危险化学品安全生产风险监测预警研究

刘 茂

(中国石油化工股份有限公司，北京 100000)

0 引言

危险化学品行业是我国国民经济支柱产业之一，在经济发展中发挥着不可替代的作用[1]。但与此同时，危险化学品行业风险较大,且危化品一般具有易燃、易爆、有毒有害、腐蚀等危险性，安全威胁大，环境污染重[2]。其对生产的危险性主要是由物料的危险性及工艺过程的危险性决定的[3]。危化品事故在近几十年来层出不穷，如“11·22青岛输油管道爆炸事故”、“8·12天津滨海新区爆炸事故”、“沪昆高速7·19特别重大道路交通危险化学品爆燃事故”、“3·21江苏盐城化工园区爆炸事故”等[4，5]。这些危险化学品安全事故严重威胁人民群众生命安全，造成极大的财产经济损失，并给后人留下深刻的教训。不仅仅是我国，世界各国的安全生产与风险监测工作都经历了从“乱”到“防”的过程，在这一过程中，安全生产信息化是安全生产工作的基础，安全生产与风险监测预警系统在安全生产工作顺利开展的过程中起着重要的保障和支撑作用。国家应急管理部十分重视危险化学品安全生产风险监测预警工作，并提出分阶段建设的要求，最终实现危险化学品生产、存储、使用、经营、运输和废弃处置等全链条基础信息共享和监管业务协同。中国石油化工股份有限公司通过设计针对企业和总部集团的风险监测预警信息服务平台，对监测对象的工艺安全平稳性、设备完整性等指标，从多个方面，以多种角度进行综合分析研判，形成了危险化学品安全生产风险监测预警整体解决方案，为国内外相关企业提供了有价值的参考与借鉴。

1 危险化学品行业现状分析

当前欧美工业技术发达国家企业都已建立比较完善的安全生产管理信息系统，而我国企业的危险化学品安全管理等方面目前大多停留在宣传、教育、定期安全检查的水平上，而且多数是定性分析或事故后分析，这种管理办法较为被动、反应慢，很难适应现代生产管理的要求[6，8,9]。大多企业在运用计算机辅助质量与安全管理时，由于缺乏相关管理信息系统理论基础，系统建设和应用很不理想。

1.1 国外行业现状

许多发达国家在化学品理化性质测定、毒理试验、风险评价、优先名单筛选、信息系统建立、事故预测和制定应急措施、事故应急救援体系研究与建设等诸多方面，较早开展了大量的工作。美国、英国、加拿大、日本等都有着自己的危险化学品数据库和信息管理系统[6，7]。

随着大型企业生产能力和规模的逐年加大，生产储存装置逐渐向大型化、规模化发展，重特大危险源的数量不断增多,一旦事故发生，容易产生连锁反应，引起事故灾害规模扩大，造成灾难性后果。建立高效统一的危险化学品安全生产风险监测预警机制，从事后处理走向事前预防是社会步入现代化管理的必然选择。

陶氏化学公司的风险监测预警系统及德国巴斯夫公司的化学品监测系统应用于实时监测、风险定位，重在预测预警及快速跟踪响应问题；壳牌公司对风险的识别、监控、评估全生命周期管理，使风险降至合理的最低限度；英国BP公司应急监控系统属于公司级应急指挥系统，重在“平战”结合、分级处置，支撑一体化应急响应，为应急指挥救援工作提供决策依据，以及BP公司利用三维、VR等新技术开展模拟演练，提升员工应急响应及处置能力。国外风险监测预警现状主要特点有：应急资源共享化、集中集成、平战结合、现场可视化、风险预警决策科学化等。

尽管国外风险监测预警技术相对来说比较成熟，但是仍有可能发生危险化学品重特大安全生产事故。如2020年8月4日，黎巴嫩首都贝鲁特港口区发生重大爆炸事件，造成数百人死亡，近30万民众流离失所无家可归，国际影响极其恶劣。据官方消息，此次爆炸是由于易燃易爆物品引燃了仓库中存放的两千多吨硝酸铵，在高温环境下，经过一段时间蓄热，引起了库存硝酸铵的爆炸，具体原因仍在调查中。

1.2 国内行业形势

我国的安全生产监督管理信息化在本世纪初起步，国家安监总局成立以后，也逐步开展了安全生产监管和监察信息化基础性的建设工作，主要包括信息网络基础、安全生产监管、监察应用系统和基础数据库的建设[6，10]。然而，我国危险化学品生产及安全管理目前还存在许多问题，例如危险化学品的管理体系不健全，企业安全意识淡漠，危险化学品登记难度大等等[11]。

在MLAA-22酶切位点分析结果提示：MLAA-22存在大量的Proteinase K的酶切位点，蛋白激酶催化蛋白质磷酸化从而改变其活性，蛋白激酶是细胞信号通道中起化学修饰作用的成员，参与多种细胞功能诸如

2015年8 月12 日，位于天津市滨海新区天津港的瑞海国际物流有限公司危险品仓库发生特别重大火灾爆炸事故，造成165人遇难(参与救援处置的公安消防人员110人，事故企业、周边企业员工和周边居民55人)、8人失踪(天津港消防人员5人，周边企业员工、天津港消防人员家属3人)，798人受伤(伤情重及较重的伤员58人、轻伤员740人)。最终认定事故直接原因是：瑞海公司危险品仓库运抵区南侧集装箱内的硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温(天气)等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起相邻集装箱内的硝化棉和其他危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸[5]。

2018年11月河北张家口某化工公司氯乙烯泄漏扩散至厂外区域，遇火源发生爆燃，造成24人死亡、21人受伤，直接经济损失4100万元。直接原因是氯乙烯气柜卡顿、倾斜，氯乙烯泄漏导致压缩机入口压力降低，操作人员仍然按照常规操作方式调大压缩机回流，进入气柜的气量加大，氯乙烯冲破环形水封泄漏并扩散，遇火源发生爆燃。间接原因包括企业对安全生产不够重视，安全管理混乱，安全投入不足，应急处置能力差等。

2019年国家应急管理部要求各级应急管理部门和中央企业建设危险化学品安全生产风险监测预警系统，实现危险化学品企业安全生产风险的动态监测和自动预警[12-14]。在2022年底前完成危险化学品企业、化工园区建设完善监测监控系统，对重大危险源和关键部位的监测实现监控全覆盖。应急管理部门建成危险化学品监测预警系统，能够调阅特定重大危险源、值班监控中心等视频监控图像和预警数据。实现危险化学品安全生产基础信息采集共享，建立或完善危险化学品安全生产风险监测监控预警运行保障机制。

1.3 发展趋势

开发研究系统模块功能强大，管理决策服务高度专业化、智能化、系统化、自动化、空间跨度大的共享平台，将是我国安全生产信息系统化建设的一个主导方向[6]。国家关于危险化学品安全生产风险监测预警起步比较晚，缺少相关的平台对其进行有效支撑，近几年来，石油化工行业安全事故频繁发生，对国家带来巨大的影响及灾害，国家对安全的工作环境标准日趋严格及高标准要求，为保护人生、财产和生产经营活动不受伤害或损坏，建立危险化学品安全生产风险监测预警是必然趋势。

要建立健全的危化品风险监测管控机制和统一的技术标准，实现对计划及要求上传下达与协同作战提供支撑。建立风险监测预警系统，当发生监测数据报警，实现对风险准确定位，第一时间发出报警信号，进入应急状态。完善相应的法律体系，加强监管处理的落实[15-18]。建立科学的决策辅助模型和依赖信息分析技术手段，以提高决策的准确性和有效性，使应急管理变被动为主动，从事后处置专项事前预防，加强动态适应能力。

2 危险化学品安全生产风险监测预警业务研究

2.1 企业风险监测预警设计

基于风险的概念，即事故后果严重程度与事故发生可能性的组合，选取危险化学品重大危险源分级，综合考虑厂区人数、周边人数、物料危险系数、厂区面积等指标综合计算得出企业事故后果，来表征企业的固有危险属性，选取关键参数实时报警数据来表征企业安全生产动态风险，建立企业安全生产风险预警指标体系。关键参数包括温度、压力、液位、有毒有害气体、可燃气体。

(1)

式中，T1,j为工艺控制指标；T1,j为罐区泄漏报警指标；α1、α2分别为各二级指标的权重系数，由层次分析法计算得到。

基于风险分级理论及风险矩阵计算方法，将影响重大危险源安全生产的两类因素引入数学模型中，根据危险化学品重大危险源事故后果表征参数、安全生产实时监控指标及得分、以及修正系数，建立重大危险源安全生产风险预警值计算模型。

Risk=TR×Ci

(2)

式中，Risk为重大危险源安全生产预警值；Ci为重大危险源事故后果表征参数；TR为关键参数实时预警分级得分。

关键参数实时预警指数是在关键参数实时预警指标体系评估计算分值的基础上进行归一化处理，将其按照风险由高到低划分为高、较高、一般、低共四个等级，并将每个等级用1～4个等级区间的数值来表示，如表2所示。

表2 风险等级划分参数表

对于危险化学品企业，需要及时监控各对象的工艺安全平稳性、设备完整性整体综合指标，对不满足要求的对象进行安全检查，督促基层单位及时整改处理；监控各个对象的风险变化趋势和全厂总的风险变化趋势，掌握风险薄弱环节，对全厂安全性有较大威胁的对象进行重点管控；监控高风险作业环节并及时处理；监控各重点部位的可燃及有毒有害气体泄漏报警情况。同时对本企业可能导致重大事故及以上的对象的各类监控指标进行重点监控和督查。

对危化品企业的安全生产各监测点位进行实时监测，主要包含储罐区实时点位数据感知、高危工艺装置区点位数据监测、厂区气体泄漏监测等，实现实时监测、历史趋势查询等功能。

利用模型对重大危险源涉及的危险化学品安全生产监测指标的实时监测的数据进行计算，得到罐区、高危工艺装置、厂区泄漏等不同维度的风险度，针对风险度计算结果，考虑企业人员及周边人口情况、天气条件等，进一步得到企业风险度。根据企业风险绘制风险态势曲线，实现对企业监控数据的实时维护及跟踪查询。为安全监管，应急决策提供技术支持。

2.2 总部集团风险监测预警设计

围绕危险化学品储存罐区、高危工艺生产装置等重大危险源以及能量聚集部位的安全风险，利用物联网感知技术采集关键安全参数，研发风险预警模型，构建风险分级管控与动态监测预警体系，开发安全生产风险监测预警系统，不断提升危险化学品安全监管的信息化、网络化、智能化水平，推动了企业主体责任落实到位，有效化解重大安全风险、遏制重特大事故。

依托于企业的风险监测预警数据，建立预警分析、报警情况分析、企业风险分析、在线情况分析，历史数据库等综合应用，并配以大屏应用实现对风险研判、实时监测数据、企业风险分布与统计、在线联网分析等功能进行集中展示及集中监控，为风险管控中心辅助应急决策。

2.3 风险态势研判

风险态势研判包括四部分内容：重大危险源风险研判、重大危险源风险度研判、企业风险度研判、集团风险度研判分析。

运用工业机理模型，根据不同的风险分析需求进行重大危险源风险分析计算。从危险化学品的储量、化学品的危险特性(主要是可燃性、毒性、化学活性)等方面进行风险度计算，分析重大危险源的静态风险。

通过汇总企业危险化学品实时数据，采集关键安全参数(温度、压力、液位、可燃气体泄漏、有毒气体泄漏)数据，通过构建的风险预警算法模型实时计算重大危险的静态风险和危险事件的动态风险，加上周边环境影响因素，进行态势研判。

3 风险监测预警平台设计与实现

在企业端部署数采服务器，将企业的采集点数据按照五分钟的上传频率进行部署设计，将重大危险源、重点工艺设备等相关的温度、压力、液位参数等指标的阈值报警信息输送至集团公司，形成集团、企业两级风险监测预警平台，实现报警信息的集中管理。云平台整体技术架构如图1所示。

基于云平台建设成果，建设面向安全管理的业务组件域，实现信息基础技术支撑的集成化、组件化。采用“平台+应用+服务”的技术路线，建设危险化学品信息、储罐风险、装置风险等业务组件，应急指挥风险区域、报警模型等服务，为业务应用提供安全、可靠、高效的基础支撑平台采用B/S架构[19]，以及先进成熟的微服务设计理念，遵循前后端分离原则及RESTFUL接口规范。引入GIS、风险预警计算等技术支撑危化品风险监测信息化水平提升。

4 应用实践

研究成果在天津、宁波、茂名等多家危化品企业开展试点应用，完成基础数据收集与导入、关键用户培训，并与政府应急管理部门组织多次技术交流。针对现场反馈需求，实现关键安全参数的监测数据、火灾报警、工业视频监控等各类数据的实时安全接入，采集重大危险源数据与周边环境基础数据，建立不同范围、不同维度的风险态势，进行风险研判，为安全监管提供技术支持。基于企业基础数据和动态监测数据，实时计算重大危险源风险度，进而计算企业风险度，根据风险预警模型确定企业的风险级别，并根据预警机制进行预警推送，实现重大危险源企业风险预警和企业风险预警，具体应用如下。

(1) 指标报警监控

实时监控指标监测状态，动态跟踪报警走向，对指标从报警到消警实现全过程管理，为企业规避风险提供数据可视化支持。

(2) 指标离线监控

通过数据自动巡检，对长时间丢失心跳的设备进行跟踪，定时输出指标离线状态，推送给相应运维保障人员，为设备检测提供有力保障。

(3) 风险预警监控

通过风险预警模型，对重大危险源、企业等不同层级的风险进行有效预警，并通过短信提醒定向推送给各层级管理人员，为加快风险处理及减轻风险带来的后续影响提供过程管控及督导。

通过在企业的应用表明，危险化学品安全生产风险监测预警的建设，有效整合企业既有资源，有效减少信息重复采集、节省人力成本，提高了信息利用率和时效性，产生直接经济效益。日常监测预警等功能，将可能发生的事件遏制在萌芽状态，事件发生后，能够缩短救援和人群疏散的时间，从而获取巨大的社会经济效益。将企业重大危险源接入监测监控系统、保障监测监控措施到位、保证安全生产条件，杜绝地方处罚与媒体曝光，减少对企业声誉的损害。信息化从数字化、网络化向智能化的转变，加强了总部集团及当地政府对企业落实主体责任的监督，提升了企业安全管理技术和安全生产保障水平。

5 结论

(1) 对国内外危险化学品行业的现状进行了分析，与发达国家相比，我国的安全监督信息化水平远远落后。为了能够早日与国际接轨，从安全监管和信息管理的角度出发，研发一种系统模块功能强大，具有高度智能化，专业化，系统化，覆盖面广的云平台，将成为我国危险化学品安全生产风险监测系统化建设的一个主导方向。

(2) 危险化学品安全生产风险监测预警的技术难点在于数据的及时监测与记录分析，系统风险态势的研判，以及系统各部分的相互耦合。中石化结合危险化学品行业现状以及发展趋势分析，以现代信息技术为支撑，提出了企业和总部集团两级风险监测预警的解决方案，并建立了危化品安全生产风险监测预警云服务平台，突破了传统的风险监测模式，探索出一种危化品安全管理新模式。

(3) 结合物联网、数据挖掘等先进技术的发展，提升系统的智能化应用，优化系统，为企业和总部集团提供更多的辅助决策，提高预警能力，提高安全水平，实现风险的前置化，具有广阔的推广应用前景。