王文正，辛一男，陈 亮，贺辉宗，穆 波，厉建祥
(1.中石化安全工程研究院有限公司，山东青岛 266104 2.中石化管理体系认证(青岛)有限公司，山东青岛 266104)
1961年，美国学者吉布森(Gibson)提出能量意外释放理论，指出事故是一种不正常的或不希望的能量释放，意外释放的各种形式的能量是构成伤害的直接原因，揭示了事故发生的物理本质，为人们设计并采取安全技术措施提供了理论依据[1]。美国职业健康安全管理局统计，约有10%的重大安全生产事故是由于危险能量控制不当或不足导致的，每年大约有25万例事故与能量的意外释放有关[2]。国内石油化工行业因能量隔离不当导致的事故频发[3-4]，对283起事故统计分析表明，与能量隔离锁定相关的事故达到70起，占比25%。通过对能量隔离锁定的相关事故深入分析发现，导致能量隔离不当的原因主要有危险能量识别不到位、未能有效识别隔离点位、能量隔离措施不到位、能量隔离失效4个方面，其中危险能量识别不到位和能量隔离措施不到位是最主要的因素，部分事故的发生与多方面因素有关，如图1所示。
图1 能量隔离事故原因分析
为有效管控石化行业危险能量和物料意外释放带来的安全风险，埃克森美孚、壳牌、中石油、中海油等国内外石油化工企业分别通过制定制度要求等形式建立了能量隔离与上锁挂牌管理程序，各国政府及行业协会也通过发布相关标准来推动能量隔离与上锁挂牌管理要求的落实，如GB/T 33579—2017、OSHA 1910.147等[5-8]。目前，国内外石油化工企业执行能量隔离与上锁挂牌管理程序，对隔离点位进行锁定主要以机械式锁具为主[9-11]。但随着工业物联网技术的不断发展和石化企业安全生产智能化、信息化管控程度的持续提升，传统机械式锁具的弊端日益突出。一方面，机械式锁具对能量隔离过程锁定权限的管控不足，无法实现对隔离点位锁定状态的实时监控和过程追溯。另一方面，缺乏对装置危险能量、物料介质以及隔离点位等基础信息数据库的构建，且能量隔离锁定信息未与作业许可、作业安全分析(JSA)结果实现数据共享，严重制约了检维修作业安全风险一体化管控的实现。
因此，本研究基于广泛调研和事故数据分析建立中国石化能量隔离与上锁挂牌管理程序，采用工业物联网技术开发了能量隔离管控系统和智能锁定设备，通过对能量隔离与上锁挂牌的授权确认和过程管控，实现检维修作业能量隔离与上锁挂牌全过程数据化、可视化、规范化管控。
基于能量意外释放理论，对国内外能量隔离法规标准以及相关石油化工企业能量隔离管理现状开展系统调研，总结形成石油化工行业能量隔离与上锁挂牌的核心流程和管理实践。在此基础上，结合中国石化实际，编制发布《中国石化能量隔离管理规定》，明确危险能量与物料风险辨识、隔离实施、验证确认、上锁挂牌、解锁摘牌等核心流程，如图2所示。核心流程的关键管理要求：①风险辨识：生产单位技术人员(工艺、设备、电气、仪表等岗位)根据作业区域内设备、系统或环境内所有的危险能量和物料的来源和类型，辨识可能存在的危害，确定能量隔离点位，明确能量隔离方法措施；
②隔离实施：机械(工艺)隔离应将设备、设施及装置与动力源、气体源和液体源物理断开；
电气(含仪表通讯)隔离应将电路或设备部件从所有的输电源头安全可靠地分离开；
③验证确认：生产单位应通过检测确认危险能量或物料已被清空或已被隔离；
对存在电气危害的，生产单位应组织施工单位在断电后实施验电或放电接地试验；
检维修作业前，生产操作人员和施工作业人员共同确认隔离措施；
④上锁挂牌：确认隔离后，生产单位和施工作业单位应按照“单点双锁”的要求分别对隔离装置上锁，并悬挂警示牌，钥匙应由生产单位和施工作业单位分别保管；
⑤施工作业：完成隔离点位上锁挂牌后，许可开展施工作业；
⑥解锁摘牌：施工作业人员在检维修作业完成后，确认设备、系统复位符合投用条件，进行施工方锁具的解锁摘牌；
生产单位检查施工复位情况，确认具备安全条件后，根据生产需要进行生产单位的解锁摘牌。
图2 《中国石化能量隔离管理规定》管理程序
根据中国石化能量隔离与上锁挂牌管理程序，设计开发能量隔离管控系统，主要包括首页、能量隔离工作台、能量隔离台账、统计分析、典型能量隔离库、基础数据维护、系统管理、移动端APP 8个功能模块，如图3所示。其中，PC端管控平台主要包括能量隔离方案、隔离锁定过程、隔离锁定状态、电子台账、统计分析以及基础数据维护的管理，移动端APP配合RFID设备标签、智能锁具负责能量隔离方案在现场的授权确认和隔离锁定执行，并实时将各项操作信息记录传输到PC端能量隔离管控平台中，实现对隔离锁定操作信息和锁定状态的实时跟踪与动态监控。
图3 能量隔离管控系统功能架构示意
2.1 能量隔离方案制定
对典型设备检维修作业能量隔离失效事件开展致因分析，研究能量意外释放途径及失控环节，建立多层级多链条的能量隔离点位基础数据，包括装置、设备、管线、盲板、阀门、物料介质、工艺条件等维度信息，并将能量隔离点位基础数据维护到能量隔离管控系统当中。参考T/CCSAS 013—2022给出的判定条件确定不同设备检维修作业场景下的能量隔离方法[12]，开展检维修作业能量隔离管控方案编制，包括建立能量隔离活动基本信息，根据检维修作业活动实际判定涉及的电气隔离、工艺隔离类型，明确隔离计划、隔离部位、盲板类型、盲板编号、阀门、锁具相关信息，能量隔离点位以及点位状态信息在装置P&ID图中进行初始标定，形成能量隔离管控方案后签发至移动端APP。同时，能量隔离管控方案可保存至典型能量隔离库，作为制定其他能量隔离管控方案时的引用参考，也可作为历史记录在同一设备再次检修时被直接调用。
2.2 能量隔离过程管控
移动端APP接收解析能量隔离管控方案，形成盲板加插隔离以及盲板上下游阀门关断隔离并上锁的能量隔离工作任务。根据能量隔离工作任务清单，为每项能量隔离计划分配RFID设备标签，写入该隔离点位关联的作业活动、隔离的物料介质、隔离位置、隔离实施人员等信息，并悬挂到相关隔离设备上作为上锁挂牌前的点位确认。RFID设备标签伴随能量隔离方案实行动态管理，在能量隔离方案执行之初分配RFID设备标签并写入相关信息，能量隔离方案执行结束后对RFID设备标签相关信息进行擦除，以备其他能量隔离方案调用。
根据能量隔离工作任务清单逐一实施阀门、盲板的隔离，盲板安装就位后悬挂RFID设备标签来对该隔离点位关联的作业活动、隔离的物料介质、隔离位置、隔离实施人员等信息进行标识，在对危险能量和物料已被有效清空或隔离进行确认后，移动端APP识别读取RFID设备标签信息并确认能量隔离点位无误后，对该隔离点位分配的智能锁具进行在线授权，并对被授权的能量隔离点位进行上锁挂牌，隔离锁定操作信息实时传输到PC端管控平台。
能量隔离智能锁定设备包括智能钥匙和智能锁具，见图4。智能钥匙采用蓝牙技术与移动端APP连接，通过在线授权实现状态激活，采用加密通讯技术(三级密码权限+动态密钥)实现开锁和关锁并自动记录锁具ID与开关锁时间，根据授权信息拥有对多把锁具的操作权限，并将操作信息实时传输到能量隔离管控系统。智能锁具为无源设备，设置不可复制的唯一ID，通过接收智能钥匙开关锁权限信息，执行开关锁操作指令。
图4 智能锁定设备
移动端APP中的能量隔离工作任务完成后，能量隔离管控方案执行结束并交付检修，能量隔离管控方案推送到待解除隔离工作台中待激活签发。检维修作业完成后，调用解除能量隔离工作方案，移动端APP配合智能锁具、RFID设备标签等按照工作任务清单实施能量隔离的解除，完成智能锁具、RFID设备标签的回收。
2.3 能量隔离点位状态监测
能量隔离管控系统在能量隔离方案制定过程中对固定盲板、临时盲板点位及状态信息进行维护，同时也在装置P&ID图中进行隔离点位及状态的初始标定。能量隔离管控方案执行过程中隔离点位锁定信息以及盲板安装确认信息，通过移动端APP实时传输到PC端管控平台，在能量隔离台账、盲板台账中进行实时记录归档，同时点位隔离锁定状态信息在装置P&ID图中动态更新，实现可视化在线监测。
能量隔离管控系统在某石化公司60×104t/a催化裂化装置部署应用，对装置大检修、开停车过程中的危险能量和危险物料进行有效管控，装置现场隔离点位锁定状况见图5。通过部署应用能量隔离管控系统，共对装置界区近百块盲板进行了隔离锁定，开关锁操作在作业现场在线授权，能量隔离方案执行到位率100%，并实现了对所有隔离点位锁定过程的有效管控和状态监控。同时，锁具和钥匙数量相对于机械式锁具分别减少50%和90%，极大减轻了作业现场隔离锁定操作的工作量，强化落实检维修作业过程最基本的隔离防护措施，切实保障了装置的平稳停开工和检维修作业过程中危险能量与物料的有效管控。
图5 装置现场隔离点位上锁挂牌示意
a) 建立了能量隔离与上锁挂牌管理程序和核心要求，明确了装置检维修、开停工期间能量隔离及防护措施方法，强化检维修作业安全保障。
b) 开发了能量隔离管控系统及锁定设备，通过RFID设备标签确认和现场在线授权开展能量隔离过程管控和状态监测，实现能量隔离与上锁挂牌全生命周期信息化、可视化、规范化管控。
c) 能量隔离智能管控系统与作业许可管理系统、作业安全风险数据库的集成和数据共享是本研究后期研究攻关的主要方向。
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