化工企业高危的生产特点对化工过程的安全提出了更高的要求,以人为本的指导方针及保护环境的思想使得化工生产过程的健康、安全、环境(HSE)受到广泛重视,成为制约行业发展的重要因素.一方面,HSE 管理体系与设备管理之间存在着千丝万缕的关系,设备的技术状态和运行状况能直接影响企业的正常生产[1],另一方面,许多企业虽然制定了严格的安全生产管理制度,但都存在着诸多薄弱环节:危险辨识基本停留在表面工作、危险预防活动缺乏危险辨识基础、安全检查内容不甚明确、安全信息传递不畅通、只注重企业眼前效益,忽略了职工健康及自然环境等,致使化工企业人员伤亡及严重污染事件时有发生[2-4].这种情况下,化工生产过程的健康、安全、环境不能只依赖于制度和责任心或是表面的形式化,更应建立起科学的检测、安全评价体系、经济决策模型和流程化的处理预案.因此,为了有效地解决以上问题,本文基于化工设备管理系统的HSE 管理模式进行信息化系统设计,该系统融合了设备运行管理和 HSE 检测评价的信息化管理流程,为化工企业的安全管理提供了一个先进的信息管理平台.
1 HSE 决策支持模型建立
基于设备管理的 HSE 管理体系一方面继承了现有HSE 管理体系的完整内容,另一方面扩展了一系列同决策支持的接口并建立了决策支持所需的模型,使得HSE 管理体系不仅能定性地体现健康、安全、环保的需求而且可以定量地为决策者提供支持.
1.1 安全性模型的建立
系统的维护、维修与安全的评估都是以可靠性为基础,因此成功分析系统可靠性成为建立安全性模型的钥匙.
把一个大设备及相关进出管道看作一个系统,分析整个系统可靠性,建立安全性模型其目标函数是系统的可靠性.系统可靠性可以采用平均故障时间来衡量:
其中,概率密度函数 (ft)表示一个部件的故障率.部件故障如何影响系统地效应取决于它对系统效用函数的影响.有些故障对系统的效用函数没有任何影响,而其他故障可能会对系统的效用函数产生严重的影响,为此建立部件故障率对整个系统的期望效用函数来衡量部件故障对系统的影响,表达式如下:
式中,描述系统的任务效用.
1.2 安全的成本和效益评价模型
经济性是企业决策的首要标准,安全方面的投资成本及可以带来的效益也就成了企业关注安全同时必然考虑的一个要素.
1.2.1 安全成本估计建模根据化工企业在安全方面投资所起到的作用,将安全成本划分为监测成本、预防成本、风险成本和处理成本.针对各成本要素建立相应的物理模型(包括预测模型和描述模型)D(m)、P(m)、R(m)和 T(m)来对各成本要素进行估计,成本估计过程如图 1 所示:
则,安全总成本=资源成本总和 + 资金成本总和+ 人力成本总和考虑到资金的时间价值,那么安全总成本可表述为:
式中,SumR0、SumV0、SumP0分别表示在资源、资金、人力方面的初始的安全投入;SumR、SumV、SumP分别表示在资源、资金、人力方面在设备开始运行后的安全投资;r 表示银行利率;Sum0=SumR0+SumV0+SumP0可表述为一次性成本.
1.2.2 安全效益评价模型:
式中,E: 安全工程项目的安全效益;h: 安全系统的寿命期,年;L1(t): 安全措施实施后的事故损失函数,L(t)=λtVL;L0(t):安全措施实施前的事故损失函数;I(t):安全措施实施后的生产增值函数,I(t)=ktVI;eit:连续贴现函数;t:系统服务时间;i:贴现率(期内利息率);c(t):安全工程项目的运行成本函数,c(t)=rtc0;c0:安全工程设施的建造投资(成本).λ-系统服务期内的事故发生率,次/年;VL:系统服务期内的一次事故的平均损失价值.万元/年;k:系统服务期内的安全生产增值贡献率,%;VI:系统服务期内单位时间平均生产产值.万元/年;r:系统服务期内的安全设施运行费相对于设施建造成本的年投资率.
2 系统设计
2.1 系统体系架构
基于设备管理的 HSE 系统由设备管理模块、HSE管理模块及技术经济评价三大模块构成,将实现以整个生产过程为对象,具有与计划层和控制层保持双向通信的能力,收集生产过程中大量的实时数据,并且对实时事件及时进行处理,对车间生产信息和过程实现精确调度、发送、跟踪、监控,并对其实时性能状态完成评价和报告,最主要的是将设备的管理融入企业安全管理系统中,实现对企业安全的实时评价,并对设备更新、改造、安全投入等进行了经济分析评价.
其中,化工企业设备管理模块中的设备可靠性安全评估是基于生产工艺实时数据、设备运转数据和设备基本技术台帐等数据的知识挖掘,体现了化工企业由健康、安全、环境,以及效益综合评价为出发点的知识发布驱动或执行驱动的思想,实现信息、知识挖掘、可靠性评估和生产过程管理信息的集成.化学工业基于设备管理的 HSE 管理系统设计方案如图 2 所示.
2.2 设备管理对 HSE 管理体系的基本支持
传统的设备管理系统注重对设备静态的管理,如记录设备维修过中的各项数据,对设备的价值进行折旧管理,记录设备的去向,管理维修项目,制订基本的维修计划等,缺乏对人身健康、安全和环境保护方面的数据支持;缺乏风险管理的内容;在事前控制能力方面严重不足.因此,为实现 HSE 管理的目标,设备管理模块必然要有新的内容和要求.
2.2.1 设备台帐管理体系
在引入 HSE 管理体系后,设备台帐管理体系不仅继承了传统的管理模式,如录入设备采购时的基本信息如采购价格、规格型号、材质、供应商、实现对设备负责人的管理等,而且在很大方面从生产工艺出发结合被管理的设备,录入的标准工艺参数(如温度、压力、流量)等,对生产过程中的原材料、半成品及成品的物化性质进行管理,为 HSE 管理体系中查明危险潜在危险性和操作难点,研究系统可能出现的偏差提供数据支持,并根据工艺参数在生产过程中造成影响的大小,来确定防止危险转变为事故的措施.从而在满足生产工艺的需要及达到性能可靠、效能高、经济合理等目标的同时,确保使用的设备符合安全、环保要求,为设备运行及 HSE 管理体系提供基本参数.
2.2.2 设备维修管理体系
传统检修计划的编制,常常依据单台设备本身的运行状况和检修规程的要求.在 HSE 管理体系下,实现了设备异动台帐管理,设备缺陷的录入、查询、统计及消缺管理,对台帐中的费用支出进行管理,并与企业财务管理系统对接;分析缺陷出现的频率及原因以提供对维修模块的支持;对进行发现缺陷及解决缺陷的员工进行考核与人事管理系统对接;制定各事件段检修计划,并建立验收系统,对检修定额进行管理,从管理上杜绝一些不必要的开支;对于重大特殊检修项目或设备更新改造项目须进入项目管理支持系统,自动生成项目可行性报告及工程进程报告;对项目费用进行管理与财务系统挂钩要对装置的整体进行全面系统地分析和评估,从而对整套装置有针对性地制定检修计划,达到既保证检修质量又节约检修费用的双赢效果.
2.3 基于设备管理的 HSE 管理体系实现的其他功能
(1)资源管理.对生产车间、工段的资源状态及分配信息进行的管理.
(2) 详细计划.计划负责生成操作计划(详细计划),提供基于指定生产单元、工艺控制点相关的优先级、属性、特征、方法等的作业排序功能,并并行提出计划实现的 HSE 评估.
(3)文档管理.管理与生产车间、单元相关的记录和单据,以及对生产、安全、设备维护等方面历史数据的存储与维护.
(4)设备维护管理.跟踪和指导车间维护保养设备以保证制造过程的顺利进行, 并产生除报警外的阶段性、周期性和预防性的维护计划,也提供对直接需要维护的问题进行响应.
(5)性能分析.提供按实时更新的实际制造过程、安全和环境监测的结果报告,并将这些结果与过去的历史记录及所期望出现的目标进行比较,并基于 HSE 控制目标树完成评估.
(6)成本分析.按管理会计理论,按分步法进行车间、班组、个人的成本核算、分析,需要特别针对安全(环境)管理设置安全监测成本、安全预防成本、安全风险成本、安全处置成本等科目.
(7)生产过程的 HSE 支持系统.建立起完整、系统化的 HSE 控制目标树,对目标树各节点均建立其安全(环境)隐患定义、可靠性模型、识别标志、级别确认、风险评估、监测方法、预防措施、应急处置、安全成本核定等,HSE 控制目标树平行于装置分布图以及化工生产流程与工艺控制点分布,它以生产过程的 HSE 评价模型为基础,面向生产现场的实时管理控制和企业级的HSE 决策支持.
(8)控制接口与界面.与生产过程控制层和环境监测装置的各个软硬件进行连接共享数据库,调用 DCS或其它过程控制装备中的过程信息,并发出管理系统根据生产计划和生产过程的实际状况做出的控制信息,完成在线的 HSE 评价报告,并由 HSE 支持体系中产生相应的"业务"指导.
(9)生产过程管理.包括装置运转管理、物流控制与管理、生产成本控制与管理、数据统计/生产调度等功能,是与企业管理层的生产计划相对应的功能模块,其重要的特点是实时调度:包括基于模型、基于数据和基于知识的多种 HSE 评价以及效益分析算法,支持生产过程提出的实时调度请求.
系统采用 PowerBuilder9.0 作为基于设备管理的HSE 系统的开发工具,Microsoft SQL Server 2008 作为数据库.同时系统采用 B/S、C/S 相结合的结构体系,利用 JSP,Servlet 等组件技术,功能模块化,对化学工业企业具有一定的业务流程的通用性.其中,系统中危化品基础信息数据界面如图 3 所示.
3 结束语
本论述面向企业对安全、设备可靠和效益追求的决策需要,强调市场需求与运行安全、生产能力和外供条件的均衡,将企业管理的核心评价体系融入到装置运行可靠性安全的知识建模与过程控制策略模型之中.该系统从理论和实际应用上解决企业效益追求和安全防护之间的均衡评价与控制,具有较强的理论研究意义和企业现实应用价值.
参考文献:
[1] 王治学.浅析 HSE 管理体系对企业设备管理的作用[J].内蒙古石油化工,2011,11(2):43-45.
[2] Charles Onyekachi Akalezi. Integrated HSE Management inOffshore oil production[J]. OCEANS'04 MTS/IEEE/TECH-NO 2004:223-234.
[3] 王新伟.HSE 宣传教育中存在的问题及对策[J].安全、健康和环境,2004,4(12):32-34.
[4] 蒋明昊,张延涛.基于 HSE 管理体系的设备管理与维护[J].价值工程,2012,2(2):36-37.
