防爆设备一体化管理平台的建设研究

黄骁骏,辛磊夫

(上海仪器仪表自控系统检验测试所有限公司,上海 200233)

0 引言

防爆技术型式、防爆标准、防爆产品型式的多样性,以及新技术在防爆领域的使用等,都对防爆产品的检验认证提出了严峻的挑战。国内现有检测平台很难提供“一站式”的全方位检测认证解决方案。本文基于国内防爆行业检测认证需求,开展电气、非电气设备防爆前沿技术研究,构建国际一流的防爆产品检测设备平台。该研究对测试设备测试结果进行数据化和结构化研究,同时,采用数据挖掘和大数据分析等手段对数据进行分析,为防爆设备一体化管理平台提供数据支撑。

1 研究背景

随着我国工业化进程的不断深入,防爆电器在工业生产领域发挥的作用越来越大[1]。社会经济的进一步发展,特别是发展中国家的经济发展,使国内的石油需求量持续着整体上升的趋势。同时,随着勘探、开采技术的不断革新,尽管石油消耗量巨大,但全球探明石油储量也在不断攀升。在今后很长一段时间,石油仍将是人类重要的能源和工业原料。因此,对石油化工产品不断增长的需求以及新的石油资源不断被勘探发现,为厂用防爆电器市场的增长提供了坚实基础[2]。但是,在生产、应用、安装防爆电器时存在很多安全隐患。如果不从生产、认证、选型、安装、运维等各个环节,对其加强安全规范管理、安全检查以及安全检测认证,就可能导致安全事故的发生。

我国的防爆行业相关标准起步晚于国外防爆领域,处于采信IEC 和EN 标准体系内容的阶段。但目前国内的防爆标准化委员会也在不断吸收、采纳国外的新标准和新技术规范,致力于实现我国的防爆技术水平与国际接轨[3]。

目前,我国防爆技术标准体系结构如图1 所示。

图1 我国防爆技术标准体系结构Fig.1 Architecture of explosion-proof technical standards in China

从图1 可以发现,针对涉爆企业的防爆设备管理方面,目前国内没有明确的标准规范对其进行要求。但在部分标准(例如GB 3836、GB 50257 系列标准)中[4-5],对设备的设计、安装提出了明确要求,可作为防爆设备管理的参考依据。

同时,对防爆设备进行安装、管理维护的人员需持有国家授权的特种作业人员电工(防爆电气)操作证才可上岗。国内能够提供相关技术培训的机构为上海工业自动化仪表研究院有限公司[6],平均每年获得特种电工(防爆电气)电工证的人员为300～400 人,远不足以支撑目前国内众多涉爆企业的需求。

2 防爆设备一体化管理平台功能需求分析

据调查,目前国内化工企业管理防爆设备采用传统的设备管理模式,即根据产品的名称、型号、工位、生产信息等进行管理[7-8]。而防爆设备有着其独特的防爆性能要求。若设备不符合区域安装要求,将导致危险发生。

目前,国外防爆行业中,有企业提供了一套基于生产装置为管理目标的防爆产品管理平台。但由于国外的涉爆企业管理模式与国内企业不同,其平台的主要功能也是以登记信息为主,并未将录入的信息与行业相关标准进行对比。同时,国外的具体应用实践和工程施工标准要求也存在较大差异,无法系统提升企业安全管理能力。

根据上述情况的分析,目前针对防爆电气业主(用户)的防爆产品管理,主要存在如下问题。

①国内防爆认证制度未覆盖工厂体系审核,无法确保持续提供满足防爆要求的设备。业主单位具备的防爆专业知识较少,不具备发起防爆产品验货的能力,无法确认防爆产品到货质量。

②防爆设备数量众多,无法定位每一台设备位置,无法精确掌握已安装的防爆设备位置信息,日常巡检、维护记录不准确,无法精准管理巡检记录。

③防爆设备管理台账数据与现场实际用的产品不符,造成安全隐患:无法对厂区整体防爆设备状态进行可视化管理;无法清楚了解防爆设备防爆型式分布情况,从而有针对性地对员工进行培训。由于国家标准更新,导致部分防爆设备因无法满足国家标准要求而产生安全隐患,或无法对同类型产品替换进行合适的产品选型。

④若设备在役时间过长,且未提供有效数据证实设备可靠性,易出现安全隐患。

防爆设备管理的工作不仅针对涉爆企业。目前,国内针对涉爆企业采取园区化管理模式,即尽可能地将涉爆企业,尤其是化工企业迁至地区的化工园区内进行统一管理[9]。因此,各个化工园区的安全监督管理委员会单位(以下简称“安委会”)对于其管辖范围内化工企业的防爆设备管理情况也有管理要求。

目前,安委会要求化工企业通过纸质文件方式、按照周期上报其范围内的防爆设备情况,对设备进行备案。通过调查发现,每家企业上报的格式内容大有不同,且其中防爆信息的填写多有问题,使得地方安委会无法对其管辖范围内的防爆设备使用情况作出准确的数据分析和诊断。同时,由于数据的缺失,安委会也无法对某企业的防爆设备进行针对性检查。

因此,根据上述情况的分析,针对地方政府安全监管单位存在的主要问题总结如下。

①无法实时监管化工园区、涉爆企业的防爆设备安全生产、管理情况,无可靠数据支撑。

②涉爆企业设备备案流程繁琐,数据调档、检查工作量大。

③无法对涉爆企业进行针对性检查。

在国内,除了涉爆企业和地方安监局、安委会需要对防爆设备进行管理之外,部分省市也针对防爆设备的安装、维护提出了强制性检查措施,聘请专业的第三方检查机构根据GB 50257、AQ 3009 等标准对涉爆企业中的防爆设备进行检查。检查期间需要出具有效的检查整改报告和检查报告,例如上海颁布的《上海市危险化学品安全管理办法》[10]。

3 防爆设备一体化管理平台的建设方案

平台提供的是针对国内防爆行业变化快、数据多、技术高等现有困难而开发的,兼具公共服务和专业技术服务的行业解决方案。平台能够使涉爆企业对标准、技术、管理有更详细、更专业的了解,以便实现防爆产品生产质量、危化品生产环境管理水平等多方面的能力提升。平台提供服务的关键技术主要有:构建国际一流的防爆产品检测设备,实现测试结果的结构化和数据化。

3.1 硬件升级

通过线下测试数据的数据化和结构化,升级实验室信息管理系统(laboratory information management system,LIMS);使用模数转换硬件将现有设备数据由模拟量转换为数字量,并进一步数字化;设计专用测试结果数据库和结果逻辑,为平台提供数据支撑。

3.2 数据整合

防爆行业存在国家标准、行业标准、地方标准等众多标准约束,且各类标准会根据行业变化、国际标准变化而进行相应的调整。数据整合技术能够利用网络数据爬取技术或在线更新的方式,在系统内动态更新行业标准信息,并根据变更的标准内容关联防爆产品设计、安装和维护等相关数据;在系统的设备管理台账和安装指导等功能中,提示标准调整所影响的设备信息,以便企业能够作出快速决策,减少各类资源浪费。

3.3 防爆设备台账智能识别

防爆设备台账智能识别技术能够根据用户上传的防爆设备清单、装置区域参数的数据,自动判别装置内的防爆设备参数是否满足装置区域参数的要求。若满足要求,系统能显示设备选型是否为最优选型方案,并提出选型参考方案。此外,系统会根据用户上传的资料自动识别不符合项内容,并提出不符合项具体内容或直接自动修改。

防爆设备台账智能识别技术主要功能包括防爆区域划分识别、防爆标注书写格式识别、防爆型式识别、防爆合格证真伪识别、防爆产品信息比对、气体级别识别、温度组别识别和危险介质参数识别等。

3.4 涉爆企业综合管理效率

涉爆企业综合管理效率功能可以根据防爆设备本体、设备使用环境、设备行业可靠性数据和人员管理能力等多方面信息进行整合,形成一套量化参考标准,将涉爆企业防爆领域的安全能力进行可视化展现。例如防爆设备本体安全等级评分、涉爆装置总体评分、企业管理能力评分、人员资质能力评分、企业综合情况评分等。通过量化的评分机制,能够使涉爆企业更直观地评估企业内部各层次的防爆安全管理水平,并针对评分较低项展开具体的维护更改措施,以此提高企业的安全能力。

3.5 防爆产品可靠性数据分析

防爆产品可靠性数据可在防爆产品进行安全完整性等级(safety integrity level,SIL)评定和企业安全仪表系统(safety instrumentation system,SIS)评估时,作为可参考的技术参数。目前,可靠性数据主要获取来源是参考SN 29500、GJB 299C 等可靠性预计手册,但是在役设备的实际使用数据尚无有效的获取渠道。本平台可通过用户录入的防爆产品使用、环境等数据,并且根据日常的企业维护数据,针对设备的安装日期、维修日期、报废日期、环境温湿度参数、介质区域情况、有毒有害及高温高压情况,以及电磁环境因素、诊断测试间隔等数据进行采集和分析,将形成的数据与行业数据进行交叉比对,形成在役设备的可靠性数据,供平台用户查阅。

3.6 资源建设整合

本平台根据防爆行业特征,对企业检测认证能力、防爆相关培训、高端仪表检验检测和行业标准等相关领域的资源进行整合,从防爆产品认证、选型、安装、维护、培训和管理等全生命周期各个阶段提供线上解决方案、信息查询以及试验验证等全方位服务。

主要整合资源建设内容如下。

①防爆技术高级培训。

面向防爆产品、认证、行业和市场等多个方面,提供专业的防爆技术培训。培训主要内容包括:国内外防爆行业趋势,防爆国际市场准入政策,国内外防爆标准解读,防爆质量管理体系解读,防爆产品设计与实践,防爆产品维修、安装工程实践,特种作业(防爆电器)电工操作证培训和证书颁发等。

②防爆产品认证线上服务平台。

依托线下专业的国内外防爆认证技术能力,通过平台化的建设,将防爆认证流程标准化、资料上传流程化,并且实现检测认证进度可查,电子报告、证书管理,复审提醒和认证资料规范管理等一系列功能。该平台可为用户提供更优质的服务体验,并且能够更好地管理企业认证相关内容。

③高端仪器仪表检验检测试验认证。

防爆产品认证过程中,需要涉及诸多试验项目。本平台依托的线下高端仪器仪表检验检测试验能力,能够全面地覆盖绝大部分电气和非电气防爆产品(非矿用)的认证试验要求,例如隔爆爆炸试验、本安火花试验、环境可靠性试验、电磁兼容试验和核电仪器仪表检测试验等。通过一站式的服务方式,使各个类型防爆产品的生产企业都能够得到认证需求的满足。

④行业、标准信息共享平台。

通过高科技手段,建立防爆行业、标准信息共享平台,实现以行业标准查阅、解读、分享为价值的服务平台,使涉爆企业能够第一时间了解行业咨询、掌握行业动态,并可根据需求进行相关资料查阅。平台建设目标:通过结合系统数据库和专业算法的支撑,将平台建设成国内具有公信力的信息共享服务平台。

⑤涉爆企业防爆管理、分析平台。

通过对各个涉爆企业在服务平台中录入的涉爆装置、防爆产品等相关信息的分析,整合资源,形成根据企业区域、生产类别、防爆产品分类和安全能力等数据进行分类的数据库;对数据进行分析后,可生成针对防爆行业、防爆产品和防爆安全管理等相关的白皮书等分析资料,实现整合资源的价值最大化,并服务于行业。

⑥防爆产品可靠性数据共享平台。

依托于国家工业自动化仪表产品质量监督检验中心和国家安全生产上海防爆电气检测检验中心,建立一套完整的防爆产品可靠性数据分析体系,形成我国防爆产品的安全评估专业技术服务平台,为社会提供功能安全评估公共服务。

⑦行业、标准信息共享平台信息采集,审核发布模块。

通过利用Python、正则表达式等计算机技术,智能采集政府有关部门、行业组织等官方公开平台涉及防爆行业的资讯,通过人工后台审核的方式对信息资源进行审核。审核通过的内容标明转载来源、转载源链接等版权说明内容后,在平台上进行展示。

⑧防爆产品认证线上服务平台模块。

基于对国内、国际防爆认证技术标准的消化吸收,对应现有的线下防爆认证业务的流程,将部分业务流程实施网上执行,将相关认证资料数字化,以减少认证流转时间,并且提高认证资料、认证证书等相关数据的管理能力。

⑨国内防爆合格证查询服务平台模块。

将现有国内防爆设备认证发证机构的合格证查询平台进行资源整合,实现一个平台查多家机构证书的功能。

⑩防爆培训证书查询服务平台模块。

提供防爆培训证书真伪查询功能。

4 平台作用验证

为验证防爆设备一体化管理平台建设的必要性,利用近三年中300 个上海涉爆企业的防爆工厂检查数据进行验证。在相同条件下,将使用与未使用本管理平台的数据进行交叉对比。主要验证数据为:区域划分准确率、设备防爆合格证正确率、设备防爆型式使用正确率、人员资质满足率、设备可靠性评分。一体化管理平台应用数据统计结果如图2 所示。

图2 一体化管理平台应用数据统计结果Fig.2 Application data statistics results of integrated management platform

通过对项目数据的整理可知,本平台为涉爆企业提供了安全可靠性系统评估数据支撑,使防爆产品与生产、在役过程中的安全性和可靠性得到量化管控,提升了涉爆企业对于人、物的安全管理能力和降低了事故风险。

5 结论

防爆产品多用于危险生产环境中,且在生产使用中有特殊的要求,错误的安装、管理会带来不可估量的损失。随着石油、化工等行业的快速发展,涉爆企业通过平台化手段管理防爆设备、提高管理能力和降低生产安全风险已成为将来发展的必然选择。