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重建安全城市 廠商政府作伙拼 以物聯網技術 降低石化業管線風險

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產業動態

2016-10-13 09:50

  IoT 的技術讓石化產業從以往的災害控制開始朝向災害預警與風險控管的先期預防發展,從製程機械使用的狀態進行預防性維護保養,確切掌控風險可能發生的時間與進行預防性的保養與更換,將以往災害發生的未知因素經由智慧型感測器的感測與整合性分析而消除,達到操作成本與災害風險控管平衡的最適化境界。
資通訊科技發達普及下,防救災平台如雨後春筍般湧現,然而如何有效運用各種平台,提供整合協調工具以利物資人力調配,發揮最大防救災效能,仍是一大挑戰。南科防災體系以解決核心問題(Problem-Centric)為前提,以園區廠商需求為導向,提出解決方案,可作為我國防災產業之整廠輸出範例。

2014 年台灣高雄發生石化管線氣爆的事故,台灣石化業者與政府管理單位積極地檢討與進行後續改善措施,相關改善措施的其中一項就是運用物聯網的資訊科技做好「自主管理」,降低天然或人為災害所帶來的風險,本文將介紹石化業者在災害預防與預警領域的作法與台灣氣爆事件後在石化管線安全上的後續做法,及台灣如何應用物聯網來預警天然災害與如何控管人為災害發生的風險與強化應變體系。
  
防止氣爆慘劇重演
台灣應運用先進的管線偵控系統  
  

一、美國石化輸儲業者積極發展管線風險控管技術

由於石化工業在高雄地區發展已有五十年歷史, 過去輸送原料埋設之地下管線,多年來市區成長往外擴充,地下管線成為穿越城市的不安全因素。因為石化管線輸儲具有相當危險性,早期建立管線未具備管線風險管理技術,因此2014 年7 月31 日高雄市發生之石化管線爆炸事件,造成32 人死亡、321 人受傷,道路、建築嚴重損壞,引起政府、民眾廠商對於管線安全管理的高度重視。

管線安全的加強是石化輸儲業者的重要課題,任何一個廠商的洩漏事件將會導致整個行業面臨政府更嚴格的工安規定,付出更高的營運成本。因此,石化輸儲業者往往透過共同合作與技術開發的方式來提升管線安全和降低開發風險,此合作所獲得的利益遠遠超過業內互相競爭後單一公司的獲利。

例如:Enbridge、TransCanada 與PG&E 等三家公司開始開發其管線內、外裝設多種先進的感測器,建構管線相關數據,以達到去瓶頸化的目的。Enbridge 與TransCanada 公司正在發展(1)蒸氣傳感管(Vapor-Sensing Tubes)(2) 光纖分佈式溫度感測(Fiber-Optic Distributed Temperature Sensing Systems,DTS) 系統(3) 烯烴傳感電纜(Hydrocarbon-Sensing Cables)(4)光纖分佈式聲波檢測(Fiber-Optic Distributed Acoustic Sensing Systems, DAS)系統等技術。

工具箱(3D Toolbox)」技術,此為一非侵入性的3D影像技術,此技術最先應用在牙科上,它可以準確地辨識並測量凹痕、裂紋與管道外表面的腐蝕。系統可自動收集圖像資訊經過計算後再反饋給工程師,提供工程師採取正確的補救方案。PG&E也將NASA所發展用以檢測甲烷氣存在與否的機載雷射系統(Airborne Laser-Based System)改良,將洩漏位置的GPS座標和溫度、時間等數據共同存儲下來,作為進一步改善監測與管道配置的重要依據。

未來,石化輸儲產業內業者的競爭力與商業利益將來自於它自身管線流量數據的分析與經營模式的差異化,如同美國電力公司目前正在做的事情 使用智慧電表收集數據來分析能源使用方式,發展更適合的營運模式。大型石化輸儲業者可利用其管線產生的數據,幫助顧客找到運送的最佳管線路徑,並以他們有簽訂合同的管線路徑進行差異化收費。

二、生產廠商從操作與保養Know-How的量化強化生產安全性

石油煉製與大宗石化品產業經歷80年的發展,已成為一個技術與商業模式相對成熟的產業,全球的油品/石化產品生產廠均將「盡可能的提高運轉效率」與「尋求提升高附加價值產品的產量」作為經營生產的重要目標。

「盡可能的提高運轉效率」最實際的做法就是避免生產線無預警的停機,「尋求提升高附加價值產品的產量」則從降低歲修的時間著手;目前,使用「非侵入式智慧感測器」、「無線網路」、「開放式的通訊標準」與「設備和資產管理的整合型分析」等工具正逐漸改變傳統煉油與石化廠的維修思維,從原先以製程機械使用時間進行預防性維修保養,轉變為根據機械使用狀態進行預防性維護保養。

例如Philips 66公司的原油蒸餾預熱裝置之前由於積垢導致設備的能源效率低落,但沒有數據可以量化究竟浪費了多少能源,抑或是什麼時候應該進行清潔。之後裝設無線溫度和流量偵測器,設備維護工程師開始以設備所在地的生產與環境數據,修正溫度與流量的量測數據,用以預測原油蒸餾預熱裝置的「健康狀況」。這種整合性分析幫助了廠商可以即時發現造成能量消耗超過目標的時間和設備,每年每個熱交換器約可節省 55,000美金。最重要的是,此整合性分析幫助生產廠了解每個設備的最佳性能週期,找出最適操作條件,促進公司提高整個工廠的操作效能。

三、管線風險的監測與管理為台灣近期的努力方向

高雄市政府於氣爆事件後對於當地石化廠商的管線進行了多項安全強化措施,包括了(1)成立24位專家學者組成的「高雄市既有工業管線管理技術委員會」,(2)成立高雄市石化管線管理資訊系統,(3)成立石化管線即時監測系統,(4)要求14家石化公司負責人簽屬「管線安全管理」承諾書,(5)公布既有工業管線維運計畫審查結果及監理檢查收費標準,以國際級管理規格要求廠商達到公安維護等作法,聚焦於既有管線的管理與監控。在高雄石化管線存在的既定事實與多數管線短期仍會持續運作的現況下,如何運用最新的技術提高管線的安全性成為重要的課題。

台灣挑戰:
九成地區可能受兩種天災攻擊

台灣位於天然災害頻繁的高風險區域,世界銀行2005年「天然災害熱點:全球風險分析」(Natural Disaster Hotspots:A Global Risk Analysis)報告指出,台灣是全球最易受天然災害衝擊國家之一,因台灣約73%人口居住在受三種以上災害衝擊的地區,受兩種災害衝擊地區更高達90%以上。

風災損失以台灣2015年蘇迪勒颱風為例,造成多處道路坍方,全台停電戶數逾400萬戶。中央災害應變中心統計至2015年8月11日止計有8人死亡,4人失蹤,437人受傷,農損逾新臺幣22億元,並造成大台北地區重要水源濁度過高而供水中斷。地震的部分,根據中央地質調查所2011年公布之「台灣活動斷層分布圖」指出,全台共有33條活動斷層,多分布在西半部,而台灣西部由北至南共有12個科學工業園區,乃國內經濟仰賴至深的高科技產業所在地,附近活動斷層的威脅不可忽視。若將死亡人數超過百人的地震定義為劇災型(大規模)地震,台灣地區過去三百年來的災害地震紀錄顯示,平均約15~20年即發生一次劇災型地震,這些劇災型地震多發生於西部山麓帶,共造成超過10,700人死亡。鑒於台灣為天然災害的高風險國家,因此,在防範因應、減少損失的耐災與預警能力建置上,可謂是刻不容緩的重要課題。

最新國際防災共識奠基於2015年「仙台減災綱領」(Sendai Framework for Disaster Risk Reduction,SFDRR),未來15年內希望實質減少個人、企業、社區乃至國家災害風險及損失。為此將優先推動四項工作:

1.明瞭災害風險;
2.強化災害風險治理,以利管理災害風險;
3.投資減災工作以改進耐災能力;
4.增強防災整備以強化應變工作,達成「更耐災的重建」(Build Back Better)。

國際防災策略著重於全面推展防災意識,提升國家乃至個人的整體防減災能力,如同智慧城市(Smart City)深層意涵:「利用科技推廣運用知識(Knowledge),以孕育有價值智慧(Wisdom)。」故台灣防災對策不應侷限在基本防災工作,更須注重系統化防災體系建設。

南科經驗:
為城市建立防災專家系統

南科管理局「南科整合式災害風險應變體系」可謂防災體系系統化建置之雛型典範。南部科學工業園區產業,因製程中所使用化學物質具自燃性、可燃性、毒性及腐蝕性等危害,加上颱洪、地震等天然災害隨時發生,一旦如此,將引發複合型災害,除設備損壞、環境污染外,恐亦危及勞工安全,相當考驗園區防減災能力。

南科依據「流程標準化」、「系統資訊化」及「資源整合化」,發展災害、防汛、水電供應等災害應變系統,提供園區廠商整合型應變體系。統合了資料分析(如:中央氣象局地震、颱風等資料、園區防洪、水電、工安等監控資料⋯)、系統整合(如:緊急應變決策支援專家系統)、應用系統(如:公共管線地理資訊系統)、防災專業服務(如:消防、工安⋯)等角色發展,儼然形成具備知識與智慧的服務生態體系。 

1+1>2 防災產業
須搭配其他產業才得以發揮綜效

從南科防災體系中,可具體了解到其防災系統之建置乃以解決核心問題(Problem-Centric)為前提,並以園區廠商需求為導向,提出解決方案,其中不僅導入資通訊服務系統,更整合各種災害管理知識,透過資料分析、系統整合,構成了一套完整的服務生態體系。該體系驅動了資料管理分析(如:中央氣象局地震、颱風等資料、園區防洪、水電、工安等監控資料⋯)、系統整合(如:緊急應變決策支援專家系統)、應用系統(如:公共管線地理資訊系統)、防災專業服務(如:消防、工安⋯)等角色的發展,結合各項跨域技術在服務性的商業模式上有所發揮,儼然形成具備知識與智慧的服務生態體系,進一步提升附加價值與創造獨特性。

隨著資通訊科技的發達普及之下,各種防救災平台如雨後春筍般湧現,然而如何整合並有效運用相關平台,提供更好的協調工具以利物資人力的調配,發揮最大防救災效能,目前仍是一大挑戰。國家災害防救科技中心李維森主秘指出:「防災產業為支援性產業,需要搭配主產業並結合防災知識,才得以發展獨特性與區隔市場。」因此,奠基在這樣的思維之下,我國便能以南科防災體系為案例,發展推動結合防災知識的差異化與客製化之智慧防災體系,如:社區防災,作為我國防災產業的整廠輸出策略。

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