安全生产事故如何防患于未然?监测与预警平台为安全和效益保驾护航

2020-08-31 15:21:26

  一、安全事故无法杜绝,安全技术发展永无止境四个月前,江苏连云港一家生产碳化硅的企业车间发生火灾和爆炸,一时间,互联网上一片谴责痛惜之声,“连云港化工厂爆炸”成为网络热点事件,一度排名微博热搜第一。值得庆幸的是,事件结果未造成人员伤亡,但这也足以让人们感到后怕,毕竟造成78人死亡、76人重伤,640人住院治疗,直接经济损失19.86亿元的江苏响水“321”特大爆炸事件刚刚才过去一周年,很多人不禁担忧,无论爆炸案损失多么惨重,它似乎无法为安全生产警钟长鸣,工业生产事故依旧频发。大家不禁要问,为什么现实中有这么多教训,事故依然无法避免呢?

  长期以来,工业生产事故的预防基本上依赖于企业的管理水平,包括建全规章制度,重视消防与安全防护设施的完善,教育工人严格遵守操作规程,提高其素质和应急处置能力等。然而,国际职业安全与事故预防理论和实践的发展历史表明:完全依赖人的警惕性来保障生产安全并非万全之策,因为人可能受到生理、心理以及社会等诸多因素的干扰而出现失误;还有一些事故致因属于人的智力和能力难以感知和有效抑制的范畴。纵观近年来发生的多起重大事故,虽然在调查事故原因时主要归咎于违章、渎职等人为责任,但进行深入分析会发现,也与缺乏先进、可靠、全方位的安全监控预警技术设施不无关系。

  此外,随着经济的发展, 生产的规模、自动化程度、材料与工艺的革新都会导致危险源和隐患的多样性与复杂性, 导致事故模式不断翻新, 导致灾害规模不断扩大, 事故灾难性后果日益严重。因此, 对各种事故所采取的预防措施的有效性也在不断发生变化, 安全技术在其中就显示出越来越重要的地位。事故不可能杜绝, 安全技术的发展也永无止境。

  实践证明, 任何事故或灾害的发生都有一个自然发展的过程, 在其酝酿伊始直至临界状态呈现, 都有“端倪”可察、“征兆” 可寻。这“端倪”与“征兆”便是危险源的安全状态信息, 在这些信息中, 大多数是可观测的, 有些还是可控的。倘若有一套先进、可靠的监控预警系统, 能够通过对安全监管系统前端传感器采集的不同类型的数据进行评估分析,确定各类事物或者行为是否超出预警阈值,并通过相应的控制系统发出预警信息,想必就能避免事故的发生,至少能够把事故所造成的损失和影响降到最低程度。

  二、国内外监控预警系统研究现状英国是西方最早实现工业化的国家,同时,英国是最早系统地研究重大危险源监控技术的国家。1982年,英国政府颁布了《关于报告处理危害物质设施的报告规程》,1984 年颁布了《重大工业事故控制规程》。其后荷兰、德国、法国、意大利、比利时等欧盟成员国及美国、澳大利亚等国家都先后制定了相关控制规程。在1993年通过的《预防重大工业事故》公约和建议书,主要内容是希望各个国家对重大危险源进行有限的监控和管理。

  总之,这些发达国家如美国、德国、英国等在20 世纪 90 年代初就建立了较为完善的政府安全生产行政执法信息体系, 政府和行业协会等机构也形成了加强行业安全生产指导和督促企业承担社会责任的约束机制, 特别是在一些重点领域, 如在危化品安全监管方面, 欧美国家加强引导企业增强社会责任意识, 并普遍发展了危险源辨识、评估技术, 建立健全了基础数据库, 利用现代网络化技术开展了评估、预测和预警, 实现了统一管理和资源共享。美国国土安全部还实施了国家重要设施防护计划,对国家重要基础设施工程进行监测和预警。

  国外企业生产安全工作的系统具有更突出的特点和优势,致力于过程安全工作的企业,大多采用“过程安全管理——危险识别——后果分析——风险分析——训练——应急预案”等一系列政策方针。这种处理方式改变了针对某一事故隐患而随机制定了应急预案的孤立性、零散性、局限性的特点,使危险隐患的应急预案处理得更系统、更具有实用性和可靠性。

  相对于这些国家而言,中国由于起步较晚,技术相对比较落后,距离实际应用还有一定差距。不过,总体而言我国同样注意行政监管和监管技术的结合发展。随着国务院安委会“指导意见”明确提出“利用大数据、人工智能等技术”,解决传统监管漏洞、提升效率、准确研判安全态势、及时处置风险,标志着先进信息化技术已经具备了在化工安全生产管理领域实质性、大范围应用的基础,智慧风险监测预警平台呼之欲出。

  至于技术发展水平方面,目前安全预警技术已经被众多公司与学校进行深入研究,比如美国加州大学伯克力分校、康奈尔大学、麻省理工学院等,另外还有英国、日本、中国等国家的一些科研机构也在进行着安全预警领域的技术研究工作。主要研究的内容是传感器网络技术以及通信协议的研究,同时也开展了大量感知数据查询、比较、处理技术的研究,取得了很多初步研究成果。其中无线传感器和网络技术在军事、工业、农业、交通、医疗等领域得到了广泛应用。

  以工业领域为例,美国英特尔公司安装了 200 台无线传感器在该国俄勒冈的一家芯片制造厂,通过一套安全监管系统来实时监控工厂设备的位移,在检测结果超出系统设定的标准时,及时提供监测报告。在我国国内,陕西省的天和集团和成峰公司共同合作,研制开发矿井环境监测系统和矿工井下区段定位系统,在矿井内作业时的环境安全以及工人的生命安全起到了重要作用。总之,在我国高危行业及一些重要行业,安全预警技术在不断的发展,特别是煤炭采矿行业,互联网网监部门越来越多的采用检测预警技术,实现在生产过程中或者在网络监控过程中达到预知险情的目的。

  三、如何建设监测预警系统监测预警系统根据实际需要分级部署在省、市、县/园区的危化品监管部门。其体系架构在传统云计算应用层(SaaS)、平台层(PaaS)和基础设施层(IaaS)三层服务的基础上,应用工业大数据、人工智能等新技术,具备实时监测、风险预警、闭环处置、检查评估等基本功能,提供PC端和APP等多种方式的应用。

  其目标是综合利用工业互联网等先进技术,集成化工园区生产装置DCS、视频、GIS、各类传感器、通讯平台等构建化工园区安全生产平台,全面排查摸清化工园区家底,建成一园一册、一企一档,实现管理前置、控制风险、有效预警、动态防控、智慧决策的总体目标,从而倒逼科学整治,淘汰落后产能,促进园区创新转型和绿色可持续发展。

  核心平台功能包括:(一)日常监管

  1、应急预案管理实现应急预案编制、评审、审批、发布、备案、修订、培训、演练、监督等全过程一站式管理,快速辅助管理部门完成事前预防、事发应对、事中处置和善后管理等各项工作。

  2、安全风险源管理搭建统一的风险源综合信息数据库,实现风险源信息获取、信息处理、信息输出等功能,构建环境风险日常管理基础平台,面向企业建立危险源的电子台账,涵盖国家规定的6大类危险源,及危险源基本情况。

  3、应急资源管理实现对应急救援物资、应急救援力量、应急专家、危化品知识库等资源的日常管理,同时使用空间技术及时掌握区域应急资源的分布情况,为应急救援、资源优化和合理调度提供支持。

  (二)环境监控预警

  1、在线监测对区域内实时监测数据在线监控,可查询历史数据实现对比分析,并具备远程反控,对运行情况进行监控实现对监测设备的控制。

  2、预警模拟结合园区气象参数,对企业周边气体排放数据的实时感知。通过大气扩散模型运算分析,当企业出现超标排放或出现环境应急事故时,系统能够对气体扩散范围速度和扩散范围进行预警。

  3、污染溯源在接到公众问题投诉时,通过对园区历史监测数据查询分析,判断公众投诉事件风险程度,并通过污染溯源系统对排污企业进行定位分析,根据模拟的结果进行科学决策,为应急工作抢占先机。

  (三)应急指挥

  1、应急指挥监测基于安全生产平台,实现接警登记、事件上报等功能,完成事件的初步定位、信息通告、预警提醒等工作。同时实现值班人员排班管理、接警记录存档、事件登记、预警提醒、现场调查等应急指挥管理功能。

  2、应急资源调度通过事件信息展示、资源调度、应急指挥车、GPS定位等功能,根据事故现场情况、风险等级、应急处置需要,显示应急处置过程中各监测、处置、人员和设备点位的地图位置及详细信息,实时了解现场情况并根据事件的进展及时调整人员和监测点位,为应急事件的高效处置和准确决策提供有力支持。

  以上是一个监测预警平台具备的基本功能。各地区可结合本地现有信息化和基础设施资源、应急管理信息化规划、电子政务管控体系等实际情况,有序开展“信息化+”建设,在督促企业落实安全生产主体责任的同时,为各级监管部门提供快速、有效的信息化支撑手段。

  国内较成熟应用案例当前,随着我国工业化的发展,许多企业和高校纷纷利用各自优势联合推出研究成果。

  例如,青岛安工院与天津大学、南京工业大学和中国石化巴陵石化分公司开展产学研联合攻关,攻克了包含反应失控预测及工艺安全临界判据模型、灾变关键特征参数多尺度测试平台及风险准确表征技术、异常工况监测预警平台、危险化工过程安全保障关键技术体系等多个研发攻关难题。在确保重大危险源数据安全采集传输的前提下,该系统突破了网络环境限制,将不同网络环境和数据环境等复杂结构下的企业重大风险源的报警信息、视频监控信息、安全管理信息数据,实时接入系统并上传到政府端,进而实现对企业重大风险源的实时监测;系统同时集成了重大危险源地理坐标信息,与监测预警数据和视频监控信息进行关联,能够实现对风险点的精准定位;建立了一套科学的风险预警值算法,制定了“红橙黄蓝”风险分级预警管控机制,实现企业重大风险源的实时风险预警和区域风险预警,通过及时推送预警信息,为政府到企业快速联动处置预警风险提供支撑。

  自2018年4月投入运用至去年9月,山东省443家涉及一级、二级重大危险源企业已全部安装数据采集设备,365家一级重大危险源企业全部接入系统,通过监测预警系统的监管作用发挥,山东省内之前存在的10余家“重大风险级”和20余家“较大风险级”企业已分别降为“一般风险级”和“低风险级”企业,已取得了明显的应用成效。

  而由清华大学、北京理工大学、国防科技大学、中山大学、北京大学、中国人民大学、百度、腾讯、阿里巴巴等相关单位共同建设的大数据系统软件国家工程实验室清华团队研发的“清华数为”大数据软件栈产品,更是一个远不止应用于生产安全的全能型软件。“清华数为”大数据软件栈在基础设施服务、平台服务、软件服务三个层次上,为面向领域的大数据软件系统的研发提供支撑关键组件和应用开发环境。软件栈采用开放架构,融合开源计算框架和自研的物联网时序数据库Apache IoTDB、数据质量分析工具TsClean、机器学习引擎AnyLearn、交互式计算流程引擎Flok、数据可视化工具AutoVis和应用开发环境DWF。上述组件可以随需组装,满足用户对大数据生命周期中,采集阶段、管理阶段、处理阶段、分析阶段和应用阶段的感知与预警、查询与检索、转换与度量、决策与预测等需求。以“清华数为”大数据软件栈为基础,国家工程实验室提出了“1+X”的应用架构模式,在制造、能源、农业、民生、军事等多个重点行业与多个国家级的产业优势单位合作,沉淀领域平台、构建产业应用,推动大数据技术同实体经济深度融合发展,与气象、环保、工业制造、能源等企业用户开展领域大数据平台和应用系统研发。

  例如,在工业生产中,通过深入研究产业特点,基于平台的“云-端”结合的设计思路,建设了国内价值最高的智能装备大数据平台。平台采集4000余种类型的设备状态、作业操作、环境参数等实时数据;支持远程发动机运行参数调优,辅助装备远程操作;实时汇总和分析全国每台设备施工量、能耗与排放。如:实时车辆分布及各省份排名情况,行驶、停止的车辆比例,高发故障的分布及排名情况,不同载重状态的车辆台量和占比,物流车在全国各省市的平均碳排放量和车辆的空驶情况。给生产厂家、运输企业、交管、环保、安全生产等政府部门提供实时的数据支持。

  五、关于安全生产监测与预警技术的几点建议当前,我国工业安全生产状况处于总体稳定、趋于好转之态,但形势依然不容乐观。对于发展安全生产监测与预警这项技术,有以下几点建议可供参考:

  1、加强对安全状态信息检测-传感器件的开发。借助于最新科技成就将安全检测的触觉向未知领域进一步延伸,如应用光纤特殊性能的各种传感器以及正在发展中的微机械、“芯片”实验室、超微粒子化与智能传感器、太赫兹技术等填补现有技术的不足。

  2、“重大危险源监控预警系统”应从初期仅供安监部门实现办公微机化的政府版向对辖区重大危险源的安全状态信息实现动态监控的深度和广度提升。这种包含硬件和软件的综合系统的“重头戏”在基层,即含有重大危险源的企业应配备从传感器/变送器、数据采集与通讯网络设备以及主机的硬件配置,企业自身含有的危险源状态信息,各类事故(燃烧、爆炸、危险物质泄漏扩散)预测及态势预警模型,安全防护与控制装置或设施(喷淋、消防、隔爆/抑爆/惰化)的应急动作预案等内容都应缜合在系统中,并能无阻地送达安监部门的救援指挥系统,切实起到下情上达、上行下效的作用。

  3、科研单位宜开展“溯源”(反演)探测方法及实用技术研究。根据实时监测数据推算泄漏、爆炸、燃烧、辐射等事故源的实际泄散强度,以求对事故态势预警区域确定及对事故后果估计更加准确。

  4、发展专用机器人。火灾、爆炸、毒物泄漏事故发生时,急需了解事故源及其蔓延状况,尤其急于掌握局部空间空气中有害气体成分与浓度、现场场景等,以便实施救助。利用具有应急监测、排险、生命探测以及预警等功能的机器人完成这样的任务势在必行。

  5、在安全监控预警系统的设计、集成、安装、运行各个阶段,务必执行相关的功能安全标准,以确保系统自身的安全性和可靠性。

  随着科学技术的发展,毋庸置疑的是新的安全生产问题也会随之出现。而无论面对怎样错综复杂的安全生产问题,随着安全监测及预警等各项技术的发展,必将成为工业生产实现“安全第一、预防为主”目标的技术保障体系。


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