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        基于物聯(lián)網(wǎng)的重大危險源監(jiān)控能力的優(yōu)化及應用

        2023-12-21 01:31:24張文勛吳紅忠
        中國氯堿 2023年11期
        關鍵詞:控制室報警器危險源

        張文勛,吳紅忠

        (焦作煤業(yè)(集團)開元化工有限責任公司,河南 焦作 454191)

        近年來,國家對化工企業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控管理日趨完善,針對化工生產(chǎn)易燃易爆、有毒有害、高溫高壓等危險屬性,采取多種管控措施,避免在生產(chǎn)過程中發(fā)生?;沸孤┦鹿省??;肥鹿示哂型话l(fā)性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點,因此可燃、有毒氣體檢測手段、檢測設備是否齊備、有效、及時至關重要,對避免和控制事故的發(fā)生具有重要意義[1]。

        焦作煤業(yè)(集團)開元化工有限責任公司(以下簡稱“開元化工”)成立于2009 年10 月,現(xiàn)有20 萬t/a 離子膜燒堿裝置、3 萬t/a 三氯氫硅裝置、3 萬t/a 環(huán)氧氯丙烷和4 萬t/a 環(huán)氧樹脂裝置。 目前生產(chǎn)穩(wěn)定,形成產(chǎn)供銷一體化,是河南化工集團下屬骨干單位。

        1 危險源區(qū)域監(jiān)測現(xiàn)狀

        開元化工的重大危險源包括液氯儲槽、液氯包裝、化工液體罐區(qū)、樹脂中間罐區(qū)及三氯氫硅罐區(qū)等,現(xiàn)有氯氣、氫氣、三氯氫硅、甲苯、環(huán)氧氯丙烷等各種氣體監(jiān)測報警器360 余臺, 視頻監(jiān)控140 余個,分布于各危險源區(qū)域。 由于安裝位置分散,缺乏系統(tǒng)性和直觀性的數(shù)據(jù)支持,專業(yè)管理人員不能快速、直觀、準確地掌握現(xiàn)場實際情況和相關報警信息,管理效率較低。 面對越來越嚴峻的安全形勢要求,以及工業(yè)4.0、兩化融合、智能工廠以及中國制造2025 等計劃的推進和實施, 集團公司在安全管理工作上要求開元化工對可燃、有毒氣體報警進行有效管控、提高自動化及信息化程度,提高重大危險源管控效率,確保報警有效、報警信息處理及時,滿足安全生產(chǎn)的需要。

        2 危險源區(qū)域監(jiān)測存在的問題

        (1)公司危險源區(qū)域已基本安裝可燃、有毒氣體監(jiān)測傳感器,但監(jiān)測元件安裝較為分散,管理人員不能快速、直觀、準確地掌握相關檢測信息,管理效率較低。

        (2)當危害介質(zhì)泄漏時,僅有中控調(diào)度室能夠及時預警,然后通知崗位現(xiàn)場人員檢查處理,存在片面性和滯后性,不能及時有效提醒生產(chǎn)現(xiàn)場及周圍人員撤離,不能及時通知現(xiàn)場作業(yè)人員采取有效的防范措施,是目前安全管理中存在的一個薄弱環(huán)節(jié)。

        (3)危險源區(qū)域已基本安裝視頻監(jiān)控設施,但調(diào)度室不能實時觀察各區(qū)域情況,且安裝位置較為分散,往往會顧此失彼,不能實現(xiàn)及時、全方位監(jiān)控的要求,進而導致不能及時有效進行調(diào)度決策,并發(fā)布調(diào)度指令,而調(diào)度指令的時效性決定著企業(yè)的存亡發(fā)展。

        (4)消防控制室未實現(xiàn)可燃、有毒氣體信號接入,不能及時掌握危險源報警信息。

        (5)目前監(jiān)管方式是通過探測器、報警控制器、控制軟件系統(tǒng)以電纜線直線連接上傳的方式來實現(xiàn),一旦中間發(fā)生故障,就極有可能導致報警信息的中斷,進入危險現(xiàn)場作業(yè)的人員很難及時發(fā)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的危險信息,無法在安全時間內(nèi)采取措施撤離現(xiàn)場,進而發(fā)生重大的事故,造成人身和財產(chǎn)的損失。

        3 優(yōu)化目標

        (1)全面梳理公司生產(chǎn)過程危險源監(jiān)測預警、報警、處置能力存在的主要缺陷和問題。

        (2)針對梳理出來的問題、缺陷,提供一套行之有效的優(yōu)化方案和解決辦法,實現(xiàn)全區(qū)域監(jiān)測和布控,達到作業(yè)現(xiàn)場人員、控制室人員、工廠消防及安全主管部門均能做到在第一時間迅速響應,避免安全事故的發(fā)生和蔓延, 最大限度保障人員安全,將危害降到最低,最終實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標。

        4 進度安排

        (1)完成項目初步調(diào)研、資料收集、與廠家技術交流以及可行性分析、預算報送等工作。

        (2)完成技術方案編制、招標及商務合同簽訂等工作。

        (3)危險源監(jiān)測預警報警、危險源可視化監(jiān)視、生產(chǎn)區(qū)域報警、消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入以及GDS 系統(tǒng)改造等各子模塊逐步實施完成。

        (4)項目各子模塊完工及試運行。

        (5)不斷優(yōu)化系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題和缺陷,最終形成全面完善的危險源預防監(jiān)控系統(tǒng)。

        5 危險源監(jiān)控優(yōu)化實施內(nèi)容[2]

        此次優(yōu)化實施內(nèi)容主要包括危險源監(jiān)測預警報警、生產(chǎn)區(qū)域報警、危險源可視化監(jiān)視、GDS 系統(tǒng)改造、消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入等模塊。

        5.1 危險源監(jiān)測預警、報警模塊

        通過網(wǎng)絡手段將安裝在各危險源的各類報警器所采集的報警信息匯總,由后臺軟件進行智能分析和處理,當達到報警臨界點時,系統(tǒng)通過各種提醒方式提醒值班人員進行故障和隱患排查,為各種決策及時提供數(shù)據(jù)支持,確保企業(yè)的人員和財產(chǎn)安全,減少企業(yè)發(fā)生危險事故的概率,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,達到企業(yè)安全生產(chǎn)的目標。 主要建設內(nèi)容如下。

        5.1.1 廠區(qū)綜合監(jiān)測

        直觀展示整個廠區(qū)概況、檢測設備的位置分布信息等;展示檢測器傳回的實時數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡狀態(tài)、報警信息等;智能判斷設備狀態(tài)、報警級別,并通過抖屏、發(fā)光、聲音等多種報警效果通知、提醒用戶。

        5.1.2 實時及歷史趨勢查詢

        在廠區(qū)綜合監(jiān)測的基礎上, 基于曲線監(jiān)測+列表監(jiān)測的方式,提供按多種組合條件對設備歷史運行數(shù)據(jù)、報警信息進行綜合查詢,同時系統(tǒng)提供“曲線模式”和“列表模式”兩種展現(xiàn)方式,查詢結果應可導出供招標方進行數(shù)據(jù)分析。

        5.1.3 分級預警及警情處理

        根據(jù)檢測器的報警級別(高高報、高報、低報、低低報) 分別設置相應的報警責任人 (可重復多選),當設備發(fā)生警情時,系統(tǒng)會依據(jù)預警設置通過抖屏、閃爍、聲光以及短信等方式自動向不同報警級別責任人發(fā)送報警短信;相關負責人確認、處理報警的同時,可手動進行消音、復位等操作。 系統(tǒng)支持通過報警時間、企業(yè)、車間、監(jiān)控探頭等多條件、多維度組合查詢出報警記錄和報警處理記錄,同時支持列表模式、曲線模式展示,支持報警單個和批量處理等常用便捷操作。

        5.1.4 設備狀態(tài)智能監(jiān)測

        實時監(jiān)測“監(jiān)測、監(jiān)控設備”的工作狀態(tài),實現(xiàn)監(jiān)控設備高高報,高報,低報,低低報,通訊故障,網(wǎng)絡故障,通訊超時、未連接、預熱、標定等在線實時監(jiān)控,發(fā)生故障或報警時,可實時在系統(tǒng)中監(jiān)控到,為故障診斷、排查提供可靠依據(jù)。

        5.1.5 用戶權限管理

        用戶實現(xiàn)分角色進行管理,主要包括“普通用戶”和“管理員”等角色,不同的角色可進行不同的操作,滿足企業(yè)日常監(jiān)管需求。 其中“普通用戶”對廠區(qū)進行日常巡檢,同時對車間的設備及報警進行實時監(jiān)測、報警通知、警情處理、綜合查詢、視頻監(jiān)控;“管理員”除具有普通用戶的權限外,亦可對系統(tǒng)用戶信息(用戶權限分配、密碼重置等)、設備信息(監(jiān)控探頭、監(jiān)控視頻、通信鏈路等)、企業(yè)信息(車間、安全員等)、系統(tǒng)信息(系統(tǒng)日志、圖片信息、探測介質(zhì)等)進行配置和管理。

        5.1.6 智能移動終端和電腦WEB 端

        本優(yōu)化項目所建設管控平臺應支持手機APP登錄和電腦WEB 端登錄查看, 手機移動端須提供Android 和IOS 雙版本。 通過WEB 端和手機移動端應能夠查看檢測設備運行狀態(tài)、報警信息、處理結果、報警時間等項目要求功能。

        5.2 生產(chǎn)區(qū)域報警模塊

        針對開元化工原有的報警系統(tǒng)存在的片面性和滯后性,不能及時有效提醒生產(chǎn)現(xiàn)場及周圍人員撤離,不能及時通知到現(xiàn)場作業(yè)人員采取有效的防范措施的問題,實現(xiàn)以下改造。

        5.2.1 實施方案

        區(qū)域報警由區(qū)域報警控制器和該區(qū)域的探測設備組成,此報警器只接收該區(qū)域的報警信號。 可燃、有毒氣體監(jiān)測報警器廠家建議在中控串接報警輸出,引接至生產(chǎn)現(xiàn)場加裝的聯(lián)動控制柜,由控制柜控制現(xiàn)場高分貝防爆聲光報警器。

        5.2.2 項目實施

        (1)對危險源區(qū)域進行劃分,劃分為液化、包裝、合成、氯氣處理、電解脫氯、三氯氫硅、環(huán)氧氯丙烷皂化、環(huán)氧樹脂和化學品罐區(qū)等9 個區(qū)域。

        (2)對中控制進行劃分,劃分為中控操作室、調(diào)度室等2 個區(qū)域。

        (3)在劃分的11 個區(qū)域入口處安裝高分貝聲光報警器。

        (4)改造原有報警器機柜,在報警器控制器信號輸出端將相同區(qū)域的輸出信號橋接、 串聯(lián)輸出,接入繼電器,通過繼電器控制各區(qū)域入口處的高分貝聲光報警器運行和停止,實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)任何一個報警器報警, 區(qū)域入口處高分貝聲光報警器統(tǒng)一運行(報警)。

        5.3 危險源可視化監(jiān)視模塊

        開元化工危險源區(qū)域監(jiān)測攝像頭140 余臺,安裝位置較為分散, 且調(diào)度室不能查看各區(qū)域的監(jiān)控,存在點多、面廣,管理效率低下的問題。 不滿足實時、全方位監(jiān)控的要求,進而導致不能及時有效進行調(diào)度決策。 為適應新形勢下調(diào)度指揮的要求、提高調(diào)度指揮效率及處理突發(fā)事件的工作效率、更準確及時地進行各種資源的調(diào)配、 增強綜合協(xié)調(diào)的指揮能力,特對視頻監(jiān)控進行改造升級,旨在建立一個集日常生產(chǎn)管理、安全防范、事故防范以及事故應急救援指揮為一體的綜合安全視頻監(jiān)控系統(tǒng),提升危險源監(jiān)測預警、報警和事故隱患排查治理能力,把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài),防范及杜絕事故的發(fā)生;同時為事故救援提供及時、準確的救援信息,提升事故救援能力,最大限度減少事故損失。 具體建設內(nèi)容如下。

        (1)在中控調(diào)度室及中控操作間北墻設置電子大屏, 將廠區(qū)危險源區(qū)域視頻監(jiān)控信號引入其中,使調(diào)度人員能夠全面、直觀、及時、準確地了解區(qū)域內(nèi)實時情況,實現(xiàn)對調(diào)度所管轄范圍內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度指揮、綜合監(jiān)控、管理和協(xié)調(diào),為廠區(qū)和生產(chǎn)安全提供支持及保證。

        (2)將現(xiàn)場采集的視頻數(shù)據(jù)集中管理,優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的管理服務,設立賬號,使相關人員可以通過辦公電腦電腦、手機等登錄監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠程服務,實時查閱各監(jiān)控畫面,及時了解生產(chǎn)區(qū)域安全情況。

        5.4 GDS 系統(tǒng)改造模塊

        開元化工有毒有害氣體報警系統(tǒng)已運行了近十年,隨著使用年限的增加,故障次數(shù)也大幅度增加,每次維保更換報警器數(shù)量較多,耗費金額較大;而且原先的型號已逐步淘汰,新的配件與舊的產(chǎn)品尺寸不一,造成機柜內(nèi)接線復雜、混亂,存在安全隱患。 針對此情況開元化工經(jīng)過內(nèi)部論證后對現(xiàn)有GDS 系統(tǒng)進行升級改造, 從而實現(xiàn)集實時監(jiān)測、預警處理、遠程控制、設備管理于一體,實現(xiàn)對廠區(qū)內(nèi)危險氣體泄漏實時監(jiān)測并智能判斷報警,有效預防企業(yè)安全事故的發(fā)生,主要改造內(nèi)容如下。

        5.4.1 系統(tǒng)構成

        改造后的GDS 系統(tǒng)由處理器、I/O 卡件、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測器、顯示報警站、工程師站、電源及相關輔助設備等構成,架構圖見圖1。

        圖1 GDS系統(tǒng)架構圖

        5.4.2 工程師站

        在中控調(diào)度室設工程師站,用于監(jiān)控全場可燃有毒氣體報警器運行狀態(tài)。

        5.4.3 GDS 控制柜

        在機柜間放置GDS 控制柜,包含處理器、I/O 卡件、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、電源及相關輔助設備等。

        此部分主要是對現(xiàn)場傳輸來的報警信號進行處理、轉(zhuǎn)換,然后通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)將相應的信息傳輸至工程師站,由相關人員進行處置。

        5.4.4 網(wǎng)絡通信系統(tǒng)

        工程師站與GDS 控制柜之間的通信采用光纖傳輸?shù)姆绞?,信息傳輸至中控調(diào)度室的串口服務器出,信號處理、轉(zhuǎn)換后傳輸至工程師站。

        5.5 消防控制室危險源監(jiān)測數(shù)據(jù)接入模塊

        基于新的安全形勢,GB50493-2019 《石油化工可燃氣體和有毒氣體監(jiān)測報警設計要求》第三章第三條規(guī)定:可燃氣體二級報警信號、可燃氣體和有毒氣體的監(jiān)測報警系統(tǒng)控制單元的故障信號應送至消防控制室。 開元化工相關報警信號未引入消防控制室,本次改造主要實施內(nèi)容如下。

        5.5.1 實施方案

        改造前開元化工相關報警信號未引入消防控制室,廠家建議從可燃、有毒氣體報警器控制室輸出端輸出信號,通過電纜傳輸?shù)男问綄⑿盘杺鬏斨料揽刂剖?,然后在消防控制室安裝相應模塊將信號匯總后引入操作站顯示,但經(jīng)開元化工技術人員與廠家討論后, 決定利用在建危險源監(jiān)測預警、報警平臺,開放相應端口,通過WEB 登錄的方式實現(xiàn)相應功能,此方案公司僅需配備1 臺電腦、若干網(wǎng)線,實時費用5 000 余元,節(jié)約項目投資20 余萬元。

        5.5.2 項目實施

        (1)在消防控制室安裝1 臺電腦作為操作站。

        (2)通過敷設網(wǎng)線的方式連接中控調(diào)度室危險源監(jiān)測預警、報警平臺工程師站和消防控制室的操作站,實時傳輸數(shù)據(jù)。

        (3)利用在建危險源監(jiān)測預警、報警平臺,開放相應端口,通過WEB 登錄的方式,配置消防控制室操作站登錄賬號,并賦予相應權限權限,實現(xiàn)實時監(jiān)測可燃氣體二級報警信號、可燃氣體和有毒氣體的監(jiān)測報警系統(tǒng)控制單元的故障信號的功能。

        6 實施效果

        (1)通過建設危險源監(jiān)測預警、報警、警情處置平臺,有效解決了現(xiàn)場可燃、有毒氣體報警器點多、面廣、管理效率低下的問題,相關管理人員可以通過電腦WEB端或手機移動端實時查看危險源區(qū)域狀態(tài),平臺的建成為相關管理人員提供了直觀、準確的數(shù)據(jù)支撐,減少了往返環(huán)節(jié),極大地提升了管理效率。

        (2)通過在各危險源入口處安裝高分貝聲光報警器,實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)任何一個報警器報警,區(qū)域入口處高分貝聲光報警器同時運行(報警)的功能,警情發(fā)生時不僅中控調(diào)度室人員可以及時發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場人員亦可以及時發(fā)現(xiàn)并處置, 解決了原先警情發(fā)現(xiàn)、處置存在的片面性和滯后性的問題,有效保障了企業(yè)的安全生產(chǎn)和職工人身安全。

        (3)危險源可視化監(jiān)控改造后,建立了一個集日常生產(chǎn)管理、安全防范、事故防范以及事故應急救援指揮為一體的綜合安全視頻監(jiān)控系統(tǒng),提升危險源監(jiān)測預警、報警和事故隱患排查治理能力。 中控調(diào)度室人員可以實時查看各區(qū)域的狀況,及時發(fā)現(xiàn)危險區(qū)域內(nèi)的異常情況、異常事件,提高了調(diào)度指揮效率、處理突發(fā)事件的工作效率、以及綜合協(xié)調(diào)的指揮能力; 同時可以為事故救援提供及時、準確的救援信息,大大提升事故救援能力,最大限度減少事故損失。

        (4)通過此次改造解決了原GDS 系統(tǒng)故障頻發(fā)、配件更換頻繁、耗費金額大、新舊報警器型號尺寸不統(tǒng)一造成的柜內(nèi)接線混亂等安全隱患;將相關報警數(shù)據(jù)接入消防控制室,使其符合相關國家、行業(yè)規(guī)范。

        7 結語

        開元化工通過此次優(yōu)化改造項目,利用物聯(lián)網(wǎng)與安全報警、預警管控平臺相結合,有效解決重大危險源可燃、有毒氣體報警器點多、面廣、報警數(shù)據(jù)收集存儲困難,提供歷史報警記錄檢索、查詢功能,提高管理效率;加強車間、各監(jiān)測設備單獨作業(yè)管理,實現(xiàn)集中監(jiān)測、聯(lián)動管理,即時、直觀、形象監(jiān)測預警功能,快速為相關決策提供數(shù)據(jù)支持,實現(xiàn)現(xiàn)場遠程監(jiān)控與指揮,提高突發(fā)事故處置效率;加強現(xiàn)場人員快速獲取報警信息, 及時處理隱患的能力,同時及時調(diào)配各種資源、增強綜合協(xié)調(diào)的指揮能力, 快速有效地將各種安全隱患消滅于初始狀態(tài),確保企業(yè)長期安全運行。

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