智能控制系统在石化企业安全生产中的应用

张群杰 金国艳

摘 要 介绍石化企业危险源辨识及其分级判断标准，在此基础上设计由实时信息功能管理模块+环境监测系统+消防通风系统组成的智能控制系统。实际应用表明：系统投运后，安全度达到98%，紧急问题响应时长仅3.2 s。

关键词 智能控制系统 石化生产安全 危险源辨识

中图分类号 TP393   文献标志码 B   文章编号 1000?3932（2024）01?0138?05

石油化工产业在我国国民经济发展中具有很重要的作用［1］。由于石化企业在生产运行时极易发生爆炸、有害物质泄漏等危险事故［2，3］，因此需要采取有效措施加以预防［4］。国内外学者针对石化企业安全生产持续进行了相关研究［5～7］，文献［8］结合实例分析了信息化建设在石化企业生产过程中的作用；文献［9］将机电控制技术应用于石化生产过程，提高了企业的生产监管水平，有效降低了安全事故发生的概率；文献［10］基于等价马尔可夫链研究了石油化工实时情景模型。

笔者基于石化企业危险源辨识及其分析判断标准，设计智能控制系统，以提高生产过程的安全度。

1 石化企业危险源辨识和分级

石化企业的风险评估一般是指对危险事故发生的概率和产生的影响进行评估，同时分析事故可能发生的原因和安全系统的可靠度。对重大危险源进行辨识和分级，有利于石化企业提前了解企业的安全系数，对企业的安全运行起到提前预警和整改的作用。

1.1 重大危险源辨识

石化企业在生产过程中需要对影响安全的危险源进行风险评估，主要步骤如下：

a. 生产信息收集；

b. 对危害物进行辨识和分类；

c. 对不同级别的危险源进行判断，决定是否采取必要措施；

d. 针对危险事故发生的概率和危害进行定量分析和定性评估；

e. 依据评估结果对企业防护系统进行设计、升级［11］。

对于石化企业来说，对生产过程危险源进行风险评估是保证企业安全生产管理的重要措施。石化企业的危险源种类繁多，主要来源于原材料和生产工艺［12，13］，包括：苯、甲醚、甲苯、氢气、苯胺、氟化氢、汽油、氰化钠、乙炔、甲烷、氰化氢、甲醇、硫化氢、一氯甲烷、一氧化碳、氨、苯乙烯、二氧化硫、氯、丙烯、丙烯腈、原油、硝基苯及氯乙烯等。石化生产的原材料大部分是危险化学品，不能得到合适的处理就可能引发化学品污染和化学反应等风险。生产工艺方面，由于石化企业在生产过程中发生复杂的化学反应，涉及裂解、加氢、氧化、烷基化等重点监管的危险化工工艺，反应过程中会产生大量的热量和能量。因此，科学的危险源辨识和风险评估对于石化企业的安全生产具有至关重要的作用。

1.2 重大危险源分级

目前，针对石化企业的危险源分级有很多，校正比值求和法，以及根据死亡人数和财产损失判断危险源级别的方法较为常见［14～16］。

1.2.1 校正比值求和法

校正比值求和法的原理是将一定范围内的各种危险化学品的存有量与设计最大值进行对比，通过校正系数判断实际的危险源等级。校正比值求和法引入了危险品数量的校正系数α和β（其中，α为危险化学品实际存有量的校正系数，β为危险化学品的危害性校正系数），其重大危险源分级指标R的计算式为：

其中，q，q，…，q为实际危险化学品储存量；Q，Q，…，Q为设计标准的危险化学品最大存储量。

石化企业化学危险品的危害程度不一样，其β值各不相同。α的取值主要考虑重大事故发生时对整体经济和人员的影响，其值越大影响越大，危害性越大。α、β的取值范围列于表1、2。

重大危险源的级别和R值的关系见表3。

1.2.2 死亡人数和财产损失判断法

死亡人数和财产损失判断法的特点是通过数据的收集判断事故发生对人员的伤害和财产损失，根据危险品影响范围内的财产损失进行分级。操作流程如图1所示。

在使用死亡人数和财产损失法对石化企业重大危险源进行分级时，需计算财产损失的半径范围：

其中，R为t区域内的半径；K为t区域内财产损失系数；W为蒸气云的TNT当量。

通过式（2）可以计算出死亡人数和财产损失的范围，从而得到危险源的级别。分级标准见表4。

将上述两种方法得出的结果进行融合处理，得到最终的分级，以加强对危险源分级的准确性，为石油安全智能控制系统的设计提供更可靠的参考。

2 石油化工安全生产系统的设计

2.1 系统总体架构及实时信息功能管理模块

石化企业安全生产管理系统主要由界面层、技术层和业务层组成，系统框架如图2所示。界面层展示了安全管理的各个基础模块；技术层由不同框架结构组成，对界面层的运行提供技术支持；业务层负责前端数据收集和应急管理。

实时信息自动管理模块隶属于业务层，其架构如图3所示，在石化企业安全生产系统中起着至关重要的作用，主要包括安全数据的查询、日平均数据等。

石化企业可以通过实时信息功能管理模块有效查询和分析所在地区的相关数据，以判断各因素对安全生产的影响，并提高企业的安全管理效率。在实时信息管理模块中，还可以对影响生产安全的因子进行处理，通过数据比对判断各影响因素的危害程度，从而更好地预防和控制风险。

2.2 主要设备选型

温度是石化生产过程安全度的高影响因素之一，因此选择PT100温度传感器检测烟气温度，PT100的测量范围广，可对-30～150 ℃的温度信号进行有效监测，敏感度达到0.1 ℃。如图4所示，PT100主要通过两线制方式进行有效连接，其输入信号强度5～20 mA。

2.3 环境监测系统

环境监测系统是为了实时监测石化企业设备间的有害气体浓度以及环境温度和湿度，当系统探测到室内有害气体含量超标时发出报警，同时联动消防通风系统进行有效调节，保障工作人员的安全作业。环境监测系统主要由PT100温度传感器、自动烟雾感应装置等组成，其工作原理如图5所示。无线传感器能够实现远程布线且具有低功耗特征，搭配远程自动网络控制协议模块实时采集温控范围内的温度及湿度参数，具有高效、实时的特性。

2.4 消防通风系统

消防通风系统可以通过空气质量感应设备智能调节特定区域内的空气质量，空气流动模拟体系如图6所示。

通风系统与环境监测系统组成循环风智能体系，确保设备处于有效的控制环境内。同时，环境监测系统会将温、湿度等数据实时上传到终端控制系统，通过消防通风系统的联动实现远程智能启、闭操作。消防通风系统由温、湿度感应装置、空气感应装置和人工智能自控设备组成。

3 应用

为验证智能控制系统在石化企业应用的有效性和可靠性，选取文献中的信息化技术、文献中的机电控制技术和笔者所提系统对某石化企业生产过程进行安全控制，安全度及紧急问题响应时长的比较结果见表5。

可以看出，笔者所提智能控制系统在石化企业生产过程的安全度高达98%，响应时长仅3.2 s，优于另两种方法，原因是所提系统首先通过校正比值求和法、死亡人数和财产损失判断法对企业危险品进行了精准分类，为石油安全系统的设计提供了可靠的参考，同时，笔者所提系统具有较为灵敏的感应装置，可及时发出报警信号，缩短了紧急问题响应时间，并通过环境监测系统和消防通风系统进行协调处理。

4 结束语

基于校正比值求和法、死亡人数和财产损失判断法对石化企业中的危险品进行了精准分类，在此基础上设计了智能自控系统。实际应用表明，系统的安全度达到了98%，紧急问题响应时长仅3.2 s，系统能够很好地适用于石化企业的安全生产过程，提高了企业生产过程的安全性，具有较好的经济效益和良好的社会效益。

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