走进重点实验室：从不“打盹儿”的“巡检员”

（来源：中国应急管理）

转自：中国应急管理

编者按：重点实验室是应急管理科技创新的重要引擎。《走进重点实验室》栏目，带您跟随记者的脚步，深入了解应急管理领域科技创新成果和应急管理科技工作者锐意进取、攻克一个又一个难题的历程，发现应急管理科技创新从“实验室”走向“应用场”的生动实践。

在中国石油化工股份有限公司天津分公司（以下简称天津石化）气分装置区，烈日下的机泵群组间，一台防爆智能巡检机器人正灵活穿梭。它时而停下“低头”，通过底部传感器检测气体浓度；时而“抬头”转动摄像头，用红外镜头扫描设备法兰；偶尔还会“侧耳”，借助声学传感器捕捉机泵细微异响——如同一位不知疲倦从不“打盹儿”的“安全卫士”，时刻守护着装置区的安全。

这台机器人的诞生地，是应急管理部危险化学品安全风险预警与智能管控技术重点实验室（以下简称实验室）。该实验室由应急管理部化学品登记中心、中石化安全工程研究院有限公司、沈阳化工研究院有限公司共同建设。近日，记者走进该实验室，探寻其如何以科技创新破解行业安全痛点，为危化品安全生产筑起坚实的“智慧防线”。

智能巡检机器人：气体泄漏的“敏捷感知尖兵”

“嘀嘀嘀……”某大型炼化企业液化气罐区泵房内，一阵急促的警报声突然响起，正在沿预设路线巡检的机器人停下脚步。“气体浓度异常，超出安全阈值。”声光报警灯发出警报，不断闪烁。警报信息通过5G网络同步传输至中控室，操作员点击屏幕调取机器人传回的高清画面，顺着镜头聚焦的方向，很快定位到泄漏点——泵出口管线密封垫因长期磨损出现微小缝隙，液化气正缓慢渗出。不到5分钟，现场维修人员携带工具赶到点位，紧急关闭上下游阀门、切换备用泵，及时消除了这个可能引发爆炸的隐患。

“要是在10年前，全靠人工巡检，很难发现这样微小的泄漏。”实验室技术带头人肖安山拿着一份行业调研报告向记者介绍，传统人工巡检模式存在三大“硬伤”：一是效率低，一名巡检员每班要负责数公里长的管线、上百台设备，往往只能 “点到为止”；二是风险高，在高温、高压、有毒的装置区，巡检员面临中暑、中毒等风险；三是精度差，人工巡检靠嗅觉、视觉判断气体泄漏，对50ppb以下的痕量泄漏基本“无感”，且夜间等薄弱时段容易出现巡查盲区。

为解决这一行业痛点，实验室从2021年起组建专业技术团队，以“让机器比人更懂安全”为目标，开启智能巡检技术的攻关之路。

“要让机器人真正成为‘尖兵’，首先得给它装上‘灵敏的鼻子’。”团队负责人朱亮指着机器人身前的传感器模块介绍，团队最初研发的气体传感器，要么功耗高达数百毫瓦，无法满足长时间续航需求；要么灵敏度不足，难以检测微量泄漏。为此，团队耗时两年，反复试验纳米材料的配比与结构，研发出针对硫化氢、氢气、一氧化碳等有毒有害气体的高性能传感材料。

更令人惊叹的是，团队借助微纳加工技术，将传感材料、加热电阻、测量电阻等核心部件“浓缩”进仅1毫米宽的MEMS（微机电系统）传感芯片中。“这颗芯片的功耗只有20毫瓦，一节5号电池能供它连续工作3天，能在3秒内检测出50ppb浓度的痕量硫化氢——相当于在1立方米的空间里，精准识别出1滴水的量。”朱亮说。

光“嗅得准”还不够，机器人还得“看得清、听得见”。实验室为机器人配备了高清红外成像仪和高灵敏度声学传感器，并通过智能算法实现图像增强和降噪。“化工装置的管道、阀门密密麻麻，传统红外图像信噪比低，气体泄漏的‘气云’很难分辨。”实验室技术人员张贺打开电脑，对比展示两种图像：未经处理的红外图中，管道与气云模糊重叠；经算法优化后，气云与背景对比度显著增强，泄漏源位置一目了然。同时，声学传感器能捕捉到2千赫兹至40千赫兹的声音信号，通过“声纹比对”技术，精准识别机泵泄漏的“嘶嘶”声，哪怕是被机器轰鸣声掩盖的细微异响也能“揪出来”。

截至目前，该智能巡检机器人已在中国石化元坝气田、胜利油田、天津石化、青岛炼化等20余家企业推广应用，累计巡检里程超8万公里，避免了至少3起可能发生的火灾、爆炸等事故。

“以前我们夜班巡检要两个人一组，现在有了机器人，一人在中控室就能监控整个装置区，不仅减轻了劳动强度，还让安全更有保障。”天津石化炼油部车间副主任胡光亮感慨道。

边缘智算一体化网关：打造风险管控“智慧大脑”

今年8月12日凌晨2时，某化工企业异丙苯装置安全负责人李经理的手机突然振动，一条预警短信弹出：“异丙苯装置可燃有毒气体监测报警异常，风险预警等级升至‘较大风险’，建议立即现场核查处置。”李经理立即通知当班操作员，按照短信提示的“风险点定位图”，很快在反应釜底部找到问题——导淋阀因长期使用出现微小泄漏。10分钟后，操作员紧急完成阀门紧固消漏，系统风险等级回落至“一般风险”。

“以前，从发生泄漏到收到预警信息，至少需要3分钟，万一泄漏扩大，后果不堪设想。”李经理回忆道，这些改变源于实验室研发的“边缘智算一体化网关”。

实验室副主任施红勋告诉记者，此前危化品企业的风险预警模式存在短板：“数据链路”冗长，导致预警“慢半拍”。更关键的是，风险预警算法多基于“阈值报警”，但各类化工工艺危险性不同，保护层失效概率有大有小，同样的报警状态对应的风险等级可能完全不同，就会出现误报或者“该报不报”。

为破解这一难题，实验室技术团队从2022年起，深入全国30余家不同类型的危化品企业开展调研。“我们发现，问题的核心在于‘算法不接地气’和‘数据总在路上’。”实验室技术带头人李传坤总结道，一方面，预警算法没有结合具体工艺的反应机理，不能用一套算法“包打天下”；另一方面，数据传输的“长途跋涉”不仅耗时，还容易出现丢包、延迟，导致预警信息“过时”。

针对这两大痛点，实验室提出“把预警模型‘搬’到企业侧”的创新思路。“既然数据上传慢，那我们就把算法‘送下去’，让数据在企业内部完成‘计算—预警’的闭环。”李传坤说，团队研发了“边缘智算一体化网关”，外形类似一台小型服务器，可直接部署在企业中控室，通过工业以太网连接装置现场的分布式控制系统、传感器等设备，实时采集生产数据，将预警时间优化压缩至原来的五分之一，同时保持98%以上的预警精度。

“网关每秒钟会对采集到的数据进行一次计算分析，一旦发现风险，会立即通过短信、APP通知相关负责人，同时在企业本地监控屏显示风险点位置、处置建议。”实验室技术人员王建斌说。

据了解，该网关还能实现“边端—云端”协同：在企业预警的同时，会将关键数据（如风险等级、处置结果）上传至省级平台，便于安全监管部门掌握企业整体安全状况。

目前，该边缘智算一体化网关已在全国13个省份的120余家危化品生产企业落地应用，累计发布有效预警320余次，帮助企业避免了11起可能引发安全生产事故的风险事件。

持续创新：为危化品安全监管注入新动能

从能“嗅、看、听”的智能巡检机器人，到会“预判、指导”的边缘智算一体化网关，实验室的一系列创新成果，不仅解决了危化品安全生产风险防控中诸多“卡脖子”问题，更构建起“感知—预警—处置”的全链条数智化管控体系，推动行业安全管理从“人海战术”向“科技赋能”转变。

“我们的目标始终是‘让危化品生产更安全’。”施红勋表示，实验室自2021年成立以来，始终以行业实际需求为导向，累计承担国家重点研发计划、应急管理部科技项目等20余项，获得授权发明专利43项，制定行业标准8项，多项成果达到国际领先水平。团队从未停下创新的脚步，目前正在推进两大重点研发方向。

一是“智能巡检产品系列化”。针对油气田、罐区、加油站、化工园区等不同场景的需求，研发更灵活的巡检设备。“比如，针对长距离管廊，我们研发了‘轨道式巡检机器人’，机器人沿固定轨道对管廊高风险点位开展往复巡检，可显著降低人工巡检的劳动强度；针对高危环境作业监护应用场景，研发‘作业监护巡检机器人’，实现高风险特殊作业的自动持续监护，达到现场作业‘智能化减人’。”张贺介绍，目前作业监护机器人已完成实验室测试，预计明年可进入现场试用阶段。

二是“大模型在危化品安全领域的应用”。实验室正以“大—小”模型融合的技术思路构建“危化品安全大模型”，将海量的事故案例、风险隐患、工艺设备异常等纳入知识库，并通过模型微调，使其具备“风险评估预判、应急推演决策”的能力。“未来，大模型能根据企业的生产数据提前5分钟预测可能出现的风险点；在风险处置时，能模拟不同处置方案的效果，为操作人员提供最优决策建议。”李传坤表示，目前该模型已在3家企业开展试点应用，风险预判准确率达到85%以上。

与此同时，实验室还推动数智化技术与安全监管深度融合。通过整合企业人员定位、作业许可、高危泵监测等数据，构建危险化学品安全生产风险数智化管控平台，为应急管理部门提供实时监控、精准监管、科学决策等支撑。

从实验室的实验台到企业的生产现场，从单一的技术突破到全链条的体系构建，实验室正以数智技术为笔，描绘着危化品安全生产的“智慧蓝图”。“危化品安全没有终点，只有连续不断的新起点。实验室将继续深耕数智化技术，为行业筑起更坚固的安全防线，助力危化品安全治理体系和治理能力现代化，支撑建设更高水平的平安中国。”实验室主任杨哲说。

●作者：本报记者 朱有祥

●来源：中国应急管理报10月13日三版 原标题《危险化学品安全风险预警与智能管控技术重点实验室以数智技术筑牢安全生产“智慧防线” 时刻守护，从不“打盹儿”》责任编辑：田硕

●编辑：时宜