危化品安全生产信息化系统建设过程中问题分析及对策研究

张小良，黄 兵，陶光远，丁东梅，张文连，王昊博，沈博扬

（上海应用技术大学 城市建设与安全工程学院,上海 201418）

随着我国化工行业的快速发展扩张，为了满足行业的原料需求和企业的利益增长，我国的危化品生产总量日益增多[1]。按照工业和信息化部发布的《石化和化学工业“十三五”发展规划》[2]，我国石化和化学工业产业总产值要持续增加，石化和化学工业总产值的利润率要达到4.9%，并实现利润的小幅提高。

危化品因具有爆炸性、易燃性、毒性或腐蚀性等性质[3]，其安全问题日益突出。根据中国化学品安全网和中国化学品安全协会官网公布的数据信息统计分析可知，2013年-2019年共发生事故5 513起，造成5 592人受伤，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人遇难，8人失踪，直接经济损失达68.66亿元。这起特大事故暴露出我们在危化品储存场所的视频监控管理以及安全生产监测预警与事故应急救援方面还存在许多不足。通过网络、媒体以及出版刊物等途径，不完全统计了2010年-2019年国内近185起化工和危化品一般及以上事故情况，其中由于监测预警系统不足引发的事故起数如表1所示。

表 1监测预警系统不足引发的事故统计Tab.1 Statistics of accidents lacking of risk monitoring and early warning system

以上统计数据发人深思，无论是危化品生产场所（如车间反应釜），还是储存设施（罐区、库区等），抑或是与危化品生产相关的关键装置、重点部位，只要其中1个环节出现问题，都有可能酿成较大的安全事故。早在2014年5月，原国家安监总局印发了《冶金等工贸行业企业安全生产预警系统技术标准(试行)》，明确要求申请安全生产标准化一级的企业，需按照此标准建立并运行预警系统[6]。尽管此次发文并未涉及危化企业，但建设安全生产监测预警系统已经显得十分必要。特别是在“3·21”江苏响水天嘉宜化工厂爆炸事故以后，企业和政府监管部门都面临着严峻的挑战，危化品安全生产风险监测预警建设迫在眉睫。

为了加快推进危化品安全生产监测预警系统建设，国务院安全生产委员会办公室、应急管理部于2019年11月发布《关于加快推进危化品安全生产风险监测预警系统建设的指导意见》（安委办〔2019〕11号），明确提出了安全生产监测预警系统的建设指导方案并要求一、二级重大危险源企业要在2019年年底前完成重要实时监控视频图像和预警数据全部接入危化品监测预警系统的工作[7]。某区作为危化品重点单位，积极响应号召，在完成一、二级重大危险源企业监测预警数据接入工作后，并将范围扩展到辖区内所有重点危化品企业。该区64家重点危化品企业聚集了气体制造或充装（28%）和医药化工（19%）等工艺类型（见图1），生产过程复杂，反应装置高温高压，储罐区、库区数量繁多且存储危化品。基于此，本课题组对该区重点危化品企业进行了实地摸排调研，通过收集、整理资料并结合专业背景和相应的法律法规，分析了该区危化品企业安全生产风险监测预警过程中存在的问题，进而给出了相应的对策设计方案。

图1 64家重点危化品企业行业分布情况Fig.1 Industry distribution of 64 key hazardous chemicals enterprises

1.1 监测目标问题

当前，危化品企业数量众多，同时危化品生产工艺和种类复杂，针对不同类型的危化品企业，监测点位的筛选和确定就成为一个难点；
另外，危化品企业根据风险等级可以分成重大危险源(20%)、重点部位等（见图2），那么针对这些不同风险等级的企业又该如何监测，也是一个亟需解决的重要问题。

图2 危化品企业重大危险源、重点部位占比情况Fig.2 Proportion of major hazard sources and key parts in hazardous chemical enterprises

1.2 监测管理问题

1.2.1 监测基础设施水平不足

“两重点，一重大”是危化工作的核心，调研走访的64家重点危化品企业涉及重点监管工艺的6家，涉及重大危险源的有13家。其中部分企业因建厂时间较早，危化品生产装置落后，一些关键工艺参数（如反应釜温度、压力及液位等）还是依靠人工读取和修改，企业也未自建中控室，更无法实现监测预警功能，这就给政府的信息化建设工作带来较大困难。

1.2.2 监测标准没有统一要求

目前，视频系统监控已经是危化品监管场所管理的重要手段[8]。许多企业也认识到视频监控的重要性，对相应的罐区、库区以及生产场所等都安装了摄像头，但水平参差不齐。本文也统计了罐区、库区、生产场所以及中控室（值班室）的视频监控情况（见图3），从统计结果来看，除部分罐区外，多数企业在库区、生产场所以及中控室（值班室）均未设置视频探头，监控盲区较大。

图3 危化品企业罐区、库区、生产场所以及中控室（值班室）的视频监控情况Fig.3 Video monitoring of tank farm,reservoir area,production site and central control room(duty room)of hazardous chemical enterprises

此外，不仅这些场所对视频图像系统的监测范围、图像清晰度等关键标准未做统一要求，存在监控盲区的现象，调研时还发现，部分防爆场所安装的是非防爆的视频监控设备。这也埋下了安全隐患。

1.3 监测技术问题

1.3.1 数据采集问题

危化品企业数据采集主要是依靠部署在现场的各类传感器来实现，常见的包括温度、压力、液位以及可燃/有毒气体传感器等。一些企业在传感器选型之初，就未能准确把握探测原理、量程范围以及采集频次的要求，造成后期经常出现误报、甚至不报的情况，严重影响安全生产工作秩序；
此外还发现部分存在可燃或有毒气体（CO、NH3等）泄露风险的场所，气体探测器的设置和安装高度也不符合规定。

1.3.2 数据存储问题

除危化品基础数据外，监测数据类型包括视频图像数据和感知数据，感知数据主要指企业现有的气体报警控制器等系统，实时获取的温度、压力、液位、可燃气体浓度、有毒气体浓度等重要安全参数和报警数据[9]。调研时发现，部分企业仅危化品仓库可燃气体、有毒气体报警以及视频监控点位就多达几十个，每个点位又有实时参数和报警阈值之分，并且这些监测预警数据还有存储时间的要求，如果这个范围扩展到其他所有危化品企业，将构成一个大容量、大数据系统，由此数据存储面临较大挑战。

1.3.3 数据通信问题

目前，大多数危化品企业现场采集设备和监控中心数据传输依靠内部局域网，企业本身无固定IP，不能实现数据的对外远程传输，也就无法达到政府对企业监测预警的要求；
另外负责现场数据采集的传感器等设备硬件接口配置单一，通讯协议也无法满足不同企业、不同系统的要求。1.3.4数据安全问题

众所周知，危化品生产过程中的关键工艺参数是许多企业赖以生存的法宝，而往往这部分参数又是安全生产风险监测预警过程中的主要监测指标。调研过程中发现，部分企业以关键工艺参数涉密为由拒绝提供，因为一旦接入外网，数据在传输和交换过程中可能会遭遇病毒入侵、木马植入等外界攻击，从而造成数据包的丢失和参数泄露，企业的切身利益会受到严重威胁。

2.1 监测对象

危化品企业监测对象主要包括罐区、库区、生产场所以及中控室（值班室）等。针对这几类场所，监测因素又可分为视频图像数据和感知数据。

目前，从多起危化品事故调查来看，事故发生地点大多无视频监控，这就给事故的应急救援以及相关部门的调查、取证带来较大的困难。依据相关法律法规并结合危化品火灾危险性等级，确定视频监控的重点部位包括：甲、乙类车间；
甲、乙类仓库；
甲、乙类储罐以及中控室（值班室）。

按照危化品企业的特点，针对罐区、库区、生产车间以及中控室（值班室）这几类场所，确立了危化品企业安全信息化要素，如表2所示。

表 2危化品企业安全信息化要素参考表Tab.2 Reference table of safety information elements of hazardouschemicalsenterprises

（1）罐区、库区

作为危化品储存场所，罐区和库区的风险等级不言而喻，尤其是罐区和库区重大危险源，更是政府和企业的监管核心。针对危化品库区，视频监控要覆盖仓间全貌，可以实时看到危化品储存情况；
此外库区的可燃或有毒气体报警信号也要采集，接入内容包括可燃或有毒气体浓度第一级报警阈值、第二级报警阈值、报警浓度、报警时间和实时浓度等[10]。对储罐区而言，除了要满足视频监控和可燃/有毒气体报警信号的要求以外，储罐的温度、压力以及液位等也是监测预警的主要指标。

（2）生产场所（关键装置、重点部位）

危化品生产场所主要包含有化工反应的车间，同储罐区、库区一样，生产场所同样要满足视频监控和可燃/有毒气体报警的监测要求；
针对重点监管危险化工工艺的生产装置、设备等监测预警参数的选择，需根据相关危险及有害因素的分析，结合具体的工艺安全操作规程、主要反应及储存设备的工艺介质以及装置环境条件等[11]。

（3）中控室（值班室）

危化品企业中控室（值班室）的视频图像也是监测预警的范围，需实时掌握人员值班情况，防止出现脱岗、离岗现象。

（4）其他重点部位、关键装置

除上述主要监测对象，危化品企业的公用工程设施（如燃气锅炉等）也要纳入监测对象，防止发生中毒、火灾爆炸事故；
此外，针对非重点监管危险化工工艺的生产装置但属于重点监管行业的范畴，其安全问题也不可忽视，企业的监测预警应该从视频图像和感知数据（见表3）两方面着手，对它们作有效管控。

表3 重点监管行业安全运行参数Tab.3 Safety operation parameters of key regulatory industries

2.2 预警设计

预警是对生产系统中可能发生的危害和危险事件进行合理评价、预估风险、设计预案、制定相应的解决对策，避免危害和危险事件的发生[12]。预警机制是一种可以通过个人以及集体，能够对将来可能发生的危险进行设定技术性质的机制，并且能够在对历史数据的收集分析和挖掘基础上，来判断当前企业环境的安全生产状态，从而可以保证危险信号可以准确，灵敏地进行预先传输，最终为了减轻少危险事故，降低安全事故死亡率，相关人员可以采取适当的行动；
预警技术是一种早期信息警报或警告方法，用于分析研究对象和危机及危险状态的风险等级[13-14]。

罐区、库区以及生产场所是危化品高度集中的区域，存在火灾、爆炸的风险，通过对这些区域进行实时监测、动态评估以及自动预警，可以及时地暴露风险，为危化品企业隐患排查提供方向，同时也为各级监管部门开展工作带来便利。危化品企业安全生产风险预警设计包括：

（1）采集监测数据

危化品企业监测预警数据采集类型主要包括实时视频图像数据和感知数据，可以通过部署在罐区、库区以及生产场所的物联网采集设备自动实现，从而提高了效率。这里的物联网采集设备主要是通过连接PLC等控制各类传感器采集数据（如温度、压力、视频图像等），经无线网络传输技术（蓝牙、WiFi等）将数据送到设备终端，从而实现将传感设备、控制设备以及人、物联系在一起，形成了智能化的网络。

（2）发布预警信息

物联网采集设备可以设置采集每项数据的预警和报警指标（如与储罐液位相关的高液位和低液位报警阈值等），一旦超限会自动发出报警，同时推送预警报告给企业相关安全责任人；
应急部门也会在同一时刻收到信息并对企业作相应的提醒。

（3）闭环处置

危化品企业应在收到预警报告的第一时间制定科学、有效的措施，防止事态进一步发展，及时反馈处理结果并上报；
应急部门可建立反馈评分机制，督促企业整改落实，形成闭环。

2.3 系统方案

危化品企业监测预警方案依托物联网、大数据以及云计算技术，首先通过部署在企业前端的物联网采集设备采集视频图像数据和感知数据并进行上传；
然后利用政务云计算平台对采集的海量数据进行集中地储存、分析计算；
最后结合大数据分析技术发掘数据价值，并将这些有用数据导入到典型重大灾害态势预估应用模型（如火灾、爆炸以及有毒有害气体泄漏模型等）中来，实现危化品事故实时态势跟踪与预测预警，以此为监管部门的快速响应与科学决策以及企业的应急救援提供帮助，如图4所示。

图4 系统方案结构图Fig.4 System scheme structure diagram

（1）数据存储。云计算作为一种在网格计算、并行计算、分布式计算等计算模式上发展起来的新型服务化商业计算模式，正改变着人们使用计算机的思维方式[15]。随着物联网采集设备的大规模使用，危化品企业现场采集的视频图像数据和感知数据将形成一股巨大的数据流，这些海量的数据可以通过互联网专线接入政务云平台，并且利用云计算平台强大的数据存储和分析计算能力，对这些数据进行统一的处理，挖掘有效信息，为危化品安全生产提供技术保障。

（2） 数据通信。数据采集设备部署在企业前端，作为企业信息感知数据的采集节点，采集企业视频、报警和工艺参数数据。为保证数据顺利、稳定上传监管部门的信息平台，现场的数据采集设备要统一数据量程，规范数据格式，保持上传内容一致性；
设备采集频率须达到秒级，上传频率根据需要自定义；
数据采集设备需配置多种通信接口，如以太网、RS232以及RS485等，以满足不同系统、不同企业的通信要求。针对视频图像数据，危化品企业视频图像平台要根据GB/T 28181-2016协议要求并且固定IP地址，向专网开放国标协议的服务端口等。

（3）网络安全。随着危化品安全生产信息化的进程，企业与监管部门的信息交互会更加频繁，为了保证监测预警数据在采集、传输以及使用过程中的安全，部署在现场的数据采集设备：①使用算法对数据包进行加密，重要、关键数据分不同通道传输；
②设置访问权限，集成防火墙软件，确保系统不受外界网络非法攻击和病毒、木马的威胁；
③如果数据采集设备通过网络直接访问企业的工控系统，部署在数据采集设备和工控系统之间的单向隔离网闸要符合《信息安全技术网络和终端隔离产品安全技术要求》、《信息安全技术网络和终端隔离产品测试评价方法》中网络单向导入产品基本级的相关要求、以及《信息安全技术通用渗透测试检验条件》的规定，在电路上切断网络之间的链路层连接，从而使数据绝对单项无反馈传输，确保企业工控系统以及生产网的安全。此外，监管部门的危化品监测预警信息平台一般由第三方网络公司开发维护，建议与其签署保密协定，界定数据法律责任，防止工艺参数外泄。

通过实地调研排摸，系统分析了危化品企业安全生产监测预警过程中监测目标、监测管理以及监测技术方面存在的问题，进而给出了相应的对策。基于收集、整理的资料，依据法律法规并结合专业背景，确立了危化品企业的监测对象、制定了安全信息化要素参考表，并以此为基础提出了危化品安全生产监测预警系统方案。本文提出的危化品企业监测预警方案可以为应急部门提供依据，为落实危化品监测预警系统建设工作提供思路，为危化品企业建立健全本企业监测监控系统并实时监测预警提供参考。

在推进危化品监测预警系统建设过程中，政府应发挥领导作用，在安全保障和监督考核等方面作出努力；
企业要落实主体责任，积极配合各项安全监控设备的安装与数据接入工作；
另鼓励高校、科研院所等专业机构参与，提升危化品监测预警系统建设水平，创新技术监管方案，为危化品企业安全生产提供强大技术支撑。

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