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摘要：過去的這些年，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展使得過程工業(yè)的規(guī)模越來越大，帶來的整體系統(tǒng)所面臨的風(fēng)險也隨之增加，以石油/天然氣開采運輸、石化、化工等為代表的過程工業(yè)，在為我國的經(jīng)濟生產(chǎn)建設(shè)發(fā)揮重要作用的同時，其本身面臨的安全形勢也十分嚴(yán)峻，一旦發(fā)生事故，不但會使企業(yè)蒙受重大的經(jīng)濟損失，也會給社會帶來不穩(wěn)定的因素，因此，石油化工企業(yè)的安全設(shè)計和運維尤其重要，文章從全生命周期管理和獨立保護(hù)層設(shè)計兩個維度，探討石油化工行業(yè)整體安全考慮的內(nèi)容。 

關(guān)鍵詞：整體安全；獨立保護(hù)層；安全儀表系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)安全 

1 整體安全的定義

整體安全貫穿于工廠規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、試車、投產(chǎn)和運行維護(hù)的全生命周期。

設(shè)計階段對安全問題進(jìn)行科學(xué)周密的考慮，通過基于嚴(yán)格機理的工藝過程模擬，可以從源頭消除隱患，化解風(fēng)險，避免設(shè)計上的“先天不足”，對于工藝設(shè)計不能消除的固有風(fēng)險，需要做預(yù)先危險性分析，有效識別危險事件，了解危險事件的原因和后果，在此基礎(chǔ)上設(shè)置必要的獨立保護(hù)層，將過程風(fēng)險降低到可接受的水平，獨立保護(hù)層包含過程控制層、安全控制層、主動保護(hù)層、被動保護(hù)層和應(yīng)急響應(yīng)層。運行維護(hù)階段對各個保護(hù)層狀態(tài)的檢測和維護(hù)可以確保每個保護(hù)層能夠按照預(yù)期實現(xiàn)其風(fēng)險降低能力。

隨著信息化和工業(yè)化融合的不斷深入，工業(yè)控制系統(tǒng)從單機走向互聯(lián)，從封閉走向開放，從自動化走向智能化。在生產(chǎn)力顯著提高的同時，工業(yè)控制系統(tǒng)面臨著日益嚴(yán)峻的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。在當(dāng)前技術(shù)環(huán)境下，單純的物理隔離和外部硬件防火墻已經(jīng)不足以保障工業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，必須實施更有效的信息安全升級方案在各個層面上應(yīng)對來自系統(tǒng)外部和內(nèi)部的威脅。同時，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)必須進(jìn)行持續(xù)審查和評估。

整體安全設(shè)計是石化安全生產(chǎn)中至為重要的環(huán)節(jié)，對石化安全生產(chǎn)具有決定性的作用。整體安全關(guān)注的內(nèi)容如圖1所示。

圖1 整體安全概覽 

2 一體化安全設(shè)計

由于石油化工行業(yè)自身的性質(zhì)，使得其存在很多的安全隱患。所以，作為石油化工生產(chǎn)中最為首要的任務(wù)就是合理的規(guī)劃、設(shè)計整個工藝流程，為后續(xù)的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。而所謂技術(shù)上的石油化工工藝設(shè)計，其主要內(nèi)容是通過工藝計算等方法繪制工藝流程圖，包括設(shè)備布置、工藝流程設(shè)計、電氣儀表設(shè)計以及管道布置等內(nèi)容。需要各個部門相互配合，相互協(xié)作，共同完成石油化工工藝設(shè)計的工作。

施耐德電氣的UDE一體化設(shè)計平臺，可以實現(xiàn)多專業(yè)多用戶協(xié)同工作，UDE一體化設(shè)計平臺包含了工藝仿真計算（PRO/II）、P&ID設(shè)計（Diagrams）、電氣儀表系統(tǒng)設(shè)計（Electrical & Instrumentation）和多專業(yè)三維布置設(shè)計（PDMS/E3D）等功能，可以實現(xiàn)：

• 同一項目環(huán)境下進(jìn)行集成管理

• 用戶隨時從不同的應(yīng)產(chǎn)品中訪問數(shù)據(jù)

• 異地協(xié)同設(shè)計

• 由數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動的管理

3 安全設(shè)計數(shù)字化交付

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為企業(yè)提升競爭力的必然選擇。國家住建部2018年9月頒發(fā)了GB/T 51296-2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》，數(shù)字化交付是建設(shè)數(shù)字化工廠的核心基礎(chǔ)，可以確保實現(xiàn)設(shè)計、采購、施工和調(diào)試及運維等工程全生命周期各個階段的數(shù)據(jù)信息共享，安全管理作為工廠運行維護(hù)的核心內(nèi)容，安全設(shè)計資料的完整交付是運行期間安全維護(hù)的基礎(chǔ)。

施耐德電氣的AVEVA NET數(shù)字化交付平臺可承載和管理數(shù)字化交付信息，與多種工程軟件集成并兼容多種文件格式的信息，提供可視化的展示工具，方便查看包含安全相關(guān)設(shè)計、施工、安全數(shù)據(jù)移交的細(xì)節(jié)等。數(shù)字化交付過程如圖2所示。

圖2 數(shù)字化交付 

4 獨立保護(hù)層

4.1過程控制層

4.1.1基本過程控制系統(tǒng)

基本過程控制系統(tǒng)一般由DCS或PLC實現(xiàn)，實現(xiàn)基本的過程控制，以保證生產(chǎn)過程的工藝參量接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)。控制系統(tǒng)的控制水平?jīng)Q定了基本過程控制系統(tǒng)作為獨立保護(hù)層的風(fēng)險降低能力。

施耐德電氣用于控制性能優(yōu)化的控制顧問（Control Advisor）可以實時監(jiān)測控制回路，診斷回路存在問題， 如回路振蕩、PID參數(shù)設(shè)置或儀表、閥門問題等等，可以幫助改進(jìn)控制水平和操作水平，減少波動、提高PID控制效果，如減小偏差、縮短響應(yīng)時間等；由此提高自控率，降低操作風(fēng)險，提升裝置安全性。 

4.1.2設(shè)備狀態(tài)檢測

以往，由于缺乏準(zhǔn)確的方法來判斷設(shè)備失效的確切時間，設(shè)備維護(hù)運營者不得不面臨冒著發(fā)生故障停機的風(fēng)險使其壽命最大化，或者提前更換正常部件以最大限度保障設(shè)備正常運行。預(yù)測性維護(hù)技術(shù)能夠確保設(shè)備使用壽命最大化的同時，又能有效避免發(fā)生非計劃停機。預(yù)測性維護(hù)技術(shù)旨在通過大數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)測關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)，避免發(fā)生意外停機或縮短停機時間，最大限度地提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性。

施耐德電氣強大的PRiSM設(shè)備狀態(tài)預(yù)測解決方案，首先建立不同設(shè)備的故障識別模型，然后灌入歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行機器學(xué)習(xí)，實時監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備健康狀況以及表現(xiàn)效率，在設(shè)備出現(xiàn)故障之前提前進(jìn)行預(yù)判。可以：

• 減少非計劃停機

• 降低維護(hù)成本

• 延長設(shè)備使用壽命

• 識別可能影響設(shè)備績效下降的因素

• 提高生產(chǎn)安全

4.1.3報警管理

實時監(jiān)控報警是在生產(chǎn)工況發(fā)生異常時對操作人員進(jìn)行第一時間提醒的重要工具，設(shè)置過程報警和系統(tǒng)報警的目的是為了確保設(shè)備的完好性以及工廠生產(chǎn)的連續(xù)性，一般情況下，在DCS中，幾乎每一個組態(tài)點都設(shè)置有個報警，一個PID回路通常包括回路完整性報警、高量程報警、設(shè)定點偏差報警和許多的其它報警。

實際使用過程中，有時報警太多會有礙操作人員正常操作，太少又不利于及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題。普遍情況下，DCS畫面滿盤數(shù)據(jù)閃爍，報警框不停閃爍，不僅影響正常操作與監(jiān)控，而且造成操作人員的麻痹思想，熟視無睹，甚至直接關(guān)閉聲光報警設(shè)備。此外，操作人員在短時間只能關(guān)注和處理一定數(shù)量的報警。

采用先進(jìn)的DCS報警管理技術(shù)能夠有效地剔除不必要的干擾，讓操作人員能夠更好地處理裝置操作中產(chǎn)生的問題，有效提高裝置的穩(wěn)定性和安全性。

施耐德電氣的報警管理系統(tǒng)（System Advisor）是一套用于建立完整報警系統(tǒng)的解決方案。報警管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計和解決方案的實施符合EEMUA 191 與ISA-18.2國際標(biāo)準(zhǔn)，旨在建立一套有效的報警管理系統(tǒng)，提高操作員對異常狀況的響應(yīng)效率和能力，從而提升工廠的安全性。 

4.1.4人員培訓(xùn)和應(yīng)急演練

操作員對過程報警的處理作為保護(hù)層設(shè)計的一部分，并不代表設(shè)置了操作員就一定能夠達(dá)到期望的風(fēng)險降低能力，操作員操作水平的高低決定了其風(fēng)險降低能力的高低，

現(xiàn)代工廠的工藝過程和控制策略越來越復(fù)雜，對裝置工程師、生產(chǎn)操作員來說提出了很大挑戰(zhàn)，他們必須學(xué)習(xí)掌握這些新的、先進(jìn)的控制系統(tǒng)，熟悉調(diào)節(jié)控制的方法，全面掌握和了解工藝過程中本身的原理及其動態(tài)特性等等。他們的工藝知識、經(jīng)驗和技能水平是工廠安全、順利開工的前提，也是保持平穩(wěn)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的必要條件。

施耐德電氣操作培訓(xùn)系統(tǒng)（Operator Training System ,OTS）可以幫助運維人員獲得全面的、全流程的、動態(tài)的工藝知識和操作體驗，并對控制方案深入了解和認(rèn)識。在OTS中可以模擬設(shè)置多個場景，基于VR和AR技術(shù)，實現(xiàn)沉浸式應(yīng)急演練培訓(xùn)。

4.2安全控制層和主動保護(hù)層

安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrumented System，SIS）作為獨立保護(hù)層中最關(guān)鍵的部分，是指用于實現(xiàn)一個或幾個安全儀表功能的系統(tǒng)，由傳感器、邏輯控制器、最終元件及相關(guān)軟件組成。安全控制層的緊急停車系統(tǒng)（ESD）和主動保護(hù)層的火災(zāi)報警和氣體監(jiān)測系統(tǒng)（FGS）都屬于安全儀表系統(tǒng)的范疇。

安全儀表功能（Safety Instrumented Function，SIF）是指由安全儀表系統(tǒng)執(zhí)行的安全功能，安全儀表功能具有某個特定的SIL，同其它保護(hù)層一起參與風(fēng)險的降低。安全儀表功能的管理可以確保安全儀表系統(tǒng)按照設(shè)計要求和預(yù)期工作，達(dá)到相應(yīng)的風(fēng)險降低能力。

施耐德電氣提供的Triconex安全儀表系統(tǒng)、報警與旁路管理工具（Safety View）、安全應(yīng)用邏輯自動測試工具（TSV）和安全系統(tǒng)顧問（System Advisor）等獲得了業(yè)界的高度認(rèn)可，如埃克森美孚、Reliance、雪佛龍、利安德巴塞爾等很多國際能源巨頭都選擇了施耐德電氣提供的 ”SIF Manager” 平臺作為安全儀表功能的管理工具來幫助他們自信的管理過程風(fēng)險。圖3 是施耐德電氣Triconex安全系統(tǒng)的系列產(chǎn)品。

圖3 Triconex安全系統(tǒng)

4.3被動保護(hù)層和應(yīng)急響應(yīng)層

被動保護(hù)層主要依靠前期設(shè)計的一些物理保護(hù)措施將已經(jīng)發(fā)生的風(fēng)險后果盡可能降到最低，物理保護(hù)措施主要有壓力泄放閥、火炬和罐區(qū)圍堰等等

應(yīng)急響應(yīng)層承擔(dān)事故應(yīng)急響應(yīng)調(diào)查及響應(yīng)工作，包含重大危險源管理、應(yīng)急資源和應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動處置、應(yīng)急信息發(fā)布交換等內(nèi)容

施耐德電氣的Wonderware 應(yīng)急指揮平臺，提供應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫，融合了應(yīng)急指揮、人員定位與追蹤、工業(yè)電視監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、作業(yè)管理、職業(yè)健康、環(huán)保在線監(jiān)測和短信群發(fā)系統(tǒng)等模塊，可以協(xié)助安全管理執(zhí)行團隊最大程度將事故影響降至最低。 

5 網(wǎng)絡(luò)安全

工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)是指，通過實施技術(shù)和管理措施，避免工業(yè)控制系統(tǒng)遭到非授權(quán)或意外的訪問、篡改、破壞及損失。

首先從綜合評價的角度，運用科學(xué)的方法和手段，系統(tǒng)地分析和診斷工業(yè)控制系統(tǒng)所面臨的威脅及其存在的脆弱性，評估企業(yè)工業(yè)控制系統(tǒng)安全防護(hù)水平。提出有針對性的抵御威脅的防護(hù)對策和整改措施，最大限度地保障工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，防止工控系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，保障工控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

施耐德電氣網(wǎng)絡(luò)安全升級解決方案，通過對工控系統(tǒng)實施安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證等技術(shù)手段，加強構(gòu)筑工控系統(tǒng)邊界安全防護(hù)網(wǎng)的同時，也特別注重工控系統(tǒng)內(nèi)部的安全防護(hù)能力，采取身份認(rèn)證、主機加固、病毒防護(hù)、入侵檢測、系統(tǒng)恢復(fù)和安全審計/ 監(jiān)測等措施，進(jìn)行多層面的信息安全防護(hù)，最終形成完善的信息安全防護(hù)體系。

同時，施耐德電氣還提供各類豐富、專業(yè)的工業(yè)信息安全培訓(xùn)，并在系統(tǒng)維護(hù)中，持續(xù)改進(jìn)安全方案、建立工控系統(tǒng)變更流程和應(yīng)急預(yù)案，提供全生命周期的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。 

6 結(jié)束語

風(fēng)險永遠(yuǎn)不可能完全消除，但風(fēng)險可以更好地管理和降低，重大危險事件很少是由單一原因造成的，而是由多個保護(hù)措施同時失效造成的特殊事件，因此，優(yōu)秀的整體安全工程設(shè)計和科學(xué)的管理維護(hù)，可以保障裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，實現(xiàn)企業(yè)可盈利運營。 

參考文獻(xiàn)

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sector

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