大数据技术在有机热载体质量安全中的应用探讨

吴丹红 廖良良 廖文博 刘 雅

（湖南省特种设备检验检测研究院 长沙 410017）

目前大数据技术[1]在特种设备检验中应用越来越广泛，特种设备检验中有机地融合大数据思维，可以提升特种设备检验效率，发挥提升检验质量、提高事故隐患[2]排查及风险预警[3]、数据监控、精细管理等作用。有机热载体锅炉作为特种设备之一，其介质按照法律法规要求进行定期检验，检验机构积累了大量的定期检验数据，本文通过对多年有机热载体数据的采集、分析与处理，发现基于大数据的有机热载体质量指标变化规律，对研究有机热载体质量安全因素起到重要作用。

1 大数据概述

大数据是指在进行与安全生产相关的活动时，通过一定方式获取的可反映安全生产本质规律、体现安全生产基础理论价值的安全生产数据集，以及对安全生产数据集进行处理时所使用的大数据思维和大数据技术［4］。根据《中华人民共和国特种设备安全法》和《特种设备安全监察条例》相关规定，我国特种设备监督检验机构开展特种设备安全监督检验检测过程中形成了大量的安全生产报告，随着检验检测工作的开展，积累大量数据，最终汇集成特种设备安全检验检测大数据[5]，有机热载体质量监督检验数据是其中的组成部分。安全生产大数据可服务于政府监管监察[6]、企业安全生产、公众公益服务等，主要应用于安全生产监管监察、安全生产状态评估、风险监测预警、事故调查、应急管理等领域。大数据技术手段应用于特种设备的检验中，可以通过数据的采集、分析及监测，有效提升特种设备质量检验监测效率，构建特种设备大数据风险预警及风险评价体系[7]。

2 大数据在有机热载体质量分析中的价值

有机热载体是有机热载体锅炉的一种传热载体，通过热油泵使有机热载体循环，将热量传递给用热设备。有机热载体在锅炉内循环使用，在运行过程中，有机热载体各项质量指标相对稳定，一旦质量劣化，相关指标数据呈规律性变化。有机热载体的质量判断依赖于每年的定期检验报告，根据GB/T 24747—2023《有机热载体安全技术条件》来判定质量优劣［8］，但通过本地区近年的一些事故发现，即使按照标准检测质量符合要求的有机热载体依然会发生着火等事故，产生极大的安全隐患。检验机构通过大数据分析发现，同一台锅炉的有机热载体经多次检测，其各次检验数据存在规律性变化，数据呈现出各种风险点、危险源及关键重要影响因素的变化情况，能够提早发现有机热载体的质量变化，可以为有机热载体锅炉事故的发生提供预判依据，避免特种设备事故的发生。大数据对有机热载体锅炉的安全运行监督可起到重要的辅助作用，迅速干预和控制潜在的运行风险，对有机热载体锅炉的安全监察、风险防控、事故预防起到重要作用。大数据以其特有的多方向、能够快速索引并响应的特点，高度契合了对有机热载体锅炉事故的预防要求。

3 在用有机热载体质量指标数据研究

根据GB/T 24747—2023中规定对有机热载体质量进行检测，现对本省2014—2022年的有机热载体样品主要项目闭口闪点、残炭、运动黏度和酸值的检测数据样本（来源：湖南省特检院检验系统中有机热载体定期检验报告）进行统计分析，如图1所示，其中质量指标达到“安全警告”和“停止使用”的数据样本量占总样本量的百分比见表1中的序号1，“安全警告”和“停止使用”各数据样本量占“非正常使用”（指达到“安全警告”和“停止使用” ）样本量的百分比见表1中的序号2、序号3。

表1 数据样本量统计分析

图1 在用有机热载体样品量统计分析

由表1可见，影响有机热载体质量安全最为明显的主要变化因素为酸值、残炭和运动黏度。酸值指标是在用有机热载体质量指标中变化最为迅速的，其次为残炭，再者是运动黏度。由序号2和序号3数据分析，运动黏度和残炭质量指标达到“安全警告”和“停止使用”占比基本相当，各比例接近50%，但酸值质量指标达到“安全警告”比例是“停止使用”比例的57倍。由此可见，酸值项目指标在质量变化中，最容易发生变化，在采用有机热载体质量指标作为安全风险预判依据中，酸值指标数据可为首选，其次是残炭及运动黏度。

4 大数据对酸值、残炭、运动黏度质量变化规律的分析

根据已统计的在用有机热载体残炭、运动黏度和酸值3个项目检测数据，对质量指标达到“安全警告”和“停止使用”数据样本量进行分析，酸值、残炭和运动黏度各自的变化规律以及三者之间可能存在的相互影响如下所示。

4.1 酸值的变化规律

对酸值质量指标达到“安全警告”和“停止使用”的全部样本量进行分析（如图2所示）可见，当酸值指标达到“安全警告”和“停止使用”时，残炭、运动黏度、闪点3项质量指标均合格的比例约50%，残炭和运动黏度质量指标非正常使用比例超过30%。数据表明，有机热载体在循环使用中一旦发生劣化，酸值指标最易发生变化，残炭和运动黏度指标的变化较慢。由此分析，有机热载体中的有机酸增加，会引起有机热载体聚合，使有机热载体黏度增加生成胶质、沥青质等粘稠物质，并造成结焦，使得残炭和运动黏度的变化更为显著。

图2 酸值指标达到“安全警告、停止使用”数据样本量的统计分析

4.2 残炭的变化规律

对残炭质量指标达到“安全警告”和“停止使用”的全部样本量进行分析（如图3所示），当残炭指标达到“安全警告”和“停止使用”时，酸值和运动黏度值变化明显。在用有机热载体一旦发生结焦积碳，油品中产生酸值有机酸含量、高分子聚合物增加，有机热载体越来越黏稠，流速降低，酸值和运动黏度明显增大。

图3 残炭指标达到“安全警告、停止使用”数据样本量的统计分析

4.3 运动黏度的变化

对运动黏度质量指标达到“安全警告”和“停止使用”的全部样本量进行分析（如图4所示），当运动黏度指标达到“安全警告”和“停止使用”时，酸值和残炭值变化明显。在用有机热载体一旦运动黏度增大，油品的流动性和流速均降低，边界层厚度会增大，一旦炉管内有机热载体的流速处于层流状态，容易导致边界层过热，加剧油的劣化，造成过热和结焦，有机热载体产生裂解，产生大量有机酸、小分子及大分子，酸值和残炭值增大。

图4 运动黏度指标达到“安全警告、停止使用”数据样本量的统计分析

5 大数据在风险隐患挖掘中的应用

根据上述有机热载体残炭、运动黏度、酸值和闪点等检验数据的精细化分析，各因素之间存在紧密关联关系，通过数据分析发现，酸值与残炭变化异常值概率高于其他因素。同时，在近3年的数据分析中，未使用有机热载体投入使用后1年内发生劣化达到安全警告的质量指标中，百分之百是酸值或残炭测定值达到安全警告或停止使用，与表1中数据分析结果基本一致。由此可分析，酸值和残炭2个质量指标是能够表征有机热载体质量变化的重要因素，通过捕捉这2项指标的异常变化，可以挖掘有机热载体锅炉系统存在的安全隐患。酸值数据异常，说明主要安全隐患为锅炉系统中有机热载体发生氧化劣化迅速，应采取有效措施隔绝外界空气对有机热载体的氧化，防范氧化劣化及高位槽着火事故隐患；残炭数据异常的主要安全隐患为有机热载体在锅炉系统内过热，应检查和调整锅炉的燃烧状况，避免炉内有机热载体过热。通过大数据分析、汇总和抓取，可以利用前后两三次定期检验数据中酸值和残炭的数据变化趋势挖掘有机热载体锅炉系统的安全隐患，一旦发现有风险存在，通过数据端对用户进行预警，提醒用户采取有效措施，检查有机热载体锅炉运行中存在的问题，减缓有机热载体劣化速度。

6 结束语

本文主要通过大数据对有机热载体质量检测数据进行采集、统计与分析应用，挖掘了有机热载体在定期检验中未能发现的主要项目变化趋势，分析出主要项目的变化规律和相互关联性。与此同时，发现和预判了本省有机热载体在使用过程中存在的普遍性问题，总结了有机热载体劣化的主要原因，对加强使用单位在有机热载体锅炉运行、有机热载体使用方面的指导更有方向性和目标性，同时也为探索大数据对有机热载体锅炉风险预警应用方面奠定了基础。特种设备领域应加强大数据技术的应用，将大数据应用到特种设备智慧检验平台、检验质量与风险预警、数据采集与监测中，不断创新大数据与特种设备检验应用的深度融合模式和技术，让大数据在特种设备安全和风险预警中发挥更大的价值和更重要的作用。