人員的影響，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。

重大危險源的級別和R值的關系見表3。

1.2.2 死亡人數和財產損失判斷法

死亡人數和財產損失判斷法的特點是通過數據的收集判斷事故發生對人員的傷害和財產損失，根據危險品影響范圍內的財產損失進行分級。操作流程如圖1所示。

在使用死亡人數和財產損失法對石化企業重大危險源進行分級時，需計算財產損失的半徑范圍：

其中，R為t區域內的半徑；K為t區域內財產損失系數；W為蒸氣云的TNT當量。

通過式（2）可以計算出死亡人數和財產損失的范圍，從而得到危險源的級別。分級標準見表4。

將上述兩種方法得出的結果進行融合處理，得到最終的分級，以加強對危險源分級的準確性，為石油安全智能控制系統的設計提供更可靠的參考。

2 石油化工安全生產系統的設計

2.1 系統總體架構及實時信息功能管理模塊

石化企業安全生產管理系統主要由界面層、技術層和業務層組成，系統框架如圖2所示。界面層展示了安全管理的各個基礎模塊；技術層由不同框架結構組成，對界面層的運行提供技術支持；業務層負責前端數據收集和應急管理。

實時信息自動管理模塊隸屬于業務層，其架構如圖3所示，在石化企業安全生產系統中起著至關重要的作用，主要包括安全數據的查詢、日平均數據等。

石化企業可以通過實時信息功能管理模塊有效查詢和分析所在地區的相關數據，以判斷各因素對安全生產的影響，并提高企業的安全管理效率。在實時信息管理模塊中，還可以對影響生產安全的因子進行處理，通過數據比對判斷各影響因素的危害程度，從而更好地預防和控制風險。

2.2 主要設備選型

溫度是石化生產過程安全度的高影響因素之一，因此選擇PT100溫度傳感器檢測煙氣溫度，PT100的測量范圍廣，可對-30～150 ℃的溫度信號進行有效監測，敏感度達到0.1 ℃。如圖4所示，PT100主要通過兩線制方式進行有效連接，其輸入信號強度5～20 mA。

2.3 環境監測系統

環境監測系統是為了實時監測石化企業設備間的有害氣體濃度以及環境溫度和濕度，當系統探測到室內有害氣體含量超標時發出報警，同時聯動消防通風系統進行有效調節，保障工作人員的安全作業。環境監測系統主要由PT100溫度傳感器、自動煙霧感應裝置等組成，其工作原理如圖5所示。無線傳感器能夠實現遠程布線且具有低功耗特征，搭配遠程自動網絡控制協議模塊實時采集溫控范圍內的溫度及濕度參數，具有高效、實時的特性。

2.4 消防通風系統

消防通風系統可以通過空氣質量感應設備智能調節特定區域內的空氣質量，空氣流動模擬體系如圖6所示。

通風系統與環境監測系統組成循環風智能體系，確保設備處于有效的控制環境內。同時，環境監測系統會將溫、濕度等數據實時上傳到終端控制系統，通過消防通風系統的聯動實現遠程智能啟、閉操作。消防通風系統由溫、濕度感應裝置、空氣感應裝置和人工智能自控設備組成。

3 應用

為驗證智能控制系統在石化企業應用的有效性和可靠性，選取文獻中的信息化技術、文獻中的機電控制技術和筆者所提系統對某石化企業生產過程進行安全控制，安全度及緊急問題響應時長的比較結果見表5。

可以看出，筆者所提智能控制系統在石化企業生產過程的安全度高達98%，響應時長僅3.2 s，優于另兩種方法，原因是所提系統首先通過校正比值求和法、死亡人數和財產損失判斷法對企業危險品進行了精準分類，為石油安全系統的設計提供了可靠的參考，同時，筆者所提系統具有較為靈敏的感應裝置，可及時發出報警信號，縮短了緊急問題響應時間，并通過環境監測系統和消防通風系統進行協調處理。

4 結束語

基于校正比值求和法、死亡人數和財產損失判斷法對石化企業中的危險品進行了精準分類，在此基礎上設計了智能自控系統。實際應用表明，系統的安全度達到了98%，緊急問題響應時長僅3.2 s，系統能夠很好地適用于石化企業的安全生產過程，提高了企業生產過程的安全性，具有較好的經濟效益和良好的社會效益。

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