王文正，辛一男，陳 亮，賀輝宗，穆 波，厲建祥

(1.中石化安全工程研究院有限公司，山東青島 266104 2.中石化管理體系認(rèn)證(青島)有限公司，山東青島 266104)

0 前言

1961年，美國(guó)學(xué)者吉布森(Gibson)提出能量意外釋放理論，指出事故是一種不正常的或不希望的能量釋放，意外釋放的各種形式的能量是構(gòu)成傷害的直接原因，揭示了事故發(fā)生的物理本質(zhì)，為人們?cè)O(shè)計(jì)并采取安全技術(shù)措施提供了理論依據(jù)[1]。美國(guó)職業(yè)健康安全管理局統(tǒng)計(jì)，約有10%的重大安全生產(chǎn)事故是由于危險(xiǎn)能量控制不當(dāng)或不足導(dǎo)致的，每年大約有25萬例事故與能量的意外釋放有關(guān)[2]。國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)因能量隔離不當(dāng)導(dǎo)致的事故頻發(fā)[3-4]，對(duì)283起事故統(tǒng)計(jì)分析表明，與能量隔離鎖定相關(guān)的事故達(dá)到70起，占比25%。通過對(duì)能量隔離鎖定的相關(guān)事故深入分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致能量隔離不當(dāng)?shù)脑蛑饕形ｋU(xiǎn)能量識(shí)別不到位、未能有效識(shí)別隔離點(diǎn)位、能量隔離措施不到位、能量隔離失效4個(gè)方面，其中危險(xiǎn)能量識(shí)別不到位和能量隔離措施不到位是最主要的因素，部分事故的發(fā)生與多方面因素有關(guān)，如圖1所示。

圖1 能量隔離事故原因分析

為有效管控石化行業(yè)危險(xiǎn)能量和物料意外釋放帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，?？松梨?、殼牌、中石油、中海油等國(guó)內(nèi)外石油化工企業(yè)分別通過制定制度要求等形式建立了能量隔離與上鎖掛牌管理程序，各國(guó)政府及行業(yè)協(xié)會(huì)也通過發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來推動(dòng)能量隔離與上鎖掛牌管理要求的落實(shí)，如GB/T 33579—2017、OSHA 1910.147等[5-8]。目前，國(guó)內(nèi)外石油化工企業(yè)執(zhí)行能量隔離與上鎖掛牌管理程序，對(duì)隔離點(diǎn)位進(jìn)行鎖定主要以機(jī)械式鎖具為主[9-11]。但隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和石化企業(yè)安全生產(chǎn)智能化、信息化管控程度的持續(xù)提升，傳統(tǒng)機(jī)械式鎖具的弊端日益突出。一方面，機(jī)械式鎖具對(duì)能量隔離過程鎖定權(quán)限的管控不足，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離點(diǎn)位鎖定狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和過程追溯。另一方面，缺乏對(duì)裝置危險(xiǎn)能量、物料介質(zhì)以及隔離點(diǎn)位等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，且能量隔離鎖定信息未與作業(yè)許可、作業(yè)安全分析(JSA)結(jié)果實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，嚴(yán)重制約了檢維修作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)一體化管控的實(shí)現(xiàn)。

因此，本研究基于廣泛調(diào)研和事故數(shù)據(jù)分析建立中國(guó)石化能量隔離與上鎖掛牌管理程序，采用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了能量隔離管控系統(tǒng)和智能鎖定設(shè)備，通過對(duì)能量隔離與上鎖掛牌的授權(quán)確認(rèn)和過程管控，實(shí)現(xiàn)檢維修作業(yè)能量隔離與上鎖掛牌全過程數(shù)據(jù)化、可視化、規(guī)范化管控。

1 能量隔離與上鎖掛牌管理程序

基于能量意外釋放理論，對(duì)國(guó)內(nèi)外能量隔離法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)石油化工企業(yè)能量隔離管理現(xiàn)狀開展系統(tǒng)調(diào)研，總結(jié)形成石油化工行業(yè)能量隔離與上鎖掛牌的核心流程和管理實(shí)踐。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)石化實(shí)際，編制發(fā)布《中國(guó)石化能量隔離管理規(guī)定》，明確危險(xiǎn)能量與物料風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、隔離實(shí)施、驗(yàn)證確認(rèn)、上鎖掛牌、解鎖摘牌等核心流程，如圖2所示。核心流程的關(guān)鍵管理要求：①風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)：生產(chǎn)單位技術(shù)人員(工藝、設(shè)備、電氣、儀表等崗位)根據(jù)作業(yè)區(qū)域內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)或環(huán)境內(nèi)所有的危險(xiǎn)能量和物料的來源和類型，辨識(shí)可能存在的危害，確定能量隔離點(diǎn)位，明確能量隔離方法措施；②隔離實(shí)施：機(jī)械(工藝)隔離應(yīng)將設(shè)備、設(shè)施及裝置與動(dòng)力源、氣體源和液體源物理斷開；電氣(含儀表通訊)隔離應(yīng)將電路或設(shè)備部件從所有的輸電源頭安全可靠地分離開；③驗(yàn)證確認(rèn)：生產(chǎn)單位應(yīng)通過檢測(cè)確認(rèn)危險(xiǎn)能量或物料已被清空或已被隔離；對(duì)存在電氣危害的，生產(chǎn)單位應(yīng)組織施工單位在斷電后實(shí)施驗(yàn)電或放電接地試驗(yàn)；檢維修作業(yè)前，生產(chǎn)操作人員和施工作業(yè)人員共同確認(rèn)隔離措施；④上鎖掛牌：確認(rèn)隔離后，生產(chǎn)單位和施工作業(yè)單位應(yīng)按照“單點(diǎn)雙鎖”的要求分別對(duì)隔離裝置上鎖，并懸掛警示牌，鑰匙應(yīng)由生產(chǎn)單位和施工作業(yè)單位分別保管；⑤施工作業(yè)：完成隔離點(diǎn)位上鎖掛牌后，許可開展施工作業(yè)；⑥解鎖摘牌：施工作業(yè)人員在檢維修作業(yè)完成后，確認(rèn)設(shè)備、系統(tǒng)復(fù)位符合投用條件，進(jìn)行施工方鎖具的解鎖摘牌；生產(chǎn)單位檢查施工復(fù)位情況，確認(rèn)具備安全條件后，根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行生產(chǎn)單位的解鎖摘牌。

圖2 《中國(guó)石化能量隔離管理規(guī)定》管理程序

2 能量隔離管控系統(tǒng)

根據(jù)中國(guó)石化能量隔離與上鎖掛牌管理程序，設(shè)計(jì)開發(fā)能量隔離管控系統(tǒng)，主要包括首頁(yè)、能量隔離工作臺(tái)、能量隔離臺(tái)賬、統(tǒng)計(jì)分析、典型能量隔離庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、系統(tǒng)管理、移動(dòng)端APP 8個(gè)功能模塊，如圖3所示。其中，PC端管控平臺(tái)主要包括能量隔離方案、隔離鎖定過程、隔離鎖定狀態(tài)、電子臺(tái)賬、統(tǒng)計(jì)分析以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)的管理，移動(dòng)端APP配合RFID設(shè)備標(biāo)簽、智能鎖具負(fù)責(zé)能量隔離方案在現(xiàn)場(chǎng)的授權(quán)確認(rèn)和隔離鎖定執(zhí)行，并實(shí)時(shí)將各項(xiàng)操作信息記錄傳輸?shù)絇C端能量隔離管控平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)隔離鎖定操作信息和鎖定狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤與動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

圖3 能量隔離管控系統(tǒng)功能架構(gòu)示意

2.1 能量隔離方案制定

對(duì)典型設(shè)備檢維修作業(yè)能量隔離失效事件開展致因分析，研究能量意外釋放途徑及失控環(huán)節(jié)，建立多層級(jí)多鏈條的能量隔離點(diǎn)位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括裝置、設(shè)備、管線、盲板、閥門、物料介質(zhì)、工藝條件等維度信息，并將能量隔離點(diǎn)位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)到能量隔離管控系統(tǒng)當(dāng)中。參考T/CCSAS 013—2022給出的判定條件確定不同設(shè)備檢維修作業(yè)場(chǎng)景下的能量隔離方法[12]，開展檢維修作業(yè)能量隔離管控方案編制，包括建立能量隔離活動(dòng)基本信息，根據(jù)檢維修作業(yè)活動(dòng)實(shí)際判定涉及的電氣隔離、工藝隔離類型，明確隔離計(jì)劃、隔離部位、盲板類型、盲板編號(hào)、閥門、鎖具相關(guān)信息，能量隔離點(diǎn)位以及點(diǎn)位狀態(tài)信息在裝置P&ID圖中進(jìn)行初始標(biāo)定，形成能量隔離管控方案后簽發(fā)至移動(dòng)端APP。同時(shí)，能量隔離管控方案可保存至典型能量隔離庫(kù)，作為制定其他能量隔離管控方案時(shí)的引用參考，也可作為歷史記錄在同一設(shè)備再次檢修時(shí)被直接調(diào)用。

2.2 能量隔離過程管控

移動(dòng)端APP接收解析能量隔離管控方案，形成盲板加插隔離以及盲板上下游閥門關(guān)斷隔離并上鎖的能量隔離工作任務(wù)。根據(jù)能量隔離工作任務(wù)清單，為每項(xiàng)能量隔離計(jì)劃分配RFID設(shè)備標(biāo)簽，寫入該隔離點(diǎn)位關(guān)聯(lián)的作業(yè)活動(dòng)、隔離的物料介質(zhì)、隔離位置、隔離實(shí)施人員等信息，并懸掛到相關(guān)隔離設(shè)備上作為上鎖掛牌前的點(diǎn)位確認(rèn)。RFID設(shè)備標(biāo)簽伴隨能量隔離方案實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，在能量隔離方案執(zhí)行之初分配RFID設(shè)備標(biāo)簽并寫入相關(guān)信息，能量隔離方案執(zhí)行結(jié)束后對(duì)RFID設(shè)備標(biāo)簽相關(guān)信息進(jìn)行擦除，以備其他能量隔離方案調(diào)用。

根據(jù)能量隔離工作任務(wù)清單逐一實(shí)施閥門、盲板的隔離，盲板安裝就位后懸掛RFID設(shè)備標(biāo)簽來對(duì)該隔離點(diǎn)位關(guān)聯(lián)的作業(yè)活動(dòng)、隔離的物料介質(zhì)、隔離位置、隔離實(shí)施人員等信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)，在對(duì)危險(xiǎn)能量和物料已被有效清空或隔離進(jìn)行確認(rèn)后，移動(dòng)端APP識(shí)別讀取RFID設(shè)備標(biāo)簽信息并確認(rèn)能量隔離點(diǎn)位無誤后，對(duì)該隔離點(diǎn)位分配的智能鎖具進(jìn)行在線授權(quán)，并對(duì)被授權(quán)的能量隔離點(diǎn)位進(jìn)行上鎖掛牌，隔離鎖定操作信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇C端管控平臺(tái)。

能量隔離智能鎖定設(shè)備包括智能鑰匙和智能鎖具，見圖4。智能鑰匙采用藍(lán)牙技術(shù)與移動(dòng)端APP連接，通過在線授權(quán)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)激活，采用加密通訊技術(shù)(三級(jí)密碼權(quán)限+動(dòng)態(tài)密鑰)實(shí)現(xiàn)開鎖和關(guān)鎖并自動(dòng)記錄鎖具ID與開關(guān)鎖時(shí)間，根據(jù)授權(quán)信息擁有對(duì)多把鎖具的操作權(quán)限，并將操作信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)侥芰扛綦x管控系統(tǒng)。智能鎖具為無源設(shè)備，設(shè)置不可復(fù)制的唯一ID，通過接收智能鑰匙開關(guān)鎖權(quán)限信息，執(zhí)行開關(guān)鎖操作指令。

圖4 智能鎖定設(shè)備

移動(dòng)端APP中的能量隔離工作任務(wù)完成后，能量隔離管控方案執(zhí)行結(jié)束并交付檢修，能量隔離管控方案推送到待解除隔離工作臺(tái)中待激活簽發(fā)。檢維修作業(yè)完成后，調(diào)用解除能量隔離工作方案，移動(dòng)端APP配合智能鎖具、RFID設(shè)備標(biāo)簽等按照工作任務(wù)清單實(shí)施能量隔離的解除，完成智能鎖具、RFID設(shè)備標(biāo)簽的回收。

2.3 能量隔離點(diǎn)位狀態(tài)監(jiān)測(cè)

能量隔離管控系統(tǒng)在能量隔離方案制定過程中對(duì)固定盲板、臨時(shí)盲板點(diǎn)位及狀態(tài)信息進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)也在裝置P&ID圖中進(jìn)行隔離點(diǎn)位及狀態(tài)的初始標(biāo)定。能量隔離管控方案執(zhí)行過程中隔離點(diǎn)位鎖定信息以及盲板安裝確認(rèn)信息，通過移動(dòng)端APP實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇C端管控平臺(tái)，在能量隔離臺(tái)賬、盲板臺(tái)賬中進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄歸檔，同時(shí)點(diǎn)位隔離鎖定狀態(tài)信息在裝置P&ID圖中動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)可視化在線監(jiān)測(cè)。

3 應(yīng)用實(shí)例

能量隔離管控系統(tǒng)在某石化公司60×104t/a催化裂化裝置部署應(yīng)用，對(duì)裝置大檢修、開停車過程中的危險(xiǎn)能量和危險(xiǎn)物料進(jìn)行有效管控，裝置現(xiàn)場(chǎng)隔離點(diǎn)位鎖定狀況見圖5。通過部署應(yīng)用能量隔離管控系統(tǒng)，共對(duì)裝置界區(qū)近百塊盲板進(jìn)行了隔離鎖定，開關(guān)鎖操作在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在線授權(quán)，能量隔離方案執(zhí)行到位率100%，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有隔離點(diǎn)位鎖定過程的有效管控和狀態(tài)監(jiān)控。同時(shí)，鎖具和鑰匙數(shù)量相對(duì)于機(jī)械式鎖具分別減少50%和90%，極大減輕了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)隔離鎖定操作的工作量，強(qiáng)化落實(shí)檢維修作業(yè)過程最基本的隔離防護(hù)措施，切實(shí)保障了裝置的平穩(wěn)停開工和檢維修作業(yè)過程中危險(xiǎn)能量與物料的有效管控。

圖5 裝置現(xiàn)場(chǎng)隔離點(diǎn)位上鎖掛牌示意

4 結(jié)論

a) 建立了能量隔離與上鎖掛牌管理程序和核心要求，明確了裝置檢維修、開停工期間能量隔離及防護(hù)措施方法，強(qiáng)化檢維修作業(yè)安全保障。

b) 開發(fā)了能量隔離管控系統(tǒng)及鎖定設(shè)備，通過RFID設(shè)備標(biāo)簽確認(rèn)和現(xiàn)場(chǎng)在線授權(quán)開展能量隔離過程管控和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)能量隔離與上鎖掛牌全生命周期信息化、可視化、規(guī)范化管控。

c) 能量隔離智能管控系統(tǒng)與作業(yè)許可管理系統(tǒng)、作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成和數(shù)據(jù)共享是本研究后期研究攻關(guān)的主要方向。