危险化学品仓库安全智能化管控技术进展

朱胜杰，翟良云，袁纪武，陈 军，慕晶霞，陈金合，石燕燕

(1.应急管理部化学品登记中心，山东青岛 266071 2.中石化安全工程研究院有限公司化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266104)

0 前言

近年来我国石化、化工行业的产业规模发展迅速，危险化学品(以下简称危化品)的种类、产量和使用量也日益增加。危化品具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，是对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品。危化品仓库指专用于存储危化品的场所，《危险化学品安全管理条例》(国务院令第591号)第二十四条规定：危险化学品应当储存在专用仓库、专用场地或者专用储存室内，并由专人负责管理。作为生产过程中的重要一环，危化品仓库的作用日益凸显，然而在仓库数量需求大、仓储行业发展快速的同时其安全问题也不容忽视。近年来，危化品仓储行业发生了多起重特大事故，例如天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故、江苏响水“3·21”特别重大爆炸事故等，这些事故与危化品仓库存在的安全管控问题不无关系。危化品仓库在向着现代化、专业化和智能化方向发展的进程中，它的专业性、特殊性和安全性应得到足够的重视，解决好存在的问题方能“化危为安”。

1 危化品仓库存在的问题

1.1 仓库数量难以满足发展需求

一直以来，危化品仓库发展的速度跟不上我国相关产业的增长速度，据中国仓储协会危险品仓储分会2009年统计数据显示，我国危化品仓库的市场缺口在20%左右，部分地区甚至达到30%以上[1]。造成危化品仓库短缺的原因一直未得到较好地解决，危化品仓库的需求缺口一直在增大，至2017年已达50%左右[2]。此外，由于危化品仓储基础建设投资大、技术门槛高、安全风险大等原因，导致了仓储能力增长一直滞后于市场需求，危化品仓库数量已远不能满足行业快速发展的步伐。

1.2 危化品存储分类不清

危化品仓库存储过程具有量大、种类多、流转率高等特点，除少数专业仓库从事单一品种的存储外, 绝大多数仓库储存的危化品种类多样、性质各异。这导致了仓库混存情况普遍存在，特别是危化品仓储经营企业大部分都存在着危化品混存的现象[3]。同样的，生产企业的危化品原料仓库也存在这些问题，并且发生过燃爆事故造成巨大损失[4]。不同危化品的化学性质、储存养护方法、应急处置措施等均不相同，将不同性质的危化品混合储存，有可能导致强烈的物理化学反应，甚至引发爆炸事故。导致存储分类不清的原因有多种：没有危化品安全技术说明书或内容不全；危化品管理人员缺少必要的专业知识；性质不明的危化品未进行危险性鉴定；储存空间不足等。

1.3 仓储管理人员的安全意识不强

天津港“8·12”事故、江苏响水“3·21”事故发生后，各地对危化品仓储安全问题的重视程度逐步提高，危化品仓储的安全性得到了一定提升，但在一些企业中仍存在安全管理人员的危化品专业知识不够，对危化品特性了解不充分，不具备危化品仓储管理技术和实际操作技能等问题，在管理过程中不能够很好地落实国家法律法规和企业制度要求，仓库安全设备设施不足，混放或超量存放的现象仍时有发生，增加了事故风险。

1.4 信息化智能化水平偏低

危化品仓库的信息化、智能化水平不高主要表现在：一是自动化设备设施应用不足，机械化自动化水平不高，人工作业和体力劳动占比较大，难以适应危化品仓库现代化发展的需求；二是信息化管理水平不高，相当一部分企业还是以经验管理、手工台账记录为主，缺乏现代化标准化运作程序和智能化管理系统；三是由于投入费用较高、改造周期长、仓库需求旺盛等原因，降低了企业对老旧仓库的智能化提升改造的意愿。

1.5 应急救援物资配备不能完全满足要求

危化品仓库存储的化学品理化性质各异，应急救援的方式也不相同，相应的救援装备物资的配备也应不同。GB 30077—2013《危险化学品单位应急救援物资配备要求》给出了危险化学品单位应急救援物资的配备原则和配备要求，其中包含物资种类和数量等内容，但是针对具体危化品仓库存储的不同化学品未给出针对性的救援物资种类和数量配备要求。企业往往由于对标准理解不同或者对危化品仓库混存化学品性质了解不清等原因造成配备的应急救援物资不能满足救援需求。当事故发生时，救援队伍不能快速根据危化品仓库情况及时制定出正确的救援方案，给救援工作带来了极大困难。

为解决危化品仓库存在的上述问题，需要加强仓库的信息化、智能化设计和建设升级，提高智能化管控水平，实现危化品仓库的长久安全运行。

2 危化品仓库智能化管控技术现状

2.1 国外研究现状

在危化品管控法规方面，欧美等发达国家已建立了较为完善的危化品管理法规体系。欧盟在2006年建立了《关于化学品注册、评估、授权与限制的法规》(简称REACH法规)，该法规是第一部基于风险的化学品管理法规,于2008年进入正式实行阶段[5]。德国TRGS 510《有害物质技术规范》给出了储存危险物质的一般保护措施以及仓库储存的额外保护措施[6]。加拿大颁布实施了《危险货物应急指南》，进一步提高了危险品仓储管理的效率和水平[7]。美国设有美国职业安全健康局(OSHA)、美国化工过程安全中心(CCPS)、美国化工安全和危害调查委员会(CSB)等3大安全管理部门，是美国实现其强有力的化学品安全管理的基本，化学品安全管理体系较为完整[8,9]。美国危险化学品技术委员会编制的NFPA400《危险物质规范》中给出了硝酸铵固体和液体、腐蚀性固体和液体、易燃固体等危化品的仓储技术要求[10]。

在仓库智能化方面，Derhami Shahab研究了区块堆垛的优化布局设计，开发了基于模拟的优化算法，还提出了一个封闭形式的解决方案，以优化仓库布局中的过道数量[11]。Saleh Alyahya对无线射频(RFID)技术应用进行了研究，开发了一种选择算法，最大限度地提高物料搬运作业的效率并降低运营成本。该算法允许根据预定义规则对RFID跟踪的物品进行操作，为其中一个选定的物品分配优先权前往指定的收集点[12]。Wei Zhou提出了一个基于RFID系统的智能仓库环境，不仅可以跟踪库存物品，还可以跟踪货架并且研究了仓库场景下的动力学，这使得任何类型的物品都可以在仓库内的任一位置存放[13]。

2.2 国内研究现状

为了加强危化品存储的安全管理，中国颁布了多项涉及危化品储存管理的法规和标准[14]。这些法规标准在规范危化品储存企业的安全生产行为方面起到了积极的作用，但是也存在缺乏全行业的细化、量化的问题[15]。

在仓库智能化方面，国内学者的研究成果较多，Lv QingYang针对仓库布局问题，分析遗传算法和动态规划对该问题的优越性，并在遗传算法的基础上，结合动态规划的思想，提出了一种仓库布局优化策略[16]。曹先艳开发了“危险化学品仓储信息监测与预警系统”，实现了危化品入库申请至出库的全过程智能化管理[17]。Ma Junhong研究了仓储管理系统的相关技术，构建了基于RFID技术的智能仓储管理系统，并对其软硬件系统进行了设计[18]。梁俊龙提出了利用物联网、大数据、云计算、机器人、无人驾驶等技术，构建智慧仓储集成系统并建立智慧化仓储中心[19]。张伟杰通过硬件和软件系统的结合，利用了二维码技术、无线传感技术、步进电机技术等技术对危化品的仓储系统进行了构建，提高了危化品仓储的智能性和自动化程度[20]。

3 危化品仓库智能化安全管控措施

现阶段，随着国内贸易的稳步发展以及对新冠疫情的有效控制，危化品仓库的需求将进一步增长，依靠传统的仓储管理和运作模式越来越难以及时、准确地进行处理。5G移动互联网络、大数据以及云计算的影响已渗透到社会经济诸多领域，仓储智能化领域也快速崛起并推动着仓库管理向着自动化、智慧化的方向发展。在此社会经济技术发展背景下，对于危化品仓库应主要从以下几个方面加强智能化管理措施，提升安全管控水平。

3.1 强化危化品仓储行业安全法规制度

我国已经制定并实施了多项危化品相关的法律法规和标准，需要企业制定具体实施方案，将法律法规落实到位，建立和健全相关安全管理制度[21]。再好的法规制度也需要认真落实和执行方能发挥实效，从实际情况看，不少企业并没有建立完善的危化品安全管理制度。例如，一些工贸企业的安全管理制度往往只涉及几种自用的主要危化品品种，从而导致其安全管理制度的覆盖范围较小、协调性较差[22]。危化品企业应依据国家颁布的安全法规制度落实好主体责任，建立健全危化品仓库管理制度体系，从而推动企业安全发展。

3.2 完善危化品存储禁配原则

不同的危化品由于理化特性不同，应急处置的方法也截然不同，有的可以用水，但一些危化品用水扑救等于“火上浇油”，会引发更强烈的燃烧或爆炸。基于存储危化品禁配原则，GB 15603—1995《危险化学品储存通则》附录A给出了储存配存表，GB 17914—2013《易燃易爆性商品储存养护技术条件》等标准给出了混存性能互抵表。企业在存储入库的时候要依据禁配原则认真分析待存储的化学品性质，进行严格的分类并按照要求采取隔离、隔开、分离等存储方式，避免危化品之间相互影响或者发生反应导致事故发生。在满足安全条件和配存禁忌的前提下，可以提升危化品仓储物流的有序周转及精准管理水平[23]。

3.3 通风设施智能化改造

为保障危化品仓库安全，需合理安装通风设备降低空气中可燃/有毒气体的浓度。GBZ1—2010《工业企业设计卫生标准》、GB50016—2014《建筑设计防火规范》等标准对通风的设置均有要求，一般情况下，正常通风的换气次数根据储存的物质确定，通常为3～6次/h，事故排风换气次数不小于12次/h。在信息化、智能化的背景下，对通风换气系统加以智能化设计改造，根据仓库的运行状况实时调整通风换气频率，特别是应用智能局部通风技术调节仓库的局部风量，实现“按需供风”的功能，可以提升仓库的安全性。

3.4 构建仓库智能监测预警体系

危化品仓库的监测设备主要包括环境温湿度、物品温度、空间可燃/毒性气体浓度检测、空间烟雾探测以及视频监控识别等，主要用于监控危化品仓库的运行状况，可做到及早发现异常，及时预警报警，降低安全风险。然而，从目前的危化品仓库监测体系建设情况来看，多数仓库尚未建立起集传感器、无线传输、智能识别等技术于一体的智能监测预警体系，检测仪表多是单独设立的，比如烟雾探测报警、气体浓度检测报警等，发生异常情况时各自响应，分别报警。《“工业互联网+安全生产”行动计划(2021—2023年)》中提出了到2023年底，要基本形成“工业互联网+安全生产”快速感知、实时监测、超前预警、联动处置、系统评估等新型能力体系。依据国家要求，构建危化品仓库的智能化监测预警体系，提升数字化管理、网络化协同和智能化管控水平，可以实现更高质量、更有效率的危化品仓库安全管理。

3.5 开发智能危化品仓库管理系统

近年来，随着信息化手段越来越普及，仓储行业的信息化水平也在持续进步，越来越多的企业改进了传统的仓库管理方式，采用仓库管理系统(Warehouse Management System，WMS) 进行仓储管理。对于普通商品的物流仓库，一般只需要火灾报警即可，监测手段简单，但是对于危化品仓库需要监测的项目较多，各类监测设备的复杂程度较高。现阶段各子系统之间由于没有形成一个有机的整体，很难对危化品仓库进行全面的安全管理。开发智能危化品仓库管理系统，对气体检测报警、温湿度检测、视频监控、危化品电子标签等信息进行融合管控，实现数据共享、信息互通，将大大提高危化品仓库的管控效率，降低人工出错率，提高仓库的安全性。

4 结论与展望

随着信息化、物联网技术的发展，危化品仓库各类感知技术的集成应用也已然成为发展趋势。例如可以通过感知技术对仓库环境进行监测，以满足危化品仓库对于空气温湿度、泄漏物质成分等参数的要求；采用RFID技术和无线传感网络实时监测危化品和包装容器的状态，超限值及时报警；采用视频智能识别分析技术监控人的不安全行为和物的不安全状态，在危化品仓储过程中提供安全有效的跟踪、监控和管理。

危化品仓库的未来发展，将集中在智能作业机器人、自动感知技术和人工智能算法方面。仓库智能化技术在卸车、堆垛、拆垛、拣选、巡检以及出入库等方面发挥重要作用，实现人机间的高效协作和精准管控，使得传统的危化品仓库迈入智能化行列，这将大大提升危化品仓库的安全保障水平。