物聯網技術在化工領域的應用

朱奇

（杭州蕭山國際機場有限公司，杭州 311207）

化工生產過程往往具有易燃、易爆、有毒、高溫和高壓等特點，所以安全風險大。化工生產原料和成品的倉儲和運輸可能對環境造成較大影響，所以環保要求高。當前“人工+自動化”的管理模式，已無法滿足越來越高的安全和環保要求，需要進一步引進物聯網技術，加強和擴大在化工行業及其他領域的應用，盡快實現管理“智慧化”，切實提升安全生產管理能力和運行效率。物聯網技術，本質是數字化物理世界，是將無處不在的業務設備通過有線無線和長短距網絡連接技術實現互聯互通，借助物聯網平臺進行數據匯聚與應用集成，在專網或互聯網環境下，達到對實物進行定位、跟蹤、識別、控制和智能管理的目的。總結來說，連接是基礎，平臺是關鍵，應用是核心。

1 物聯網平臺結構

物聯網平臺由感知層、傳輸層、平臺層及應用層組成。

感知層：在被管理的設備上安裝對應傳感器，傳感器負責將需要的數據上傳；

傳輸層：提供物聯網數據的有線傳輸、無線傳輸通道，并轉發到對應業務平臺；

平臺層：各業務平臺負責分析處理傳感器上傳的數據；

應用層：提供客戶人機界面，將分析處理結果進行展示。

2 化工領域的應用

2.1 化學品儲罐監測

化學品儲罐是化工行業的重大危險源，需要進行全面、全時段的運行狀態監測。要實現這一目的，可以應用物聯網技術，建設儲罐無線監測系統。

監測系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。數據采集系統主要是儲罐內安裝的無線溫濕度傳感器、無線氣體傳感器，無線測控裝置等設備，可采集儲罐內實時數據。數據傳輸系統分為2 塊：1 塊是下層采集數據傳輸模塊，功能是獲取采集到的最初數據；另1塊是用于上層處理系統之間的通信。數據處理系統由2部分組成，即服務器進程和客戶端進程。服務器進程主要功能是接收數據，客戶端進程用于與服務器進程進行數據信息的交互，從而獲得儲罐內實時數據[1]。

監測系統可實現的功能包括：1）儲罐狀態監測，可實時監測儲罐內液位、壓力、溫度數據，氣化管路和調壓管路的溫度、壓力及流量數據等；2）監測點定位，通過電子地圖顯示所有儲罐的地理位置分布；3）異常報警，當儲罐監測數據出現異常，立即報警通知相關人員；4）分析查詢，可查詢指定時間段內儲罐監測數據變化情況，可進行數據、曲線圖分析。

2.2 有毒有害氣體預警監測

在化工行業，針對有毒有害氣體的防控是安全管理的重中之重。漏氣、跑氣無法依靠肉眼及時排查，隱蔽工程的隱患檢查也存在困難。要做到“防患于未然”，實現對有毒有害氣體的實時監測，可以應用物聯網技術，建設有毒有害氣體報警監測系統。

報警監測系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中數據采集系統主要是在各管道節點安裝的氣體探測器，可采集環境中的有毒有害氣體實時含量數據，并利用無線傳感網絡技術進行傳輸[2]。

報警監測系統可實現的功能包括：1）氣體監測，可實時監測有毒有害氣體（烴類、醇類、鹵代烴和乙酸甲酯等）含量數據；2）氣體異常預警，當系統監測到現場有毒有害氣體含量異常時，同時進行多種方式報警，包括現場聲光報警、監控中心聲光語音報警、通過手機移動端推送給管理員等；3）報警聯動，當系統報警時，可聯動打開現場排風機等應急處置設備；4）監測點定位，通過電子地圖顯示所有氣體監測點的地理位置[3]。

2.3 化工廢水監測

化工行業會產生大量的工業廢水，如處理不當會對環境產生較大影響。因此，對周邊水質的監測是環保管理的重要一環。要實現監測的快速、便捷，可以應用物聯網技術，建設工業廢水監測系統。

監測系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中數據采集系統主要是在排放側安裝電磁流量計、COD在線分析儀、氨氮/總磷/各類重金屬在線分析儀和電動閥門等設備，可采集水質實時數據，并利用無線傳感網絡技術進行傳輸[4]。

監測系統可實現的功能包括：1）水質監測，可實時監測水質數據，包含COD、各類重金屬、流速、流量等；2）水質異常報警，當系統監測到水質數據超過安全值域時，將發送報警信息[5]；3）監測點定位，通過電子地圖顯示所有水質監測點的地理位置分布；4）水質分析，可查詢指定時間段內水質數據變化情況，可進行曲線圖分析。

2.4 能源管控

化工行業對能源的消耗大，如果沒有持續有效的優化手段，就會造成大量的能源浪費。因此，需要在能源管控上實現“信息化”和“可視化”，及時發現生產中能源消耗過程和結構中存在的問題，通過優化實現節能增效、高效生產。要達到這一目的，可以應用物聯網技術，建設能源管控系統。

管控系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中數據采集系統主要是在各生產節點安裝智能水、電及燃氣表，可采集各類能源實時用量數據，并利用無線傳感網絡技術進行傳輸[6]。

管控系統可實現的功能包括：1）能耗監測，可實時監測各生產節點的能源（水、電及燃氣）用量數據；2）能耗報警，當某生產節點或設備的能耗超過設定值域時，將發送報警信息；3）能耗分析，包含各類能耗總量查詢、走勢分析、重點耗能設備分析、能耗結構分析等。

2.5 用電管理

化工行業用電環境復雜，僅靠人力進行電力設施的巡檢，存在效率較低、安全管控能力不足的問題。要解決這些問題，可以應用物聯網技術，建設安全用電管理系統。

管理系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中數據采集系統主要是在各重要用電節點安裝剩余電流火災探測器、剩余電流互感器、電流互感器及溫度傳感器，可采集電氣實時數據，并利用無線傳感網絡技術進行傳輸[7]。

管理系統可實現的功能包括：1）電氣監測，可實時監測各用電節點的電氣數據，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、漏電電流及配電箱溫度等；2）電氣異常報警，當某用電節點的電氣參數異常時，將發送報警信息，同時通過手機移動端推送給相關管理人員；3）安全分析，以曲線和表格形式顯示各個月份的報警和故障記錄。

2.6 閥門遠程控制

化工行業有大量管道閥門，其中放置在遠端（如野外、地下管網等）的管道閥門，主要依靠人力往返進行開關和狀態檢查，存在及時性差、運行管控能力不足的問題。要解決這些問題，可以應用物聯網技術，建設閥門遠程控制系統。

遠程控制系統主要由3部分組成，分別為現場控制系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中現場控制系統主要是在各節點安裝的電動閥門、電磁流量計及壓力送變器等設備，可接收和響應閥門開關指令，采集閥門狀態數據，并利用無線傳感網絡技術進行傳輸[8]。

遠程控制系統可實現的功能包括：1）閥門遠程開關，通過系統遠程控制閥門的開啟和關閉，還可以進一步控制閥門開度；2）閥門狀態監測，可實時監測閥門狀態和開度；3）操作記錄查詢，可查詢指定時間的閥門操作記錄。

2.7 化學品運輸管控

化工生產所需的原材料及成品由于其特殊性，往往需要專門的運輸設備。在運輸的過程中一旦發生泄露，將會對環境造成極大的危害。為加強運輸過程管控，可以應用物聯網技術，建設化學品運輸管控系統。

運輸管控系統主要由3部分組成，分別為數據采集系統、數據傳輸系統和數據處理系統。其中數據采集系統主要是在各運輸車上安裝GPS 和貼RFID 標簽，把化學品的名稱、品種、數量、批次、生產者信息及其他必要的內容存儲在RFID標簽中[9-10]。

運輸管控系統可實現的功能包括：1）車輛及運輸品跟蹤，可以通過系統查看車輛裝載的化學品詳細信息，何時從何處出發、何時到達何處，并可發送到相關人員的手持終端。一旦車輛發生事故，指揮中心可以迅速定位，并根據裝載化學品特性開展專業救援。2）進出庫快速盤點，運輸車輛上的RFID標簽可以幫助倉庫管理人掌握化學品信息，實現進出庫快速盤點。

3 應用實例

湖州長興石灰礦環保監測項目正在建設中，該項目利用物聯網技術在環境監測方面進行規劃建設，擬在礦山安裝大量無線傳感設備，如粉塵監測傳感器、水質監測傳感器等，實現對礦山環境的實時監測，對預警事件進行采集、分析、處置、反饋，建立環境監測態勢分析圖，從而加強礦山的環境保護，實現“綠色礦山”。

4 結束語

以物聯網為關鍵技術，在化工領域積極開展智慧運行場景的應用，可以實現化工生產高風險區域、高風險要素的運行態勢感知，從而達到對生產運行的精準監控與準確預測的效果，切實提高不安全事件敏捷響應能力。同時，應用物聯網技術還有助于推進化工生產的少人化、無人化，減少人身安全風險，提升生產管控的智能化水平。以此為鑒，可將物聯網技術拓展到其他行業中，如民航業的“智慧機場”、“智慧空管”及“智慧物流”建設。