工业互联网在危险化学品安全生产中的应用与展望
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关键词 | 大型 离心泵轴承密封 泄露
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导 读
危险化学品生产过程具有高温、高压、易燃、易爆、易中毒、易腐蚀、生产连续性较强的特点，生产、使用、储存、运输及经营等过程中若控制不当或管理不善，很容易引起火灾爆炸和有毒物质泄漏事故。随着我国化学品生产总量不断增长，危险化学品生产朝着多样化、复杂化、精细化的方向发展，对危险化学品安全监管提出了更高的要求。在由化工大国向强国转变的重要时期，安全环保已成为行业转型升级的核心竞争力，坚持统筹发展与安全，是实现危化品领域高质量发展的必然之路。为有效防范化解重大安全风险，遏制事故多发势头，应充分利用科技和信息化手段，全面提升安全发展水平，推动安全生产形势持续稳定好转。
01.
工业互联网技术背景
工业互联网是融合新一代信息技术与先进制造业技术的新兴业态，已经成为加速产业创新发展和经济社会数字化转型的关键引擎。目前，全球工业互联网平台市场持续呈现高速增长态势，工业互联网在先进制造业行业已有较为成熟的应用，例如美国通用电器在2013年构建了工业互联网产品Predix平台，主要包括资产安全监控、工业数据管理、工业数据分析、云技术应用和移动性的四大核心业务功能；西门子推出开放式物联网云平台MindSphere，将传感器、控制器及各种信息系统收集的工业现场设备数据，通过工业网络实时传输到云端，并在云端为企业提供数据分析、工业APP开发以及其他工业相关应用服务，以提高工厂生产效率。国内工业互联网技术正处于从概念到实践的过渡阶段，并结合我国国情出台了诸多推动政策和实施方案，华为FusionPlant平台、阿里SupET平台、海尔COSMOPlat平台等具有一定行业影响力的工业互联网平台正不断涌现。
02.
工业互联网在危化品安全的应用
2.1 工业互联网在危化品领域的应用现状
危化品的生产过程多具有流程工业的典型特点，在工业互联网的实施方面具有得天独厚的优势。目前，国外大型炼化公司已着手开展工业互联网平台搭建，例如壳牌联合微软开发了Smart Connect物联网解决方案，通过从炼化企业等现场的传感器收集设备实时监测数据，并通过监测数据计算模型来预测设备的维护时间；工业互联网在国内危化品领域数字化转型的应用过程中，以安全风险监测预警为切入点，按工业互联网架构建立了全国危险化学品安全风险监测预警系统，并在应急管理部、省、市、县等各监管层级及企业得以实施应用，初步实现了全国危化品监测监控数据在线联网、风险研判、风险预警等功能。
2.2 “工业互联网+安全生产”为危化品领域安全
发展提供科学指引2020年工信部、应急部联合发布《“工业互联网+安全生产”行动计划(2021-2023年）》，将通过工业互联网在危险化学品安全生产中的融合应用，在安全生产的感知、监测、预警、处置和评估等多方面赋能危险化学品领域，主要包括以下方面：
a）提高工艺参数的调控能力，确保生产工艺运行平稳。
b）建立设备状态监控体系，确保现场装备健康可靠。
c）减少依靠人工、经验等的操作程序，确保现场管理的合规精细。
d）挖掘数据间的关系，打破数据孤岛，确保现场应急处置的科学决策。
利用“工业互联网+安全生产”实现危险化学品安全生产风险全过程、全链条的态势感知，增强企业安全风险主动防控能力，提高政府监察的精准性、有效性，有力提升科学预防、过程管控、综合治理和精准治理水平。
2.3 “工业互联网+安全生产”提升企业本质安全
水平的技术支撑“工业互联网+安全生产”行动计划提出的“数据+模型+平台”架构为危化品企业的安全生产提供了新技术体系和管理模式。本质安全基于安全保护层理念，以风险防控为核心，涵盖工艺设计与操作、设备长周期运行、生产风险管控及现场安全管理等石化生产全生命周期，可实现安全风险的全面可控。
a）在工艺安全方面开发工艺平稳性关键技术，以提升装置自控和平稳水平操作为目标，将异常工况识别预警、基于风险的工艺报警评估及优化、控制回路性能评估及优化、安全联锁系统定级与验证可靠性评估等技术融为一体，形成工艺平稳性一体化技术平台，以工艺事故发展规律为主线，实现异常预警、报警与处置优化和安全自控提升联锁，降低工艺运行风险，提升装置的安全平稳运行水平。
b）在设备管理方面开发设备完整性关键技术，涵盖基于风险的腐蚀在线监检测、基于声学的设备缺陷损伤在线识别与开裂风险预警、大机组故障模式自动识别、渐变性大机组故障早期预警、突发性叶片断裂故障预警等技术，将数据模型与机理模型相融合，通过工艺参数和设备参数的协同分析，实现塔、罐、管线等静设备的长周期安全运行，以及机组等动设备典型故障的异常预警和多维诊断。
c）通过构建装置风险识别评估与量化知识算法体系，开发系统风险量化模型算法、专业计算工具与智能管控专家平台，形成设备设施装置安全可靠性数据库、行业事故案例数据库等，构建装置系统风险量化与智能管控专家平台，实现覆盖储罐区和生产装置等重大危险源的工艺、设备、泄漏、风险、直接作业环节等多因素的风险识别与量化。在此基础上，依托安全风险监测预警系统，实现工艺、设备、泄漏等全要素安全风险动态表征与分级预警，以数字化手段帮助企业管理人员实时掌控重大危险源运行状态和企业安全风险动态。
d）建立风险分级管控与隐患排查治理的双重预防机制，确保安全风险分级管控与隐患排查治理机制“线上线下”的有机结合、有效实施，实现现场人员不安全行为和设备设施不安全状态的管控。在企业安全生产风险分析评估的基础上，针对高风险设施和特殊作业活动，增加企业安全管理相关指标的动态监测，建立企业风险隐患监测预警的数字化工具，实现风险分级管控与隐患排查的闭环管理，强化企业安全管理的有效性。
03.
推进“工业互联网+安全生产”落地对策
3.1 完善“工业互联网+安全生产”的法规体系
针对危化品领域工业互联网行业应用标准缺乏的问题，强化顶层设计，加强布局研究，围绕工业安全数据质量、网络安全等设计法律法规，围绕应用技术门槛、数据统一标准等形成标准规范，协调相关部委和管理部门，确保工业互联网与行业安全生产标准同规划、同部署、同发展，实现自动贯标，形成“工业互联网+危化安全生产”的国家、行业和企业标准体系。
3.2 打造支撑“工业互联网+安全生产”的创新能力
a）围绕风险快速感知，加快MEMS芯片设计、微纳传感材料、智能传感器件、异常工况感知、关键设备状态监测等需求，开发低成本传感和测量仪器，全面支撑人员、设备、生产、仓储、物流、环境等多方面的感知需求。
b）围绕风险超前预警，重点针对负荷调整、异常处置等典型操作，开发智能操作导航技术；选择典型装置和代表性工艺，开发装置动态风险监测预警技术和过程控制系统高效运行一体化技术，开发高危工艺装置安全生产风险预警模型，实现精准预测、智能预警和超前预警。
c）围绕应急处置，完善行业典型事故案例库、应急演练场景库、应急处置预案库，基于工业互联网平台开展基于虚拟现实、增强现实或数字孪生技术的安全生产风险仿真、应急演练和隐患排查，推动应急处置向事前预防转变。
d）围绕风险评估，建立纵向贯穿企业、省市区县以及全国安全风险的量化评价方法，以及横向贯穿生产、储存、运输、经营、使用、废弃等环节的危险化学品行业全生命周期风险评估模型，依托风险感知、数据传输以及云计算等技术，实现行业安全风险的动态评估机制。
3.3 建设“工业互联网+安全生产”的示范工程
制定危化品行业“工业互联网+安全生产”示范工程计划，重点完成安全智能工厂的建设工作。持续推进“工业互联网+危化安全生产”智能传感采集装备、关键机理模型和算法、核心场景应用等技术研发，按照装置层、企业层、园区层、政府层构建“工业互联网+危化安全生产”整体解决方案并示范应用，提升行业企业本质安全化水平，引领石油化工行业数字化转型，不断提升石油化工和危化化学品安全领域的核心竞争力和科技影响力。力争在1~3年内，以催化裂化、加氢等典型装置为切入点，将数字孪生技术深度融入装置的安全生产管理，推进装置智能化安全绿色运行技术研发，实现智能工厂从“厂级”到“装置级”的突破，为装置层面的数字化转型提供有效抓手，系统提升催化裂化、加氢等生产装置的风险感知、监测预警、风险评估以及应急处置能力，围绕工艺过程异常工况诊断、动静设备状态监测、工艺过程分析、泄漏管理以及安全环保一体化管控等形成系统的智能化提升方案，在3家以上的生产企业完成示范工程建设，在此基础上实现行业的覆盖式推广。
3.4 搭建“工业互联网+安全生产”的研发平台
广泛吸纳国内外先进创新力量，创新产学研用合作机制，在依托现有的化学品安全控制国家重点实验室等试验平台的基础上，尝试建立围绕“工业互联网+安全生产”这一交叉学科的重点实验室、工程中心、创新中心、产业孵化器以及创新团队等平台，为后续工作创建长效机制。同时开发基于工业互联网的仿真培训考试系统，加快企业内外专业人才培养力度；加强危化品行业安全生产实训基地建设，逐步解决行业安全生产复合型人才紧缺的问题。
3.5 培育“工业互联网+安全生产”的公共服务和产业孵化基地
建立数据存储机制，构建企业级和行业级安全大数据中心，对重点危化品企业的贮存设施、生产装置、关键设备等高风险区域安全生产信息进行动态采集与存储，实现行业安全生产全过程、全要素、全产业链的连接与管理；创新数据共享机制，深度融合大数据、人工智能、区块链等新一代信息技术，建成行业安全风险监测与公共服务平台，提升行业内跨部门、跨层级的安全生产联动联控能力；发展新产业模式，依托数字孪生模拟装置，开发重点装置安全生产评估模型与工具集，实现对安全生产处置措施、安全事故调查、安全隐患排查等需求的远程诊断与专家支持服务；依靠自主创新，围绕MEMS芯片设计、智能传感器制造、泄漏扩散模拟软件、大数据挖掘算法等领域，突破卡脖子技术，提高危化品行业工业互联网的国际杨哲.工业互联网在危险化学品安全生产中的应用与展望竞争力；围绕智能化管控应用，开展危化品行业安全管理经验知识的软件化沉淀，加快安全仪表等自控专业软硬件开发，不断推出工艺优化、预防维修、智能巡检、个体防护等方面的智能APP和解决方案，实现安全生产管理水平的持续提升。
结 语
工业互联网是全球新一轮科技革命和产业革命的新动力，也是我国工业高质量发展的新引擎。我国危化品规模大、涉及面广、全生命周期链条长，蓬勃发展的背后是安全生产管控的巨大挑战。同时，危化品领域具有较为完善的工业基础，已经成了规模可观的完整工业体系，工业设备和工业数据储备庞大，具有发展工业互联网的基础条件和优势。当前，我国工业互联网的发展已进入“快速落地期”，应当牢牢抓住“工业互联网+安全生产”行动计划的机遇，从法规体系保障、支撑技术创新、示范工程建设、研发平台搭建、产业应用基础提升、人才培养等方面，积极开展“工业互联网+危化品安全生产”的核心能力培育和推广基础建设，推动工业互联网赋能危化品安全生产落地见效，有力提升科学预防、过程管控、综合治理和精准治理水平。
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