超级石化推荐：制冷气云成像技术在化工企业泄漏管理中的应用！

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摘 要： 化工企业具有易燃、易爆、有毒、有害、工艺流程复杂和设备设施种类繁多等特点。近年来众多企业开始追求长周期运行,但在追求装置长周期运行的同时因设备设施维护保养不到位或操作失误造成物料泄漏,引发爆炸着火等安全事故,造成了较大的社会影响。制冷气云成像技术以其监测范围广、检测物质种类多及检测结果准确等优势,实现了化工企业在泄漏管理中动态监测、分析和预警,通过监测结果进行预防性维修和保养,提升了设备的本质安全,有效保障了生产装置和储罐的安全平稳运行,也为化工企业落实“关口前移、事前预防、事中响应和事后分析”的安全管理理念提供了有力抓手。

关键词： 制冷气云成像 化工企业 气体扩散 泄漏管理

化工企业整个工艺流程涉及的物料往往为高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害介质,且极具腐蚀特性。在追求生产装置长周期运行的情况下,对设备设施的安全提出了更高的要求。但由于检查和维护保养不到位,造成了因腐蚀减薄或年久失修而引发泄漏的风险和隐患。当泄漏的物料遇到静电、雷击或动火作业产生的明火后,极易引发着火、爆炸以及人员中毒和窒息事故,进而造成人员伤亡、财产损失、环境污染等问题。因此,泄漏已成为导致石油化工企业发生安全事故的重要诱因,如何及早发现泄漏和做好泄漏应急处置,已经成为化工企业保障安全生产的重要课题。

1 化工企业气体泄漏的现状及监测手段

化工行业是关乎国计民生的重要支柱产业,但因化工企业涉及的物料多为高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害物质,一旦发生生产安全事故,后果较为严重。

1.1 国内近年发生的危险化学品泄漏事故

近年来因为物料泄漏导致的爆炸着火事故频发,据统计,2016—2021年共发生1 052起危险化学品事故,导致1 367人死亡,3 344人受伤[1]。

通过对1 052起危化品事故进行类型分析发现,爆炸事故363起,占34.51%;火灾事故281起,占26.71%;泄漏事故268起,占25.48%;中毒和窒息事故140起,占13.31%。2016—2021年危险化学品事故类型见表1所示。

表1 2016—2021年危险化学品事故类型统计

1.2 化工企业泄漏监测手段

物料泄漏的风险始终贯穿于化工企业整个工艺流程,机泵、压缩机、阀门、法兰等常见设备均是物料的主要泄漏点[2],生产过程中常见的“跑冒滴漏”现象就是典型的物料泄漏。为及时发现泄漏,现阶段化工企业主要采取安装固定式可燃有毒气体报警仪、开展班组定时巡检以及泄漏检测与修复(LDAR)等传统方法[3]。但由于固定式可燃有毒气体报警仪布局容易产生监测盲区且测量量程受限[4],巡检人员寻而不检或部分高处巡检点巡检频次过低导致无法发现漏点[5],LDAR检测因检测点位分散、检测费时费力而造成漏检等原因,泄漏往往不能在第一时间被及时发现,对安全生产形成了潜在威胁。因此,建立全面系统的监测预警风险管控应急处置显得非常迫切。制冷气云成像技术凭借其监测范围广、监测物质种类多、准确度高以及扩散趋势判断等优势,逐渐成为化工企业开展泄漏监测的重要手段。

2 制冷气云成像技术概述

红外气体云成像技术最早应用于军队的防化需求,以实现对化学战剂的远距离探测。该技术主要包括非制冷型和制冷型两大类型,非制冷型一般用于监测较大面积的泄漏,但对小型泄漏监测效果较差;制冷型不但可以监测大面积泄漏,而且对小型泄漏也有较好的监测效果[6]。我国早期因科技水平不够成熟,红外气体云成像技术只能依赖进口,但欧美发达国家仅对我国出口非制冷型设备,而对制冷型设备的出口进行限制。近年来我国掌握了制冷气云成像技术,同时实现了设备的国产化,制冷气云成像技术逐渐走向工业应用。如今该技术已经日渐成熟,凭借其众多优势逐渐被多家石油化工企业所采用。

红外光谱通常分为近红外区、中红外区和远红外区等3个区。其中,中红外区又可分为特征频率区(2.5～7.7 μm,即4 000～1 330波数)和指纹区(7.7～16.7 μm,即1 330～400波数)两个区域[7]。特征频率区可以有效探测到泄漏的发生,但不能识别具体的泄漏物质,常规的红外热像仪多采用该光谱区域。红外指纹区具有多峰性和峰特征性等特点,一是不同气体物种因其分子结构的不同在指纹区所表现出来的谱峰位置变化极大,且一般不是单峰而是多峰;二是在该区同一气体的形态是稳定的,不同气体所表现出来的特征强度各不相同;三是同一种气体在指纹区的谱峰位置、数量、形态和强度具有单一性和独特性。制冷气云成像技术便是采用红外指纹区的原理,实现精准识别气体种类的效果。理论上在该区域有光谱特性的物质有1 000多种,当前经过各国科学家实践探索的约有300多种[8]。

制冷气云成像监测设备因其不需要经常性维护和标定、不会出现传感器中毒以及监测气体库可以根据需要随时调整和扩展等优势,可以与现有固定式可燃气体报警器等泄漏监测设备形成互补,共同构建起全天候、全覆盖的空间泄漏监测网络,特别是对化工企业、工业园区、机场火车站等容易发生泄漏和公共安全事件的重点区域,使监测更加严密,预警能力大幅提升。

3 制冷气云成像设备在化工企业的应用

3.1 制冷气云成像设备工作模式设定

某大型化工企业拥有乙烯、聚丙烯、芳烃抽提等数套化工生产装置及十多座危险化学品储罐,该企业将制冷气云成像设备安装于厂区办公楼楼顶,监测范围涵盖了生产装置区、危险化学品储罐区和废气排放区等重点目标区域。

该设备采集的红外光谱数据、检测结果和红外图像,通过光纤将信号转换为信息数据传输到监控服务器,并在中央控制室的计算机终端上显示监测结果,帮助相关人员及时发现泄漏情况。该设备工作方式如图1所示。

图1 制冷气云成像设备工作方式

3.2 扫描工作模式

该设备具有全景扫描、区域扫描和定点扫描3种工作模式。全景扫描模式是指对设备周边进行大范围筛查扫描,该模式下在水平方向可实现360°全景扫描,垂直方向可实现90°扫描,当扫描到泄漏物质时,可在几秒内发出报警。区域扫描模式是指根据实际需要设定扫描角度,形成扇形扫描区域,对重点区域进行重点扫描,该模式可显著缩小目标范围,提高扫描效率。定点扫描模式是指保持设备云台静止,根据报警信息对指定位置进行扫描,可以进一步监测泄漏量和扩散趋势,做好定点监测,该模式主要用于发现泄漏后的应急处置环节。

3.2.1 区域扫描

当该设备处于正常使用状态时,可以检测出距设备1 000 m处烟囱的废气排放情况,如图2所示。图2中第一排为可见光与光谱叠加的照片,方块内是报警的气体;第二排为热像与光谱叠加的照片,可以看到状如白雾的气体流态,代表红外可以看到而肉眼看不见的气体排放。这种现象在浓雾、光线昏暗的天气条件下尤其明显。当扫描到高空烟囱排放有目标气体时,可根据实际工况进行复查,判断烟气排放是否出现异常。

图2 氨气实时监测结果

3.2.2 定点扫描

该企业某台加热炉于凌晨6点左右发现甲烷报警,遂使用设备对加热炉进行定点扫描,发现甲烷在随后的5 min时间段内泄漏量为2.0 mg/(g·m)左右,且泄漏量较为平稳;6∶06起泄漏量快速上升,至6∶15达到峰值,约为4.5 mg/(g·m),说明泄漏速度逐渐加快;6∶16起,在维保人员采取有效的应急处置措施后泄漏量逐渐降低,并于6∶29彻底停止泄漏,说明漏点被消除,应急处置取得成功。

3.3 扩散趋势的识别与判断

为检验该设备对物料发生大面积泄漏后的扩撒趋势识别判断能力,选取野外草场进行测试,以天空和地面植被为背景、以氨气和六氟化硫作为测试样气。将设备架设在距离样气释放源约700 m处,测试全程保持云台位置不变。首先释放六氟化硫,10 s后释放氨气,第3 s、8 s、13 s、18 s和23 s的气体扩散趋势如图3～7所示(深色为六氟化硫,浅色为氨气)。

图3 样气释放3 s

图4 样气释放8 s

图5 样气释放13 s

图6 样气释放18 s

图7 样气释放23 s

4 制冷气云成像技术的应用效果

4.1 为高点泄漏监测提供有力保障

石油化工装置布局立体化程度高,拥有塔、加热炉、立式储罐等高空设备;换热器、卧式储罐、冷却器等尺寸相对较小的设备也往往因厂区面积限制而不得不布置在四层甚至是五层框架平台上。高点设备与地面设备同样存在泄漏风险,因此也是化工企业巡检管理的重要环节。但由于高点巡检时间长,班组人员数量有限、工作量大等因素,巡检的频次往往低于低点设备巡检频次。固定式报警器一般安装于地面,因此高点设备一旦发生泄漏很难在第一时间被发现,导致长时间泄漏,产生较大的安全隐患。由于制冷气云成像设备安装在高点位置,加之测量范围较广,可以快速发现高处漏点,便于维保人员在泄漏初期对漏点进行处置,减少泄漏量,降低事故发生概率。

4.2 为日常检维修提供重点目标

用大数据分析方法对该泄漏监测设备长期的监测数据进行分析,通过比对可以发现泄漏频次较多的介质或设备,安排专人对泄漏设备进行全面的检查和维护保养,并在后期管理中加强易发生泄漏设备的预防性维修,消除设备缺陷和隐患,有效提高设备的安全水平,从而降低物料泄漏发生的可能性,防止泄漏引发安全事故。

4.3 为泄漏应急处置提供重要依据

当甲烷、硫化氢等具有易燃或剧毒性质的无色气体发生较大面积泄漏后,会在泄漏点附近快速扩散蔓延,一旦遇到明火或撤离疏散不及时,将会造成爆炸和人员中毒窒息。因此,对于应急指挥人员来说,无论是现场应急处置还是警戒区设定,掌握泄漏介质的扩散趋势和扩散速度非常重要[9]。制冷气云成像技术可以有效识别判断泄漏物料的扩散趋势,应急指挥人员可以根据监测设备提供的泄漏物料扩散趋势分析结果,调整应急处置策略,大大提高应急处置的针对性和有效性,大幅降低事故损失和影响。

5 结论

制冷气云成像系统针对目前化工企业装置现场泄漏管理的难点和薄弱环节,采用切实有效的方法和技术手段,有效弥补泄漏监测管理的不足之处,与固定式可燃有毒气体报警器共同建立起空间泄漏监测系统,通过自动化、智能化、网络化手段提升了企业降低安全风险、消除安全隐患的能力,为化工企业安全平稳生产提供了重要保障。

(1)该技术可满足化工企业对挥发性有机物无组织排放的监控需求,通过全天候、全覆盖的实时监测,及时发现泄漏点,准确判断泄漏介质的位置和种类,为消减泄漏源提供重要信息。

(2)一旦发生大面积泄漏,通过监测泄漏物质的扩散范围和趋势,调整应急处置策略,为事故应急处置提供技术支持,避免救援人员受到二次伤害。

(3)系统可满足事后的分析总结需要,通过可见光图像、制冷型红外夜视图像和制冷型光谱图像,提供更深入的数据分析和优化完善后期管理提供重要参考。

作者：刘天伟 中国石化青岛石油化工有限责任公司

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现将本次会议有关事项通知如下：

数智赋能、绿色转型：推动设备运维管理从“被动”向“主动”智能化转型，筑牢石化本质安全与平稳运行基石

主办单位：

中国石油和石化工程研究会

协办单位：

中石研石化设备运维专家服务（中心）专业委员会

中国建筑业协会石化建设分会

中机维协石油石化建安检维修分会

青岛石化检修安装工程有限责任公司

恩纳湃克（江苏）工业设备有限公司

会务承办：

金鼎安科石化技术服务（北京）有限公司

报到时间：2026年11月4日

会议时间：2026年11月5日—6日

会议地点：安徽合肥（详见报到通知）

11月5日：开幕式及全体大会，特邀院士、领导、专家演讲；

11月6日：技术成果专题（上午）

分论坛一：石化转动设备升级改造和数智化运维成果；

分论坛二：石化设备安全运维创新成果应用案例分享。

1.国内外石化装置长周期运行发展现状与展望；

2.石化设备全生命周期运维管理和“智慧+预知性维修”应用成果；

3.《加力推进石化化工行业老旧装置更新改造行动方案（2026—2029年）》政策解读与落地实践；

4.安全生产治本攻坚三年行动深入推进与设备安全管理体系建设；

5.老旧装置超设计使用年限服役承压设备管理对策与思考；

6.大型石化企业设备健康管理探索与实践；

7.天然气地面工程和关键设备智能安全运维技术创新；

8.特种机泵：螺杆机、压缩机、离心泵、屏蔽泵等检修运维技术；

9.石油化工装置、管道管廊、罐区腐蚀防护与隔热保温；

10.液压工具、法兰扭矩及法兰连接完整性管理；

11.设备润滑油选用和智能润滑技术成果；

12.石化企业装置零泄漏密封技术（机械密封、干气密封、垫片等）；

13.石化企业大型装置、厂区管廊运维数字化转型、无人化升级方案，原油储罐安全预警、雷电预警装置、内浮顶选型、消防安全、巡检机器人、火情侦测与消防机器人、无人机等新型技术的应用；

14.现场仪表、控制阀、泄压阀、安全阀、阻火器、过程分析仪表、DCS、FCS等检修运维技术；

15.石化企业控制系统、关键设备国产化进展；

16.大型机组备品配件国产化、核心部件修复、再制造成果分享；

17.AI驱动预测性维护、数字孪生、工业互联网在石化设备运维中的创新应用；

18.石化罐区系统安全与VOCs一体化风险管控技术；

19.石油化工电气、仪表设备全生命周期管理与智能化升级。

20.石化特殊工况高端阀门安全节能改造、修复和检维修创新应用；

21.石化企业运维检修新技术、新工艺、新方案等国产化技术应用。

油气田、管道管网、炼油、石化、煤化工、化工、精细化工、新材料、磷化工、医药化工、储运码头等企业设备管理部门领导、专家及相关技术负责人；科研院所、高等院校；智慧运维、设备预知性维护、故障诊断、建安检维修、设备制造等企业代表；以及各级政府部门、行业协会、咨询评估机构、老旧设备风险评估服务机构等相关人士。

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当前正处于“十五五”开局起步的关键阶段，石油化工行业正处在能源结构深刻变革与数字化转型的关键交汇期。电气系统作为石化生产的“动力心脏”与“神经中枢”，其安全、稳定、高效、智能运行是企业实现“双碳”目标、构筑新型电力系统、推动高质量发展的基石。面对风电、光伏、氢能等新能源的大规模接入，以及老旧装置安全、能效提升的迫切需求，石化电气技术正朝着数字化、智能化、绿色化的方向加速演进。

为搭建产、学、研、用协同创新的高水平交流平台，深入探讨新质生产力驱动下石化电气技术的创新路径，中国化工学会将于2026年9月16-18日在陕西西安组织召开“2026年（第六届）石油化工企业电气技术创新发展大会暨新型智慧电网与电氢储多能源融合成果展示会”。欢迎关注本次会议信息并积极参会。

新质生产力源动力——推动石油石化电气技术与新型电力系统深度融合

主办单位

中国化工学会

承办单位

盛融华创（北京）能源科技发展有限公司

时间：2026年9月16-18日（16日报到）

地点：陕西西安（详见报到通知）

9月16日：大会报到

9月17日：开幕式及全天大会

9月18日：技术宣讲

（一）政策解读与行业趋势

1 .“双碳”目标下国家及地方能源政策、石化行业绿色转型政策导向与电气技术创新要求；

2.《加力推进石化化工行业老旧装置更新改造行动方案（2026-2029年）》中电气设备更新改造要求解读；

3. 新型电力系统构建对石化行业电气技术的机遇与挑战；

4. 氢能、储能等新能源产业发展规划与石化行业融合应用前景。

（二）新型电力系统建设与新能源耦合

1. 新能源（风电、光伏）大规模接入对石化电力系统安全运行带来的挑战；

2. 新能源微网融合在石化企业的增效应用；

3. 石化行业再电气化发展与新型电力系统建设实践；

4. 储能技术在石化企业“源网荷储”协同中的应用。

（三）电气设备安全与智能运维

1. 石化行业高压电气系统智能化升级与故障预警技术；

2. 变电站运行与管理、无人值守、云配电、智能用电技术应用；

3. 防雷防静电接地设计、在线监测、防雷预警装置及应用技术；

4. 抗晃电与电压暂降管理、不间断供电技术与储能方法；

5. 防爆电气设备最新标准与选用、智能化解决方案；

6. 高效节能电力电缆产品及绝缘管型母线新技术；

7. 全景感知技术在石油化工企业电气设备检修领域应用；

8. 数字化、智能化技术在石化电气运维中的实践应用（AI巡检、数字孪生等）。

（四）节能降碳与能效提升

1. 石化企业电气系统节能改造与能效提升方案；

2. 变频调速技术、调峰方法在石化行业的创新应用；

3. 企业电能质量管理、继电保护优化方案；

4. 石化企业电气系统低碳转型路径与实践策略。

（五）设备选型与国产化

1. 高压开关设备、智能开关柜的高可靠性要求及选型；

2. 智能UPS应急电源、UTS不间断切换开关的选用；

3. 高效节能电力电缆产品及绝缘管型母线新技术；

4. 石化企业电气设备国产化替代与供应链安全保障。

（六）新技术新装备展示

“电气技术创新成果展示区”——集中展示高端化、智能化、绿色化电气新技术、新装备、新材料，欢迎各企业积极参展。

大会诚挚邀请中国石油、中国石化、中国海油、国家管网、国家电网、南方电网、中国大唐、国家能源、中国中化、中国航油、延长石油等行业电气领域知名专家、技术负责人，针对热点、难点话题，新政策、新标准、新方案、新技术等做技术交流和成果分享。

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