化工企業智能安全生產管控平臺建設實踐

王治平 中國成達工程有限公司 成都 610041

賀 革 四川大學互聯化工研究中心 成都 610065

由于化工復雜的工藝和生產流程存在安全風險，化工企業個體的安全生產水平在一定程度上影響到地區和行業的整體安全生產水平[1]。黨中央、國務院對化工安全生產高度重視，于2020年后相繼制訂、推出了《危險化學品安全專項整治三年行動實施方案》(安委〔2020〕3號)、《全國危險化學品安全風險集中治理方案》(安委〔2021〕12號)、《“工業互聯網+安全生產”行動計劃(2021—2023 年)》(工信部聯信發〔2020〕157號)等文件 ，從思想認識、法規要求、技術路線等方面多管齊下解決化工生產的安全問題[2]。

為認真貫徹落實黨中央、國務院關于危險化學品安全生產工作的決策部署，響應國家應急管理部、省應急管理廳及市應急部門的要求。云南祥豐石化公司開展了以智能化安全平臺為核心的本質安全建設與提升工程。采用目前國際先進的換熱式轉化、低能耗MDEA脫碳、低壓合成工藝生產合成氨，合成氨30萬t/a、尿素30萬t/a、車用尿素5萬t/a。合成氨生產工藝名列國家公布的《首批重點監管的危險化工工藝目錄》，重點監管單元包括合成塔、壓縮機、氨儲存系統。要解決包括設備疲勞、異常與故障、工藝安全、應急處置等相關問題。云南祥豐把安全生產放在首位，已建成DCS、SIS、PLC等生產控制系統，以及環境監測、門禁、視頻、消防、雙重預防和能源采集等基礎設施系統。為進一步提升企業本質安全水平，成為云南省的智能化標桿企業，云南祥豐基于多年的經驗與知識積累，在企業現有信息化基礎上，與中國成達、四川大學合作開發了安全監管與安全應急一體化智慧平臺。成達公司具備行業領先的數字化工程交付能力，通過虛擬化、混合云架構等技術搭建了安全穩定的企業數據中心和網絡系統，為客戶及工程項目提供高效的數字化技術支撐。

1 項目建設目標、架構與內容

依據企業智能化戰略規劃，建設生產及過程安全智能化系統，將云南某石化有限公司打造為智能化標桿企業。技術目標[3-6]包括：

(1)建設工業大數據平臺，解決多專業、多裝置、多時間尺度差異化的“數據孤島”問題，保證平臺的兼容性、可擴展性、互操作性和標準性等，為數據資產化夯實基礎。

(2)基于數據和機理模型建立由重點裝置到全廠的數字孿生系統，對重點設備重點工序進行實時安全可靠性評價，降低報警誤報率，解決報警泛濫問題，同時對安全風險進行超早期預警，減少非計劃停產，實現企業高效安全、節能降耗的智能化運行。

(3)全面提升企業安全管理智慧化水平，保障企業安全生產過程合規化。依據“過程管理”、“系統管理”、“關口前移”、“預防為主，應急為輔”的理念思想，安全管理覆蓋所有要素和業務流程，構建監督檢查體系，規范安全檢查方案，提高安全檢查的質量和效率，有效防范安全風險；充分發揮信息技術優勢，實現“安全職責明確化、基礎數據標準化、現場管控智能化、考核評價自動化”，促進企業安全管理水平提升，保障企業安全生產過程合規化。

該次項目參照應急部提出的智慧化工園區安全平臺架構進行高標準建設[7]，提出了企業安全智能管理平臺，見圖1。

圖1 企業安全智能技術架構

2 項目建設內容

2.1 項目建設總體內容

項目建設內容包含企業數字化基礎設施、應用支持平臺及應用系統等。①基礎設施建設包含主控顯示、機房服務器及人員定位基礎設施等；②應用支持平臺為應用系統功能的基座，采用工業大數據、數字孿生、物聯網、地理信息等技術，為智能化管控平臺提供數據底座；③應用系統作為企業生產及安全智能化系統的主要建設內容，見表1。

表1 智能化安全管控平臺功能

總體來說，項目整合全廠各類控制數據、生產數據、能耗數據、關鍵設備運行數據，在OT和IT層面進行深度融合，提升了數據匯集和數據資產化管理水平，實現了現場管理和現場運維的可視化、數字化、模型化，及關鍵工藝與設備環節的智能化，為企業生產管控及優化、安全管控及優化、能源監測及優化、設備完整性管控及優化提供了支撐，真正實現智慧生產、降本增效，是實質意義上的技術賦能和為安全生產保駕護航。智能安全管控平臺的部分功能界面見圖2。

圖2 智能安全管控平臺功能

2.2 數字孿生平臺

基于工業大數據平臺，開發了與祥豐公司實際工藝匹配并面向知識模型的數字孿生系統，見圖3。對合成氨、尿素工藝，以基于機理的穩態模擬技術、動態模擬與仿真技術、在線模擬和優化技術等為支撐，形成實際工藝過程在虛擬空間的數字孿生體，服務于過程優化和決策支持[14]。

圖3 數字孿生系統面向知識模型的架構體系

數字孿生系統首先基于嚴格機理的穩態模擬，貫穿全工藝流程及公輔，指導生產工藝優化、設備性能監控、節能降耗，及調度優化。同時，數字孿生系統與實時數據庫連接，不斷矯正迭代模型，提升模型實時運行效率與準確性，具有穩態檢測、數據過濾和校正功能，全方位在線監控運行裝置的物料平衡、能量平衡、工藝性能、設備性能和健康狀態、用能分析、成本、經濟效益等，為裝置優化運行提供控制指引、預警和聯動分析見圖4。

圖4 基于數字孿生的安全模型體系與應用

以數字孿生系統和人工智能技術為依托，從物料性質、設備性能、過程控制、生產組織、業務模式等方面出發，綜合工業現場的感知系統、控制系統、生產執行系統、危險源辨識[12]、質量管理系統等，形成一個具有泛在感知、在線安全評價、安全事件應急處理，以及安全知識共享等功能的綜合性安全管理平臺。

(1)從裝置運行的機電監測數據、視頻音頻等數據出發，發現潛在危險性和不穩定性，及時捕捉任何發生的偏離，追蹤偏離發展過程，并根據其程度與影響大小，科學確定消缺措施。

(2)在線監測企業的安全生產狀態，評價安全風險程度，對出現的安全隱患及時提出安全報警以及應急處置措施。

(3)根據設備可靠性狀態和性能變化規律，在設備管理條例和安全管理體系下，幫助企業更科學合理地制定設備維修(保養)計劃，保障通過設備預防性維保、預測性維修，有效改善設備運行的安全性。

(4)對企業設備維保、檢修過程進行指導，幫助企業擬定設備維保及檢修措施，克服企業在設備檢修施工中只注重檢修進度，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的危險辨識及安全評價技術進行危害識別、風險評估，并進行環境影響識別與評價，以減少維保施工對環境的影響和對人身健康的損害。

3 結語

該項目基于工業互聯網、工業大數據和數字孿生技術，實現了點巡檢等安全相關業務、安全隱患排查治理的數字化閉環式管理；提升了兩重點一重大等在線安全監控、智慧預警報警的智能化水平；實現了數字化定量展示并評價生產安全狀態。全面提升了企業安全生產、風險管控與應急處置過程的前置化、標準化、規范化水平，設備運行效率、工藝穩定性等也得到了優化，項目成果達到預期水平。智能安全平臺作為數字化轉型的一部分，為建設智慧化工廠奠定了堅實基礎。