王治平 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

賀 革 四川大學(xué)互聯(lián)化工研究中心 成都 610065

由于化工復(fù)雜的工藝和生產(chǎn)流程存在安全風(fēng)險(xiǎn)，化工企業(yè)個(gè)體的安全生產(chǎn)水平在一定程度上影響到地區(qū)和行業(yè)的整體安全生產(chǎn)水平[1]。黨中央、國務(wù)院對(duì)化工安全生產(chǎn)高度重視，于2020年后相繼制訂、推出了《危險(xiǎn)化學(xué)品安全專項(xiàng)整治三年行動(dòng)實(shí)施方案》(安委〔2020〕3號(hào))、《全國危險(xiǎn)化學(xué)品安全風(fēng)險(xiǎn)集中治理方案》(安委〔2021〕12號(hào))、《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動(dòng)計(jì)劃(2021—2023 年)》(工信部聯(lián)信發(fā)〔2020〕157號(hào))等文件 ，從思想認(rèn)識(shí)、法規(guī)要求、技術(shù)路線等方面多管齊下解決化工生產(chǎn)的安全問題[2]。

為認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)工作的決策部署，響應(yīng)國家應(yīng)急管理部、省應(yīng)急管理廳及市應(yīng)急部門的要求。云南祥豐石化公司開展了以智能化安全平臺(tái)為核心的本質(zhì)安全建設(shè)與提升工程。采用目前國際先進(jìn)的換熱式轉(zhuǎn)化、低能耗MDEA脫碳、低壓合成工藝生產(chǎn)合成氨，合成氨30萬t/a、尿素30萬t/a、車用尿素5萬t/a。合成氨生產(chǎn)工藝名列國家公布的《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄》，重點(diǎn)監(jiān)管單元包括合成塔、壓縮機(jī)、氨儲(chǔ)存系統(tǒng)。要解決包括設(shè)備疲勞、異常與故障、工藝安全、應(yīng)急處置等相關(guān)問題。云南祥豐把安全生產(chǎn)放在首位，已建成DCS、SIS、PLC等生產(chǎn)控制系統(tǒng)，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)、門禁、視頻、消防、雙重預(yù)防和能源采集等基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。為進(jìn)一步提升企業(yè)本質(zhì)安全水平，成為云南省的智能化標(biāo)桿企業(yè)，云南祥豐基于多年的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)積累，在企業(yè)現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)上，與中國成達(dá)、四川大學(xué)合作開發(fā)了安全監(jiān)管與安全應(yīng)急一體化智慧平臺(tái)。成達(dá)公司具備行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)字化工程交付能力，通過虛擬化、混合云架構(gòu)等技術(shù)搭建了安全穩(wěn)定的企業(yè)數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為客戶及工程項(xiàng)目提供高效的數(shù)字化技術(shù)支撐。

1 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)、架構(gòu)與內(nèi)容

依據(jù)企業(yè)智能化戰(zhàn)略規(guī)劃，建設(shè)生產(chǎn)及過程安全智能化系統(tǒng)，將云南某石化有限公司打造為智能化標(biāo)桿企業(yè)。技術(shù)目標(biāo)[3-6]包括：

(1)建設(shè)工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決多專業(yè)、多裝置、多時(shí)間尺度差異化的“數(shù)據(jù)孤島”問題，保證平臺(tái)的兼容性、可擴(kuò)展性、互操作性和標(biāo)準(zhǔn)性等，為數(shù)據(jù)資產(chǎn)化夯實(shí)基礎(chǔ)。

(2)基于數(shù)據(jù)和機(jī)理模型建立由重點(diǎn)裝置到全廠的數(shù)字孿生系統(tǒng)，對(duì)重點(diǎn)設(shè)備重點(diǎn)工序進(jìn)行實(shí)時(shí)安全可靠性評(píng)價(jià)，降低報(bào)警誤報(bào)率，解決報(bào)警泛濫問題，同時(shí)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行超早期預(yù)警，減少非計(jì)劃停產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效安全、節(jié)能降耗的智能化運(yùn)行。

(3)全面提升企業(yè)安全管理智慧化水平，保障企業(yè)安全生產(chǎn)過程合規(guī)化。依據(jù)“過程管理”、“系統(tǒng)管理”、“關(guān)口前移”、“預(yù)防為主，應(yīng)急為輔”的理念思想，安全管理覆蓋所有要素和業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建監(jiān)督檢查體系，規(guī)范安全檢查方案，提高安全檢查的質(zhì)量和效率，有效防范安全風(fēng)險(xiǎn)；充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“安全職責(zé)明確化、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)場(chǎng)管控智能化、考核評(píng)價(jià)自動(dòng)化”，促進(jìn)企業(yè)安全管理水平提升，保障企業(yè)安全生產(chǎn)過程合規(guī)化。

該次項(xiàng)目參照應(yīng)急部提出的智慧化工園區(qū)安全平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[7]，提出了企業(yè)安全智能管理平臺(tái)，見圖1。

圖1 企業(yè)安全智能技術(shù)架構(gòu)

2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

2.1 項(xiàng)目建設(shè)總體內(nèi)容

項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包含企業(yè)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用支持平臺(tái)及應(yīng)用系統(tǒng)等。①基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包含主控顯示、機(jī)房服務(wù)器及人員定位基礎(chǔ)設(shè)施等；②應(yīng)用支持平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)功能的基座，采用工業(yè)大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)，為智能化管控平臺(tái)提供數(shù)據(jù)底座；③應(yīng)用系統(tǒng)作為企業(yè)生產(chǎn)及安全智能化系統(tǒng)的主要建設(shè)內(nèi)容，見表1。

表1 智能化安全管控平臺(tái)功能

總體來說，項(xiàng)目整合全廠各類控制數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，在OT和IT層面進(jìn)行深度融合，提升了數(shù)據(jù)匯集和數(shù)據(jù)資產(chǎn)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)管理和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的可視化、數(shù)字化、模型化，及關(guān)鍵工藝與設(shè)備環(huán)節(jié)的智能化，為企業(yè)生產(chǎn)管控及優(yōu)化、安全管控及優(yōu)化、能源監(jiān)測(cè)及優(yōu)化、設(shè)備完整性管控及優(yōu)化提供了支撐，真正實(shí)現(xiàn)智慧生產(chǎn)、降本增效，是實(shí)質(zhì)意義上的技術(shù)賦能和為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。智能安全管控平臺(tái)的部分功能界面見圖2。

圖2 智能安全管控平臺(tái)功能

2.2 數(shù)字孿生平臺(tái)

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，開發(fā)了與祥豐公司實(shí)際工藝匹配并面向知識(shí)模型的數(shù)字孿生系統(tǒng)，見圖3。對(duì)合成氨、尿素工藝，以基于機(jī)理的穩(wěn)態(tài)模擬技術(shù)、動(dòng)態(tài)模擬與仿真技術(shù)、在線模擬和優(yōu)化技術(shù)等為支撐，形成實(shí)際工藝過程在虛擬空間的數(shù)字孿生體，服務(wù)于過程優(yōu)化和決策支持[14]。

圖3 數(shù)字孿生系統(tǒng)面向知識(shí)模型的架構(gòu)體系

數(shù)字孿生系統(tǒng)首先基于嚴(yán)格機(jī)理的穩(wěn)態(tài)模擬，貫穿全工藝流程及公輔，指導(dǎo)生產(chǎn)工藝優(yōu)化、設(shè)備性能監(jiān)控、節(jié)能降耗，及調(diào)度優(yōu)化。同時(shí)，數(shù)字孿生系統(tǒng)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫連接，不斷矯正迭代模型，提升模型實(shí)時(shí)運(yùn)行效率與準(zhǔn)確性，具有穩(wěn)態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)過濾和校正功能，全方位在線監(jiān)控運(yùn)行裝置的物料平衡、能量平衡、工藝性能、設(shè)備性能和健康狀態(tài)、用能分析、成本、經(jīng)濟(jì)效益等，為裝置優(yōu)化運(yùn)行提供控制指引、預(yù)警和聯(lián)動(dòng)分析見圖4。

圖4 基于數(shù)字孿生的安全模型體系與應(yīng)用

以數(shù)字孿生系統(tǒng)和人工智能技術(shù)為依托，從物料性質(zhì)、設(shè)備性能、過程控制、生產(chǎn)組織、業(yè)務(wù)模式等方面出發(fā)，綜合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、危險(xiǎn)源辨識(shí)[12]、質(zhì)量管理系統(tǒng)等，形成一個(gè)具有泛在感知、在線安全評(píng)價(jià)、安全事件應(yīng)急處理，以及安全知識(shí)共享等功能的綜合性安全管理平臺(tái)。

(1)從裝置運(yùn)行的機(jī)電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻音頻等數(shù)據(jù)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)性和不穩(wěn)定性，及時(shí)捕捉任何發(fā)生的偏離，追蹤偏離發(fā)展過程，并根據(jù)其程度與影響大小，科學(xué)確定消缺措施。

(2)在線監(jiān)測(cè)企業(yè)的安全生產(chǎn)狀態(tài)，評(píng)價(jià)安全風(fēng)險(xiǎn)程度，對(duì)出現(xiàn)的安全隱患及時(shí)提出安全報(bào)警以及應(yīng)急處置措施。

(3)根據(jù)設(shè)備可靠性狀態(tài)和性能變化規(guī)律，在設(shè)備管理?xiàng)l例和安全管理體系下，幫助企業(yè)更科學(xué)合理地制定設(shè)備維修(保養(yǎng))計(jì)劃，保障通過設(shè)備預(yù)防性維保、預(yù)測(cè)性維修，有效改善設(shè)備運(yùn)行的安全性。

(4)對(duì)企業(yè)設(shè)備維保、檢修過程進(jìn)行指導(dǎo)，幫助企業(yè)擬定設(shè)備維保及檢修措施，克服企業(yè)在設(shè)備檢修施工中只注重檢修進(jìn)度，忽視過程安全的問題。在檢修方案和檢修過程中全面地采用HSE的危險(xiǎn)辨識(shí)及安全評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行危害識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并進(jìn)行環(huán)境影響識(shí)別與評(píng)價(jià)，以減少維保施工對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)人身健康的損害。

3 結(jié)語

該項(xiàng)目基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)和數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)巡檢等安全相關(guān)業(yè)務(wù)、安全隱患排查治理的數(shù)字化閉環(huán)式管理；提升了兩重點(diǎn)一重大等在線安全監(jiān)控、智慧預(yù)警報(bào)警的智能化水平；實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化定量展示并評(píng)價(jià)生產(chǎn)安全狀態(tài)。全面提升了企業(yè)安全生產(chǎn)、風(fēng)險(xiǎn)管控與應(yīng)急處置過程的前置化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平，設(shè)備運(yùn)行效率、工藝穩(wěn)定性等也得到了優(yōu)化，項(xiàng)目成果達(dá)到預(yù)期水平。智能安全平臺(tái)作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一部分，為建設(shè)智慧化工廠奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。