大數據技術在有機熱載體質量安全中的應用探討

吳丹紅 廖良良 廖文博 劉 雅

（湖南省特種設備檢驗檢測研究院 長沙 410017）

目前大數據技術[1]在特種設備檢驗中應用越來越廣泛，特種設備檢驗中有機地融合大數據思維，可以提升特種設備檢驗效率，發揮提升檢驗質量、提高事故隱患[2]排查及風險預警[3]、數據監控、精細管理等作用。有機熱載體鍋爐作為特種設備之一，其介質按照法律法規要求進行定期檢驗，檢驗機構積累了大量的定期檢驗數據，本文通過對多年有機熱載體數據的采集、分析與處理，發現基于大數據的有機熱載體質量指標變化規律，對研究有機熱載體質量安全因素起到重要作用。

1 大數據概述

大數據是指在進行與安全生產相關的活動時，通過一定方式獲取的可反映安全生產本質規律、體現安全生產基礎理論價值的安全生產數據集，以及對安全生產數據集進行處理時所使用的大數據思維和大數據技術［4］。根據《中華人民共和國特種設備安全法》和《特種設備安全監察條例》相關規定，我國特種設備監督檢驗機構開展特種設備安全監督檢驗檢測過程中形成了大量的安全生產報告，隨著檢驗檢測工作的開展，積累大量數據，最終匯集成特種設備安全檢驗檢測大數據[5]，有機熱載體質量監督檢驗數據是其中的組成部分。安全生產大數據可服務于政府監管監察[6]、企業安全生產、公眾公益服務等，主要應用于安全生產監管監察、安全生產狀態評估、風險監測預警、事故調查、應急管理等領域。大數據技術手段應用于特種設備的檢驗中，可以通過數據的采集、分析及監測，有效提升特種設備質量檢驗監測效率，構建特種設備大數據風險預警及風險評價體系[7]。

2 大數據在有機熱載體質量分析中的價值

有機熱載體是有機熱載體鍋爐的一種傳熱載體，通過熱油泵使有機熱載體循環，將熱量傳遞給用熱設備。有機熱載體在鍋爐內循環使用，在運行過程中，有機熱載體各項質量指標相對穩定，一旦質量劣化，相關指標數據呈規律性變化。有機熱載體的質量判斷依賴于每年的定期檢驗報告，根據GB/T 24747—2023《有機熱載體安全技術條件》來判定質量優劣［8］，但通過本地區近年的一些事故發現，即使按照標準檢測質量符合要求的有機熱載體依然會發生著火等事故，產生極大的安全隱患。檢驗機構通過大數據分析發現，同一臺鍋爐的有機熱載體經多次檢測，其各次檢驗數據存在規律性變化，數據呈現出各種風險點、危險源及關鍵重要影響因素的變化情況，能夠提早發現有機熱載體的質量變化，可以為有機熱載體鍋爐事故的發生提供預判依據，避免特種設備事故的發生。大數據對有機熱載體鍋爐的安全運行監督可起到重要的輔助作用，迅速干預和控制潛在的運行風險，對有機熱載體鍋爐的安全監察、風險防控、事故預防起到重要作用。大數據以其特有的多方向、能夠快速索引并響應的特點，高度契合了對有機熱載體鍋爐事故的預防要求。

3 在用有機熱載體質量指標數據研究

根據GB/T 24747—2023中規定對有機熱載體質量進行檢測，現對本省2014—2022年的有機熱載體樣品主要項目閉口閃點、殘炭、運動黏度和酸值的檢測數據樣本（來源：湖南省特檢院檢驗系統中有機熱載體定期檢驗報告）進行統計分析，如圖1所示，其中質量指標達到“安全警告”和“停止使用”的數據樣本量占總樣本量的百分比見表1中的序號1，“安全警告”和“停止使用”各數據樣本量占“非正常使用”（指達到“安全警告”和“停止使用” ）樣本量的百分比見表1中的序號2、序號3。

表1 數據樣本量統計分析

圖1 在用有機熱載體樣品量統計分析

由表1可見，影響有機熱載體質量安全最為明顯的主要變化因素為酸值、殘炭和運動黏度。酸值指標是在用有機熱載體質量指標中變化最為迅速的，其次為殘炭，再者是運動黏度。由序號2和序號3數據分析，運動黏度和殘炭質量指標達到“安全警告”和“停止使用”占比基本相當，各比例接近50%，但酸值質量指標達到“安全警告”比例是“停止使用”比例的57倍。由此可見，酸值項目指標在質量變化中，最容易發生變化，在采用有機熱載體質量指標作為安全風險預判依據中，酸值指標數據可為首選，其次是殘炭及運動黏度。

4 大數據對酸值、殘炭、運動黏度質量變化規律的分析

根據已統計的在用有機熱載體殘炭、運動黏度和酸值3個項目檢測數據，對質量指標達到“安全警告”和“停止使用”數據樣本量進行分析，酸值、殘炭和運動黏度各自的變化規律以及三者之間可能存在的相互影響如下所示。

4.1 酸值的變化規律

對酸值質量指標達到“安全警告”和“停止使用”的全部樣本量進行分析（如圖2所示）可見，當酸值指標達到“安全警告”和“停止使用”時，殘炭、運動黏度、閃點3項質量指標均合格的比例約50%，殘炭和運動黏度質量指標非正常使用比例超過30%。數據表明，有機熱載體在循環使用中一旦發生劣化，酸值指標最易發生變化，殘炭和運動黏度指標的變化較慢。由此分析，有機熱載體中的有機酸增加，會引起有機熱載體聚合，使有機熱載體黏度增加生成膠質、瀝青質等粘稠物質，并造成結焦，使得殘炭和運動黏度的變化更為顯著。

圖2 酸值指標達到“安全警告、停止使用”數據樣本量的統計分析

4.2 殘炭的變化規律

對殘炭質量指標達到“安全警告”和“停止使用”的全部樣本量進行分析（如圖3所示），當殘炭指標達到“安全警告”和“停止使用”時，酸值和運動黏度值變化明顯。在用有機熱載體一旦發生結焦積碳，油品中產生酸值有機酸含量、高分子聚合物增加，有機熱載體越來越黏稠，流速降低，酸值和運動黏度明顯增大。

圖3 殘炭指標達到“安全警告、停止使用”數據樣本量的統計分析

4.3 運動黏度的變化

對運動黏度質量指標達到“安全警告”和“停止使用”的全部樣本量進行分析（如圖4所示），當運動黏度指標達到“安全警告”和“停止使用”時，酸值和殘炭值變化明顯。在用有機熱載體一旦運動黏度增大，油品的流動性和流速均降低，邊界層厚度會增大，一旦爐管內有機熱載體的流速處于層流狀態，容易導致邊界層過熱，加劇油的劣化，造成過熱和結焦，有機熱載體產生裂解，產生大量有機酸、小分子及大分子，酸值和殘炭值增大。

圖4 運動黏度指標達到“安全警告、停止使用”數據樣本量的統計分析

5 大數據在風險隱患挖掘中的應用

根據上述有機熱載體殘炭、運動黏度、酸值和閃點等檢驗數據的精細化分析，各因素之間存在緊密關聯關系，通過數據分析發現，酸值與殘炭變化異常值概率高于其他因素。同時，在近3年的數據分析中，未使用有機熱載體投入使用后1年內發生劣化達到安全警告的質量指標中，百分之百是酸值或殘炭測定值達到安全警告或停止使用，與表1中數據分析結果基本一致。由此可分析，酸值和殘炭2個質量指標是能夠表征有機熱載體質量變化的重要因素，通過捕捉這2項指標的異常變化，可以挖掘有機熱載體鍋爐系統存在的安全隱患。酸值數據異常，說明主要安全隱患為鍋爐系統中有機熱載體發生氧化劣化迅速，應采取有效措施隔絕外界空氣對有機熱載體的氧化，防范氧化劣化及高位槽著火事故隱患；殘炭數據異常的主要安全隱患為有機熱載體在鍋爐系統內過熱，應檢查和調整鍋爐的燃燒狀況，避免爐內有機熱載體過熱。通過大數據分析、匯總和抓取，可以利用前后兩三次定期檢驗數據中酸值和殘炭的數據變化趨勢挖掘有機熱載體鍋爐系統的安全隱患，一旦發現有風險存在，通過數據端對用戶進行預警，提醒用戶采取有效措施，檢查有機熱載體鍋爐運行中存在的問題，減緩有機熱載體劣化速度。

6 結束語

本文主要通過大數據對有機熱載體質量檢測數據進行采集、統計與分析應用，挖掘了有機熱載體在定期檢驗中未能發現的主要項目變化趨勢，分析出主要項目的變化規律和相互關聯性。與此同時，發現和預判了本省有機熱載體在使用過程中存在的普遍性問題，總結了有機熱載體劣化的主要原因，對加強使用單位在有機熱載體鍋爐運行、有機熱載體使用方面的指導更有方向性和目標性，同時也為探索大數據對有機熱載體鍋爐風險預警應用方面奠定了基礎。特種設備領域應加強大數據技術的應用，將大數據應用到特種設備智慧檢驗平臺、檢驗質量與風險預警、數據采集與監測中，不斷創新大數據與特種設備檢驗應用的深度融合模式和技術，讓大數據在特種設備安全和風險預警中發揮更大的價值和更重要的作用。