物联网技术在化工领域的应用

朱奇

（杭州萧山国际机场有限公司，杭州 311207）

化工生产过程往往具有易燃、易爆、有毒、高温和高压等特点，所以安全风险大。化工生产原料和成品的仓储和运输可能对环境造成较大影响，所以环保要求高。当前“人工+自动化”的管理模式，已无法满足越来越高的安全和环保要求，需要进一步引进物联网技术，加强和扩大在化工行业及其他领域的应用，尽快实现管理“智慧化”，切实提升安全生产管理能力和运行效率。物联网技术，本质是数字化物理世界，是将无处不在的业务设备通过有线无线和长短距网络连接技术实现互联互通，借助物联网平台进行数据汇聚与应用集成，在专网或互联网环境下，达到对实物进行定位、跟踪、识别、控制和智能管理的目的。总结来说，连接是基础，平台是关键，应用是核心。

1 物联网平台结构

物联网平台由感知层、传输层、平台层及应用层组成。

感知层：在被管理的设备上安装对应传感器，传感器负责将需要的数据上传；

传输层：提供物联网数据的有线传输、无线传输通道，并转发到对应业务平台；

平台层：各业务平台负责分析处理传感器上传的数据；

应用层：提供客户人机界面，将分析处理结果进行展示。

2 化工领域的应用

2.1 化学品储罐监测

化学品储罐是化工行业的重大危险源，需要进行全面、全时段的运行状态监测。要实现这一目的，可以应用物联网技术，建设储罐无线监测系统。

监测系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。数据采集系统主要是储罐内安装的无线温湿度传感器、无线气体传感器，无线测控装置等设备，可采集储罐内实时数据。数据传输系统分为2 块：1 块是下层采集数据传输模块，功能是获取采集到的最初数据；另1块是用于上层处理系统之间的通信。数据处理系统由2部分组成，即服务器进程和客户端进程。服务器进程主要功能是接收数据，客户端进程用于与服务器进程进行数据信息的交互，从而获得储罐内实时数据[1]。

监测系统可实现的功能包括：1）储罐状态监测，可实时监测储罐内液位、压力、温度数据，气化管路和调压管路的温度、压力及流量数据等；2）监测点定位，通过电子地图显示所有储罐的地理位置分布；3）异常报警，当储罐监测数据出现异常，立即报警通知相关人员；4）分析查询，可查询指定时间段内储罐监测数据变化情况，可进行数据、曲线图分析。

2.2 有毒有害气体预警监测

在化工行业，针对有毒有害气体的防控是安全管理的重中之重。漏气、跑气无法依靠肉眼及时排查，隐蔽工程的隐患检查也存在困难。要做到“防患于未然”，实现对有毒有害气体的实时监测，可以应用物联网技术，建设有毒有害气体报警监测系统。

报警监测系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。其中数据采集系统主要是在各管道节点安装的气体探测器，可采集环境中的有毒有害气体实时含量数据，并利用无线传感网络技术进行传输[2]。

报警监测系统可实现的功能包括：1）气体监测，可实时监测有毒有害气体（烃类、醇类、卤代烃和乙酸甲酯等）含量数据；2）气体异常预警，当系统监测到现场有毒有害气体含量异常时，同时进行多种方式报警，包括现场声光报警、监控中心声光语音报警、通过手机移动端推送给管理员等；3）报警联动，当系统报警时，可联动打开现场排风机等应急处置设备；4）监测点定位，通过电子地图显示所有气体监测点的地理位置[3]。

2.3 化工废水监测

化工行业会产生大量的工业废水，如处理不当会对环境产生较大影响。因此，对周边水质的监测是环保管理的重要一环。要实现监测的快速、便捷，可以应用物联网技术，建设工业废水监测系统。

监测系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。其中数据采集系统主要是在排放侧安装电磁流量计、COD在线分析仪、氨氮/总磷/各类重金属在线分析仪和电动阀门等设备，可采集水质实时数据，并利用无线传感网络技术进行传输[4]。

监测系统可实现的功能包括：1）水质监测，可实时监测水质数据，包含COD、各类重金属、流速、流量等；2）水质异常报警，当系统监测到水质数据超过安全值域时，将发送报警信息[5]；3）监测点定位，通过电子地图显示所有水质监测点的地理位置分布；4）水质分析，可查询指定时间段内水质数据变化情况，可进行曲线图分析。

2.4 能源管控

化工行业对能源的消耗大，如果没有持续有效的优化手段，就会造成大量的能源浪费。因此，需要在能源管控上实现“信息化”和“可视化”，及时发现生产中能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化实现节能增效、高效生产。要达到这一目的，可以应用物联网技术，建设能源管控系统。

管控系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。其中数据采集系统主要是在各生产节点安装智能水、电及燃气表，可采集各类能源实时用量数据，并利用无线传感网络技术进行传输[6]。

管控系统可实现的功能包括：1）能耗监测，可实时监测各生产节点的能源（水、电及燃气）用量数据；2）能耗报警，当某生产节点或设备的能耗超过设定值域时，将发送报警信息；3）能耗分析，包含各类能耗总量查询、走势分析、重点耗能设备分析、能耗结构分析等。

2.5 用电管理

化工行业用电环境复杂，仅靠人力进行电力设施的巡检，存在效率较低、安全管控能力不足的问题。要解决这些问题，可以应用物联网技术，建设安全用电管理系统。

管理系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。其中数据采集系统主要是在各重要用电节点安装剩余电流火灾探测器、剩余电流互感器、电流互感器及温度传感器，可采集电气实时数据，并利用无线传感网络技术进行传输[7]。

管理系统可实现的功能包括：1）电气监测，可实时监测各用电节点的电气数据，包括电流、电压、有功功率、无功功率、漏电电流及配电箱温度等；2）电气异常报警，当某用电节点的电气参数异常时，将发送报警信息，同时通过手机移动端推送给相关管理人员；3）安全分析，以曲线和表格形式显示各个月份的报警和故障记录。

2.6 阀门远程控制

化工行业有大量管道阀门，其中放置在远端（如野外、地下管网等）的管道阀门，主要依靠人力往返进行开关和状态检查，存在及时性差、运行管控能力不足的问题。要解决这些问题，可以应用物联网技术，建设阀门远程控制系统。

远程控制系统主要由3部分组成，分别为现场控制系统、数据传输系统和数据处理系统。其中现场控制系统主要是在各节点安装的电动阀门、电磁流量计及压力送变器等设备，可接收和响应阀门开关指令，采集阀门状态数据，并利用无线传感网络技术进行传输[8]。

远程控制系统可实现的功能包括：1）阀门远程开关，通过系统远程控制阀门的开启和关闭，还可以进一步控制阀门开度；2）阀门状态监测，可实时监测阀门状态和开度；3）操作记录查询，可查询指定时间的阀门操作记录。

2.7 化学品运输管控

化工生产所需的原材料及成品由于其特殊性，往往需要专门的运输设备。在运输的过程中一旦发生泄露，将会对环境造成极大的危害。为加强运输过程管控，可以应用物联网技术，建设化学品运输管控系统。

运输管控系统主要由3部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统和数据处理系统。其中数据采集系统主要是在各运输车上安装GPS 和贴RFID 标签，把化学品的名称、品种、数量、批次、生产者信息及其他必要的内容存储在RFID标签中[9-10]。

运输管控系统可实现的功能包括：1）车辆及运输品跟踪，可以通过系统查看车辆装载的化学品详细信息，何时从何处出发、何时到达何处，并可发送到相关人员的手持终端。一旦车辆发生事故，指挥中心可以迅速定位，并根据装载化学品特性开展专业救援。2）进出库快速盘点，运输车辆上的RFID标签可以帮助仓库管理人掌握化学品信息，实现进出库快速盘点。

3 应用实例

湖州长兴石灰矿环保监测项目正在建设中，该项目利用物联网技术在环境监测方面进行规划建设，拟在矿山安装大量无线传感设备，如粉尘监测传感器、水质监测传感器等，实现对矿山环境的实时监测，对预警事件进行采集、分析、处置、反馈，建立环境监测态势分析图，从而加强矿山的环境保护，实现“绿色矿山”。

4 结束语

以物联网为关键技术，在化工领域积极开展智慧运行场景的应用，可以实现化工生产高风险区域、高风险要素的运行态势感知，从而达到对生产运行的精准监控与准确预测的效果，切实提高不安全事件敏捷响应能力。同时，应用物联网技术还有助于推进化工生产的少人化、无人化，减少人身安全风险，提升生产管控的智能化水平。以此为鉴，可将物联网技术拓展到其他行业中，如民航业的“智慧机场”、“智慧空管”及“智慧物流”建设。