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 金國艷

摘 要 介紹石化企業(yè)危險源辨識及其分級判斷標(biāo)準，在此基礎(chǔ)上設(shè)計由實時信息功能管理模塊+環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)+消防通風(fēng)系統(tǒng)組成的智能控制系統(tǒng)。實際應(yīng)用表明：系統(tǒng)投運后，安全度達到98%，緊急問題響應(yīng)時長僅3.2 s。

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

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

石油化工產(chǎn)業(yè)在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中具有很重要的作用［1］。由于石化企業(yè)在生產(chǎn)運行時極易發(fā)生爆炸、有害物質(zhì)泄漏等危險事故［2，3］，因此需要采取有效措施加以預(yù)防［4］。國內(nèi)外學(xué)者針對石化企業(yè)安全生產(chǎn)持續(xù)進行了相關(guān)研究［5～7］，文獻［8］結(jié)合實例分析了信息化建設(shè)在石化企業(yè)生產(chǎn)過程中的作用；文獻［9］將機電控制技術(shù)應(yīng)用于石化生產(chǎn)過程，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［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(yè)危險源辨識及其分析判斷標(biāo)準，設(shè)計智能控制系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)過程的安全度。

1 石化企業(yè)危險源辨識和分級

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

1.1 重大危險源辨識

石化企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要對影響安全的危險源進行風(fēng)險評估，主要步驟如下：

a. 生產(chǎn)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(fā)生的概率和危害進行定量分析和定性評估；

e. 依據(jù)評估結(jié)果對企業(yè)防護系統(tǒng)進行設(shè)計、升級［11］。

對于石化企業(yè)來說，對生產(chǎn)過程危險源進行風(fēng)險評估是保證企業(yè)安全生產(chǎn)管理的重要措施。石化企業(yè)的危險源種類繁多，主要來源于原材料和生產(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。生產(chǎn)工藝方面，由于石化企業(yè)在生產(chǎn)過程中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，涉及裂解、加氫、氧化、烷基化等重點監(jiān)管的危險化工工藝，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱量和能量。因此，科學(xué)的危險源辨識和風(fēng)險評估對于石化企業(yè)的安全生產(chǎn)具有至關(guān)重要的作用。

1.2 重大危險源分級

目前，針對石化企業(yè)的危險源分級有很多，校正比值求和法，以及根據(jù)死亡人數(shù)和財產(chǎn)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(nèi)的各種危險化學(xué)品的存有量與設(shè)計最大值進行對比，通過校正系數(shù)判斷實際的危險源等級。校正比值求和法引入了危險品數(shù)量的校正系數(shù)α和β（其中，α為危險化學(xué)品實際存有量的校正系數(shù)，β為危險化學(xué)品的危害性校正系數(shù)），其重大危險源分級指標(biāo)R的計算式為：

其中，q，q，…，q為實際危險化學(xué)品儲存量；Q，Q，…，Q為設(shè)計標(biāo)準的危險化學(xué)品最大存儲量。

石化企業(yè)化學(xué)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(fā)生時對整體經(jīng)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(guān)系見表3。

1.2.2 死亡人數(shù)和財產(chǎn)損失判斷法

死亡人數(shù)和財產(chǎn)損失判斷法的特點是通過數(shù)據(jù)的收集判斷事故發(fā)生對人員的傷害和財產(chǎn)損失，根據(jù)危險品影響范圍內(nèi)的財產(chǎn)損失進行分級。操作流程如圖1所示。

在使用死亡人數(shù)和財產(chǎn)損失法對石化企業(yè)重大危險源進行分級時，需計算財產(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)財產(chǎn)損失系數(shù)；W為蒸氣云的TNT當(dāng)量。

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

將上述兩種方法得出的結(jié)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(tǒng)的設(shè)計提供更可靠的參考。

2 石油化工安全生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)及實時信息功能管理模塊

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基礎(chǔ)模塊；技術(shù)層由不同框架結(jié)構(gòu)組成，對界面層的運行提供技術(shù)支持；業(yè)務(wù)層負責(zé)前端數(shù)據(jù)收集和應(yīng)急管理。

實時信息自動管理模塊隸屬于業(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)可以通過實時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)，以判斷各因素對安全生產(chǎn)的影響，并提高企業(yè)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(chǎn)安全的因子進行處理，通過數(shù)據(jù)比對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。

2.2 主要設(shè)備選型

溫度是石化生產(chǎn)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(jiān)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(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是為了實時監(jiān)測石化企業(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)探測到室內(nèi)有害氣體含量超標(biāo)時發(fā)出報警，同時聯(lián)動消防通風(fēng)系統(tǒng)進行有效調(diào)節(jié)，保障工作人員的安全作業(yè)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由PT100溫度傳感器、自動煙霧感應(yīng)裝置等組成，其工作原理如圖5所示。無線傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)遠程布線且具有低功耗特征，搭配遠程自動網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議模塊實時采集溫控范圍內(nèi)的溫度及濕度參數(shù)，具有高效、實時的特性。

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，空氣流動模擬體系如圖6所示。

通風(fēng)系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)測系統(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，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)會將溫、濕度等數(shù)據(jù)實時上傳到終端控制系統(tǒng)，通過消防通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動實現(xiàn)遠程智能啟、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，選取文獻中的信息化技術(shù)、文獻中的機電控制技術(shù)和筆者所提系統(tǒng)對某石化企業(yè)生產(chǎn)過程進行安全控制，安全度及緊急問題響應(yīng)時長的比較結(jié)果見表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)過程的安全度高達98%，響應(yīng)時長僅3.2 s，優(yōu)于另兩種方法，原因是所提系統(tǒng)首先通過校正比值求和法、死亡人數(shù)和財產(chǎn)損失判斷法對企業(yè)危險品進行了精準分類，為石油安全系統(tǒng)的設(shè)計提供了可靠的參考，同時，筆者所提系統(tǒng)具有較為靈敏的感應(yīng)裝置，可及時發(fā)出報警信號，縮短了緊急問題響應(yīng)時間，并通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和消防通風(fēng)系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)處理。

4 結(jié)束語

基于校正比值求和法、死亡人數(shù)和財產(chǎn)損失判斷法對石化企業(yè)中的危險品進行了精準分類，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了智能自控系統(tǒng)。實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)的安全度達到了98%，緊急問題響應(yīng)時長僅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)過程，提高了企業(yè)生產(chǎn)過程的安全性，具有較好的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

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