危化品安全生產信息化系統建設過程中問題分析及對策研究

張小良，黃 兵，陶光遠，丁東梅，張文連，王昊博，沈博揚

（上海應用技術大學 城市建設與安全工程學院,上海 201418）

隨著我國化工行業的快速發展擴張，為了滿足行業的原料需求和企業的利益增長，我國的危化品生產總量日益增多[1]。按照工業和信息化部發布的《石化和化學工業“十三五”發展規劃》[2]，我國石化和化學工業產業總產值要持續增加，石化和化學工業總產值的利潤率要達到4.9%，并實現利潤的小幅提高。

?；芬蚓哂斜ㄐ?、易燃性、毒性或腐蝕性等性質[3]，其安全問題日益突出。根據中國化學品安全網和中國化學品安全協會官網公布的數據信息統計分析可知，2013年-2019年共發生事故5 513起，造成5 592人受傷，2 560人死亡[4]，其中最具代表性的就是“8·12”天津港大爆炸[5]，事故造成了165人遇難，8人失蹤，直接經濟損失達68.66億元。這起特大事故暴露出我們在?；穬Υ鎴鏊囊曨l監控管理以及安全生產監測預警與事故應急救援方面還存在許多不足。通過網絡、媒體以及出版刊物等途徑，不完全統計了2010年-2019年國內近185起化工和?；芬话慵耙陨鲜鹿是闆r，其中由于監測預警系統不足引發的事故起數如表1所示。

表 1監測預警系統不足引發的事故統計Tab.1 Statistics of accidents lacking of risk monitoring and early warning system

以上統計數據發人深思，無論是危化品生產場所（如車間反應釜），還是儲存設施（罐區、庫區等），抑或是與?；飞a相關的關鍵裝置、重點部位，只要其中1個環節出現問題，都有可能釀成較大的安全事故。早在2014年5月，原國家安監總局印發了《冶金等工貿行業企業安全生產預警系統技術標準(試行)》，明確要求申請安全生產標準化一級的企業，需按照此標準建立并運行預警系統[6]。盡管此次發文并未涉及?；髽I，但建設安全生產監測預警系統已經顯得十分必要。特別是在“3·21”江蘇響水天嘉宜化工廠爆炸事故以后，企業和政府監管部門都面臨著嚴峻的挑戰，?；钒踩a風險監測預警建設迫在眉睫。

為了加快推進?；钒踩a監測預警系統建設，國務院安全生產委員會辦公室、應急管理部于2019年11月發布《關于加快推進?；钒踩a風險監測預警系統建設的指導意見》（安委辦〔2019〕11號），明確提出了安全生產監測預警系統的建設指導方案并要求一、二級重大危險源企業要在2019年年底前完成重要實時監控視頻圖像和預警數據全部接入?；繁O測預警系統的工作[7]。某區作為?；分攸c單位，積極響應號召，在完成一、二級重大危險源企業監測預警數據接入工作后，并將范圍擴展到轄區內所有重點?；菲髽I。該區64家重點?；菲髽I聚集了氣體制造或充裝（28%）和醫藥化工（19%）等工藝類型（見圖1），生產過程復雜，反應裝置高溫高壓，儲罐區、庫區數量繁多且存儲?；??；诖?，本課題組對該區重點危化品企業進行了實地摸排調研，通過收集、整理資料并結合專業背景和相應的法律法規，分析了該區危化品企業安全生產風險監測預警過程中存在的問題，進而給出了相應的對策設計方案。

圖1 64家重點?；菲髽I行業分布情況Fig.1 Industry distribution of 64 key hazardous chemicals enterprises

1 ?；菲髽I安全生產風險監測問題分析

1.1 監測目標問題

當前，?；菲髽I數量眾多，同時危化品生產工藝和種類復雜，針對不同類型的?；菲髽I，監測點位的篩選和確定就成為一個難點；另外，危化品企業根據風險等級可以分成重大危險源(20%)、重點部位等（見圖2），那么針對這些不同風險等級的企業又該如何監測，也是一個亟需解決的重要問題。

圖2 ?；菲髽I重大危險源、重點部位占比情況Fig.2 Proportion of major hazard sources and key parts in hazardous chemical enterprises

1.2 監測管理問題

1.2.1 監測基礎設施水平不足

“兩重點，一重大”是危化工作的核心，調研走訪的64家重點危化品企業涉及重點監管工藝的6家，涉及重大危險源的有13家。其中部分企業因建廠時間較早，?；飞a裝置落后，一些關鍵工藝參數（如反應釜溫度、壓力及液位等）還是依靠人工讀取和修改，企業也未自建中控室，更無法實現監測預警功能，這就給政府的信息化建設工作帶來較大困難。

1.2.2 監測標準沒有統一要求

目前，視頻系統監控已經是?；繁O管場所管理的重要手段[8]。許多企業也認識到視頻監控的重要性，對相應的罐區、庫區以及生產場所等都安裝了攝像頭，但水平參差不齊。本文也統計了罐區、庫區、生產場所以及中控室（值班室）的視頻監控情況（見圖3），從統計結果來看，除部分罐區外，多數企業在庫區、生產場所以及中控室（值班室）均未設置視頻探頭，監控盲區較大。

圖3 ?；菲髽I罐區、庫區、生產場所以及中控室（值班室）的視頻監控情況Fig.3 Video monitoring of tank farm,reservoir area,production site and central control room(duty room)of hazardous chemical enterprises

此外，不僅這些場所對視頻圖像系統的監測范圍、圖像清晰度等關鍵標準未做統一要求，存在監控盲區的現象，調研時還發現，部分防爆場所安裝的是非防爆的視頻監控設備。這也埋下了安全隱患。

1.3 監測技術問題

1.3.1 數據采集問題

?；菲髽I數據采集主要是依靠部署在現場的各類傳感器來實現，常見的包括溫度、壓力、液位以及可燃/有毒氣體傳感器等。一些企業在傳感器選型之初，就未能準確把握探測原理、量程范圍以及采集頻次的要求，造成后期經常出現誤報、甚至不報的情況，嚴重影響安全生產工作秩序；此外還發現部分存在可燃或有毒氣體（CO、NH3等）泄露風險的場所，氣體探測器的設置和安裝高度也不符合規定。

1.3.2 數據存儲問題

除危化品基礎數據外，監測數據類型包括視頻圖像數據和感知數據，感知數據主要指企業現有的氣體報警控制器等系統，實時獲取的溫度、壓力、液位、可燃氣體濃度、有毒氣體濃度等重要安全參數和報警數據[9]。調研時發現，部分企業僅?；穫}庫可燃氣體、有毒氣體報警以及視頻監控點位就多達幾十個，每個點位又有實時參數和報警閾值之分，并且這些監測預警數據還有存儲時間的要求，如果這個范圍擴展到其他所有?；菲髽I，將構成一個大容量、大數據系統，由此數據存儲面臨較大挑戰。

1.3.3 數據通信問題

目前，大多數?；菲髽I現場采集設備和監控中心數據傳輸依靠內部局域網，企業本身無固定IP，不能實現數據的對外遠程傳輸，也就無法達到政府對企業監測預警的要求；另外負責現場數據采集的傳感器等設備硬件接口配置單一，通訊協議也無法滿足不同企業、不同系統的要求。1.3.4數據安全問題

眾所周知，?；飞a過程中的關鍵工藝參數是許多企業賴以生存的法寶，而往往這部分參數又是安全生產風險監測預警過程中的主要監測指標。調研過程中發現，部分企業以關鍵工藝參數涉密為由拒絕提供，因為一旦接入外網，數據在傳輸和交換過程中可能會遭遇病毒入侵、木馬植入等外界攻擊，從而造成數據包的丟失和參數泄露，企業的切身利益會受到嚴重威脅。

2 危化品企業監測預警方案設計

2.1 監測對象

?；菲髽I監測對象主要包括罐區、庫區、生產場所以及中控室（值班室）等。針對這幾類場所，監測因素又可分為視頻圖像數據和感知數據。

目前，從多起危化品事故調查來看，事故發生地點大多無視頻監控，這就給事故的應急救援以及相關部門的調查、取證帶來較大的困難。依據相關法律法規并結合危化品火災危險性等級，確定視頻監控的重點部位包括：甲、乙類車間；甲、乙類倉庫；甲、乙類儲罐以及中控室（值班室）。

按照危化品企業的特點，針對罐區、庫區、生產車間以及中控室（值班室）這幾類場所，確立了危化品企業安全信息化要素，如表2所示。

表 2?；菲髽I安全信息化要素參考表Tab.2 Reference table of safety information elements of hazardouschemicalsenterprises

（1）罐區、庫區

作為危化品儲存場所，罐區和庫區的風險等級不言而喻，尤其是罐區和庫區重大危險源，更是政府和企業的監管核心。針對?；穾靺^，視頻監控要覆蓋倉間全貌，可以實時看到?；穬Υ媲闆r；此外庫區的可燃或有毒氣體報警信號也要采集，接入內容包括可燃或有毒氣體濃度第一級報警閾值、第二級報警閾值、報警濃度、報警時間和實時濃度等[10]。對儲罐區而言，除了要滿足視頻監控和可燃/有毒氣體報警信號的要求以外，儲罐的溫度、壓力以及液位等也是監測預警的主要指標。

（2）生產場所（關鍵裝置、重點部位）

危化品生產場所主要包含有化工反應的車間，同儲罐區、庫區一樣，生產場所同樣要滿足視頻監控和可燃/有毒氣體報警的監測要求；針對重點監管危險化工工藝的生產裝置、設備等監測預警參數的選擇，需根據相關危險及有害因素的分析，結合具體的工藝安全操作規程、主要反應及儲存設備的工藝介質以及裝置環境條件等[11]。

（3）中控室（值班室）

危化品企業中控室（值班室）的視頻圖像也是監測預警的范圍，需實時掌握人員值班情況，防止出現脫崗、離崗現象。

（4）其他重點部位、關鍵裝置

除上述主要監測對象，危化品企業的公用工程設施（如燃氣鍋爐等）也要納入監測對象，防止發生中毒、火災爆炸事故；此外，針對非重點監管危險化工工藝的生產裝置但屬于重點監管行業的范疇，其安全問題也不可忽視，企業的監測預警應該從視頻圖像和感知數據（見表3）兩方面著手，對它們作有效管控。

表3 重點監管行業安全運行參數Tab.3 Safety operation parameters of key regulatory industries

2.2 預警設計

預警是對生產系統中可能發生的危害和危險事件進行合理評價、預估風險、設計預案、制定相應的解決對策，避免危害和危險事件的發生[12]。預警機制是一種可以通過個人以及集體，能夠對將來可能發生的危險進行設定技術性質的機制，并且能夠在對歷史數據的收集分析和挖掘基礎上，來判斷當前企業環境的安全生產狀態，從而可以保證危險信號可以準確，靈敏地進行預先傳輸，最終為了減輕少危險事故，降低安全事故死亡率，相關人員可以采取適當的行動；預警技術是一種早期信息警報或警告方法，用于分析研究對象和危機及危險狀態的風險等級[13-14]。

罐區、庫區以及生產場所是?；犯叨燃械膮^域，存在火災、爆炸的風險，通過對這些區域進行實時監測、動態評估以及自動預警，可以及時地暴露風險，為危化品企業隱患排查提供方向，同時也為各級監管部門開展工作帶來便利。危化品企業安全生產風險預警設計包括：

（1）采集監測數據

危化品企業監測預警數據采集類型主要包括實時視頻圖像數據和感知數據，可以通過部署在罐區、庫區以及生產場所的物聯網采集設備自動實現，從而提高了效率。這里的物聯網采集設備主要是通過連接PLC等控制各類傳感器采集數據（如溫度、壓力、視頻圖像等），經無線網絡傳輸技術（藍牙、WiFi等）將數據送到設備終端，從而實現將傳感設備、控制設備以及人、物聯系在一起，形成了智能化的網絡。

（2）發布預警信息

物聯網采集設備可以設置采集每項數據的預警和報警指標（如與儲罐液位相關的高液位和低液位報警閾值等），一旦超限會自動發出報警，同時推送預警報告給企業相關安全責任人；應急部門也會在同一時刻收到信息并對企業作相應的提醒。

（3）閉環處置

危化品企業應在收到預警報告的第一時間制定科學、有效的措施，防止事態進一步發展，及時反饋處理結果并上報；應急部門可建立反饋評分機制，督促企業整改落實，形成閉環。

2.3 系統方案

危化品企業監測預警方案依托物聯網、大數據以及云計算技術，首先通過部署在企業前端的物聯網采集設備采集視頻圖像數據和感知數據并進行上傳；然后利用政務云計算平臺對采集的海量數據進行集中地儲存、分析計算；最后結合大數據分析技術發掘數據價值，并將這些有用數據導入到典型重大災害態勢預估應用模型（如火災、爆炸以及有毒有害氣體泄漏模型等）中來，實現?；肥鹿蕦崟r態勢跟蹤與預測預警，以此為監管部門的快速響應與科學決策以及企業的應急救援提供幫助，如圖4所示。

圖4 系統方案結構圖Fig.4 System scheme structure diagram

（1）數據存儲。云計算作為一種在網格計算、并行計算、分布式計算等計算模式上發展起來的新型服務化商業計算模式，正改變著人們使用計算機的思維方式[15]。隨著物聯網采集設備的大規模使用，?；菲髽I現場采集的視頻圖像數據和感知數據將形成一股巨大的數據流，這些海量的數據可以通過互聯網專線接入政務云平臺，并且利用云計算平臺強大的數據存儲和分析計算能力，對這些數據進行統一的處理，挖掘有效信息，為?；钒踩a提供技術保障。

（2） 數據通信。數據采集設備部署在企業前端，作為企業信息感知數據的采集節點，采集企業視頻、報警和工藝參數數據。為保證數據順利、穩定上傳監管部門的信息平臺，現場的數據采集設備要統一數據量程，規范數據格式，保持上傳內容一致性；設備采集頻率須達到秒級，上傳頻率根據需要自定義；數據采集設備需配置多種通信接口，如以太網、RS232以及RS485等，以滿足不同系統、不同企業的通信要求。針對視頻圖像數據，?；菲髽I視頻圖像平臺要根據GB/T 28181-2016協議要求并且固定IP地址，向專網開放國標協議的服務端口等。

（3）網絡安全。隨著危化品安全生產信息化的進程，企業與監管部門的信息交互會更加頻繁，為了保證監測預警數據在采集、傳輸以及使用過程中的安全，部署在現場的數據采集設備：①使用算法對數據包進行加密，重要、關鍵數據分不同通道傳輸；②設置訪問權限，集成防火墻軟件，確保系統不受外界網絡非法攻擊和病毒、木馬的威脅；③如果數據采集設備通過網絡直接訪問企業的工控系統，部署在數據采集設備和工控系統之間的單向隔離網閘要符合《信息安全技術網絡和終端隔離產品安全技術要求》、《信息安全技術網絡和終端隔離產品測試評價方法》中網絡單向導入產品基本級的相關要求、以及《信息安全技術通用滲透測試檢驗條件》的規定，在電路上切斷網絡之間的鏈路層連接，從而使數據絕對單項無反饋傳輸，確保企業工控系統以及生產網的安全。此外，監管部門的?；繁O測預警信息平臺一般由第三方網絡公司開發維護，建議與其簽署保密協定，界定數據法律責任，防止工藝參數外泄。

3 結語

通過實地調研排摸，系統分析了?；菲髽I安全生產監測預警過程中監測目標、監測管理以及監測技術方面存在的問題，進而給出了相應的對策?；谑占?、整理的資料，依據法律法規并結合專業背景，確立了?；菲髽I的監測對象、制定了安全信息化要素參考表，并以此為基礎提出了?；钒踩a監測預警系統方案。本文提出的危化品企業監測預警方案可以為應急部門提供依據，為落實?；繁O測預警系統建設工作提供思路，為?；菲髽I建立健全本企業監測監控系統并實時監測預警提供參考。

在推進?；繁O測預警系統建設過程中，政府應發揮領導作用，在安全保障和監督考核等方面作出努力；企業要落實主體責任，積極配合各項安全監控設備的安裝與數據接入工作；另鼓勵高校、科研院所等專業機構參與，提升危化品監測預警系統建設水平，創新技術監管方案，為?；菲髽I安全生產提供強大技術支撐。