化工企业智能安全生产管控平台建设实践

王治平 中国成达工程有限公司 成都 610041

贺 革 四川大学互联化工研究中心 成都 610065

由于化工复杂的工艺和生产流程存在安全风险，化工企业个体的安全生产水平在一定程度上影响到地区和行业的整体安全生产水平[1]。党中央、国务院对化工安全生产高度重视，于2020年后相继制订、推出了《危险化学品安全专项整治三年行动实施方案》(安委〔2020〕3号)、《全国危险化学品安全风险集中治理方案》(安委〔2021〕12号)、《“工业互联网+安全生产”行动计划(2021—2023 年)》(工信部联信发〔2020〕157号)等文件 ，从思想认识、法规要求、技术路线等方面多管齐下解决化工生产的安全问题[2]。

为认真贯彻落实党中央、国务院关于危险化学品安全生产工作的决策部署，响应国家应急管理部、省应急管理厅及市应急部门的要求。云南祥丰石化公司开展了以智能化安全平台为核心的本质安全建设与提升工程。采用目前国际先进的换热式转化、低能耗MDEA脱碳、低压合成工艺生产合成氨，合成氨30万t/a、尿素30万t/a、车用尿素5万t/a。合成氨生产工艺名列国家公布的《首批重点监管的危险化工工艺目录》，重点监管单元包括合成塔、压缩机、氨储存系统。要解决包括设备疲劳、异常与故障、工艺安全、应急处置等相关问题。云南祥丰把安全生产放在首位，已建成DCS、SIS、PLC等生产控制系统，以及环境监测、门禁、视频、消防、双重预防和能源采集等基础设施系统。为进一步提升企业本质安全水平，成为云南省的智能化标杆企业，云南祥丰基于多年的经验与知识积累，在企业现有信息化基础上，与中国成达、四川大学合作开发了安全监管与安全应急一体化智慧平台。成达公司具备行业领先的数字化工程交付能力，通过虚拟化、混合云架构等技术搭建了安全稳定的企业数据中心和网络系统，为客户及工程项目提供高效的数字化技术支撑。

1 项目建设目标、架构与内容

依据企业智能化战略规划，建设生产及过程安全智能化系统，将云南某石化有限公司打造为智能化标杆企业。技术目标[3-6]包括：

(1)建设工业大数据平台，解决多专业、多装置、多时间尺度差异化的“数据孤岛”问题，保证平台的兼容性、可扩展性、互操作性和标准性等，为数据资产化夯实基础。

(2)基于数据和机理模型建立由重点装置到全厂的数字孪生系统，对重点设备重点工序进行实时安全可靠性评价，降低报警误报率，解决报警泛滥问题，同时对安全风险进行超早期预警，减少非计划停产，实现企业高效安全、节能降耗的智能化运行。

(3)全面提升企业安全管理智慧化水平，保障企业安全生产过程合规化。依据“过程管理”、“系统管理”、“关口前移”、“预防为主，应急为辅”的理念思想，安全管理覆盖所有要素和业务流程，构建监督检查体系，规范安全检查方案，提高安全检查的质量和效率，有效防范安全风险；充分发挥信息技术优势，实现“安全职责明确化、基础数据标准化、现场管控智能化、考核评价自动化”，促进企业安全管理水平提升，保障企业安全生产过程合规化。

该次项目参照应急部提出的智慧化工园区安全平台架构进行高标准建设[7]，提出了企业安全智能管理平台，见图1。

图1 企业安全智能技术架构

2 项目建设内容

2.1 项目建设总体内容

项目建设内容包含企业数字化基础设施、应用支持平台及应用系统等。①基础设施建设包含主控显示、机房服务器及人员定位基础设施等；②应用支持平台为应用系统功能的基座，采用工业大数据、数字孪生、物联网、地理信息等技术，为智能化管控平台提供数据底座；③应用系统作为企业生产及安全智能化系统的主要建设内容，见表1。

表1 智能化安全管控平台功能

总体来说，项目整合全厂各类控制数据、生产数据、能耗数据、关键设备运行数据，在OT和IT层面进行深度融合，提升了数据汇集和数据资产化管理水平，实现了现场管理和现场运维的可视化、数字化、模型化，及关键工艺与设备环节的智能化，为企业生产管控及优化、安全管控及优化、能源监测及优化、设备完整性管控及优化提供了支撑，真正实现智慧生产、降本增效，是实质意义上的技术赋能和为安全生产保驾护航。智能安全管控平台的部分功能界面见图2。

图2 智能安全管控平台功能

2.2 数字孪生平台

基于工业大数据平台，开发了与祥丰公司实际工艺匹配并面向知识模型的数字孪生系统，见图3。对合成氨、尿素工艺，以基于机理的稳态模拟技术、动态模拟与仿真技术、在线模拟和优化技术等为支撑，形成实际工艺过程在虚拟空间的数字孪生体，服务于过程优化和决策支持[14]。

图3 数字孪生系统面向知识模型的架构体系

数字孪生系统首先基于严格机理的稳态模拟，贯穿全工艺流程及公辅，指导生产工艺优化、设备性能监控、节能降耗，及调度优化。同时，数字孪生系统与实时数据库连接，不断矫正迭代模型，提升模型实时运行效率与准确性，具有稳态检测、数据过滤和校正功能，全方位在线监控运行装置的物料平衡、能量平衡、工艺性能、设备性能和健康状态、用能分析、成本、经济效益等，为装置优化运行提供控制指引、预警和联动分析见图4。

图4 基于数字孪生的安全模型体系与应用

以数字孪生系统和人工智能技术为依托，从物料性质、设备性能、过程控制、生产组织、业务模式等方面出发，综合工业现场的感知系统、控制系统、生产执行系统、危险源辨识[12]、质量管理系统等，形成一个具有泛在感知、在线安全评价、安全事件应急处理，以及安全知识共享等功能的综合性安全管理平台。

(1)从装置运行的机电监测数据、视频音频等数据出发，发现潜在危险性和不稳定性，及时捕捉任何发生的偏离，追踪偏离发展过程，并根据其程度与影响大小，科学确定消缺措施。

(2)在线监测企业的安全生产状态，评价安全风险程度，对出现的安全隐患及时提出安全报警以及应急处置措施。

(3)根据设备可靠性状态和性能变化规律，在设备管理条例和安全管理体系下，帮助企业更科学合理地制定设备维修(保养)计划，保障通过设备预防性维保、预测性维修，有效改善设备运行的安全性。

(4)对企业设备维保、检修过程进行指导，帮助企业拟定设备维保及检修措施，克服企业在设备检修施工中只注重检修进度，忽视过程安全的问题。在检修方案和检修过程中全面地采用HSE的危险辨识及安全评价技术进行危害识别、风险评估，并进行环境影响识别与评价，以减少维保施工对环境的影响和对人身健康的损害。

3 结语

该项目基于工业互联网、工业大数据和数字孪生技术，实现了点巡检等安全相关业务、安全隐患排查治理的数字化闭环式管理；提升了两重点一重大等在线安全监控、智慧预警报警的智能化水平；实现了数字化定量展示并评价生产安全状态。全面提升了企业安全生产、风险管控与应急处置过程的前置化、标准化、规范化水平，设备运行效率、工艺稳定性等也得到了优化，项目成果达到预期水平。智能安全平台作为数字化转型的一部分，为建设智慧化工厂奠定了坚实基础。