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基于耗散结构理论的化工安全经济系统分析

文档作者: 叶芳        文档来源: 新疆中泰矿冶有限公司
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更新时间: 2021年01月01日
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2014 年2 月 基于耗散结构理论的化工安全经济系统分析 叶芳(新疆中泰矿冶有限公司新疆乌鲁木齐830002) 摘要:作为一个开放系统,化工安全经济系统的安全运行 非常的重要。笔者从耗散结构理论出发,对化工安全经济系统进 行了分析和探讨,希望对同行有借鉴的意义。 关键词:耗散结构;化工;安全经济系统 化工企业具有一定的危险性,这和其复杂的工艺有着很大的 关系。此外,化工企业会使用大量的危险化学品,因此近年来事 故频发,给人身和经济安全造成了很大的威胁。这些爆炸事故也 造成了不良的国际影响。因此,化工企业要采取有力措施降低安 全事故发生的概率,这样财产和人员的安全就会得到保证,可以 说安全工作已经刻不容缓。控制和预防化工事故的方法有很多, 但是最根本的方法是从源头上解决,也就是对化工企业的安全投 入—产出系统进行全面的优化。安全生产“五要素”建设中一个 核心的部分就是安全投入。只有安全投入到位,那么安全生产才 有可能得到保证和良好的基础。在控制和预防安全事故时,我们 可以从经济学的角度出发,对安全—产出系统进行优化是一项非 常重要的措施。 化工安全—产出系统不但符合耗散结构的要求,而且是一个 远离平衡、开发的系统。笔者在对这一系统中进行分析时,使用 了耗散结果理论,希望这些分析和探讨可以作为一种新的思路和 方法,这样就可以对化工事故进行预防和控制。 一、耗散结构理论 我们研究热力学定律就可以知道,自然中的任何一种物质都 是具有能量的。能量是自然存在的,它既不会被消灭,也不会被 创造。无论是处于转化还是传递中,能量的总量是不变的。科学 技术在不断的发展,人类现实生活中发生的种种功能转换过程都 和热力学有着很大的关系,都是不可逆的过程。因此,热力学第 二定律就产生了。该定律同时认为当能量处于不可逆的功能转 换过程中时,局会处于不断的退化趋势中,而变化不能用来做功 的“不可用能”。有关学者对其进行了命名,比如:克劳修斯就将 这种不可能命名为熵,也就是S。作为系统无序程度的量度,熵越 大,就越无序。而如果越小,就会越有序。针对开放系统,我们可 以对熵的变化进行划分,总共有2个部分。第一个部分我们称其 为熵产生,也就是dis。第二个部分我们称作熵流,一般用des来表 示。熵产生是由于系统内部的不可逆过程产生的,而熵流则是由 系统和外界环境之间的相互作用产生的。二者之间的关系是: ds=d1s+des 对于des来说,其是没有确定的符号的。而d1s是不可能出现 负值的。可以很明显的看到,一个远离平衡的开放系统,会和外 界进行物质和能量的交换,而且交换时源源不断的。如果外界条 件的变化到达一定程度时,也就是一定的阙值时,原来的混乱状 态就会被打破,即从一种混沌无序状态转变为一种有序状态,无 论是在空间、功能,还是在时间上都是有序的。新的有序结构会 在远离平衡单位情况下形成,我们可以将其称为耗散结构。 如果一个系统要处于耗散结构,就需要符合4个条件,分别 是:(1)系统是开放的,而不是封闭的。当系统开放时,那么就可 以和外界进行物质和能量的交换而系统要从无序转化为有序,需 要满足的条件是:des< 0,且|des|.dis。(2)系统是远离平衡态的。 只有满足这个条件,新的稳定有序的结构才能形成。这是因为无 论是处于近平衡态线性区,还是处于平衡态,系统的状态都比较 稳定,而且总的趋向是趋于平衡或者是无序。(3)系统中的每个要 素之间的关系。这些要素之间有着非线性的相互作用。(4)涨落 的触发是系统的特点,这种触发可以对系统进行推动,这样突变 就会产生。因此,系统就会从无序的状态走向有序的演化。 耗散结构的形成和外界参数离不开,只有在外界参数的控制 下,该结构才能形成。如果阙值大于外界控制参量时,那么曲线a 上的每一个点都处于一种平衡态,我们将其称为热力学分支。而 如果阙值小于外界控制参量时,那么a作为热力学分支就会变得 比较不稳定。此时,系统就会比较容易受小扰动的影响离开热力 学分支跳跃到某一个稳定分支上,也就会和某种有序状态对应, 这就是我们所说的耗散结构分支。仅仅只有外界控制参数处于 临界状态,这时系统中的小涨落才会被放大为巨涨落,而这和转 换需要借助非线性关系,系统才会得到突变,变化为耗散结构分 支,最早新的有序状态才会形成。 二、化工安全经济系统的耗散结构分析 1.化工安全经济系统属于耗散结构 笔者在对耗散结构的特性进行分析之后,发现化工安全经济 系统和耗散系统的要求是基本相符的。(1)化工安全系统是开放 的,因此可以实现和所处环境的因素进行交换,比如:财力、物力 以及人力。(2)该系统也和平衡态远离,而无序是平衡态的主要特 点,也就是说熵值越大,混乱的程度也就最大。此时,如果要保持 正常的生产秩序,就需要加大安全投入,这样才会打造出安全的 作业环境。(3)化工安全经济系统的子系统和内部要素二者属于 非线性结构,因此复杂的非线性关系存在于安全投入与安全产出 之间。在安全投入和安全产出方面,化工企业不同,部门不同,二 者也是不均等的。(4)外界环境的影响对化工安全系统具有很大 的干扰和影响,因此随机涨落的状况就会产生。如果涨落影响到 达一定的程度,那么突变就会在系统中产生,这样系统的无序状 态就会被打破,从而走向有序。通过上面的分析,我们不难发现 化工安全经济系统是耗散结构。 2.安全投入—产出分析 化工生产中危险、爆炸和中毒等现象是经常存在的。因此我 们要对作业条件进行改善。而安全投入所带来的效益往往具有 比较滞后,随着时间的推移,安全投入的效果表现出的特点是:安 全流变—突变。如果要想让安全效益最大化,那么单次安全投入 是无法实现的,而是需要依靠持续的后续投入。 结束语 笔者从耗散结构理论出发,对化工安全经济系统进行了分 析,得出的结论是持续的后续投入才能保证安全效益最大化。 参考文献: [1]林大建,周永安.蔡嗣经.工业园区建设项目安全评价初探 [J].现代化工.2013(23). [2]董宪伟,蔡嗣经,王春来,等.基于熵理论的矿井通风耗散系 统分析.矿业研究与开发.2013(33). 作者简介:叶芳,女,1983 年12 月,新疆中泰矿冶有限公 司,助理工程师 安全管理 532014 年2 月 基于耗散结构理论的化工安全经济系统分析 叶芳(新疆中泰矿冶有限公司新疆乌鲁木齐830002) 摘要:作为一个开放系统,化工安全经济系统的安全运行 非常的重要。笔者从耗散结构理论出发,对化工安全经济系统进 行了分析和探讨,希望对同行有借鉴的意义。 关键词:耗散结构;化工;安全经济系统 化工企业具有一定的危险性,这和其复杂的工艺有着很大的 关系。此外,化工企业会使用大量的危险化学品,因此近年来事 故频发,给人身和经济安全造成了很大的威胁。这些爆炸事故也 造成了不良的国际影响。因此,化工企业要采取有力措施降低安 全事故发生的概率,这样财产和人员的安全就会得到保证,可以 说安全工作已经刻不容缓。控制和预防化工事故的方法有很多, 但是最根本的方法是从源头上解决,也就是对化工企业的安全投 入—产出系统进行全面的优化。安全生产“五要素”建设中一个 核心的部分就是安全投入。只有安全投入到位,那么安全生产才 有可能得到保证和良好的基础。在控制和预防安全事故时,我们 可以从经济学的角度出发,对安全—产出系统进行优化是一项非 常重要的措施。 化工安全—产出系统不但符合耗散结构的要求,而且是一个 远离平衡、开发的系统。笔者在对这一系统中进行分析时,使用 了耗散结果理论,希望这些分析和探讨可以作为一种新的思路和 方法,这样就可以对化工事故进行预防和控制。 一、耗散结构理论 我们研究热力学定律就可以知道,自然中的任何一种物质都 是具有能量的。能量是自然存在的,它既不会被消灭,也不会被 创造。无论是处于转化还是传递中,能量的总量是不变的。科学 技术在不断的发展,人类现实生活中发生的种种功能转换过程都 和热力学有着很大的关系,都是不可逆的过程。因此,热力学第 二定律就产生了。该定律同时认为当能量处于不可逆的功能转 换过程中时,局会处于不断的退化趋势中,而变化不能用来做功 的“不可用能”。有关学者对其进行了命名,比如:克劳修斯就将 这种不可能命名为熵,也就是S。作为系统无序程度的量度,熵越 大,就越无序。而如果越小,就会越有序。针对开放系统,我们可 以对熵的变化进行划分,总共有2个部分。第一个部分我们称其 为熵产生,也就是dis。第二个部分我们称作熵流,一般用des来表 示。熵产生是由于系统内部的不可逆过程产生的,而熵流则是由 系统和外界环境之间的相互作用产生的。二者之间的关系是: ds=d1s+des 对于des来说,其是没有确定的符号的。而d1s是不可能出现 负值的。可以很明显的看到,一个远离平衡的开放系统,会和外 界进行物质和能量的交换,而且交换时源源不断的。如果外界条 件的变化到达一定程度时,也就是一定的阙值时,原来的混乱状 态就会被打破,即从一种混沌无序状态转变为一种有序状态,无 论是在空间、功能,还是在时间上都是有序的。新的有序结构会 在远离平衡单位情况下形成,我们可以将其称为耗散结构。 如果一个系统要处于耗散结构,就需要符合4个条件,分别 是:(1)系统是开放的,而不是封闭的。当系统开放时,那么就可 以和外界进行物质和能量的交换而系统要从无序转化为有序,需 要满足的条件是:des< 0,且|des|≥dis。(2)系统是远离平衡态的。 只有满足这个条件,新的稳定有序的结构才能形成。这是因为无 论是处于近平衡态线性区,还是处于平衡态,系统的状态都比较 稳定,而且总的趋向是趋于平衡或者是无序。(3)系统中的每个要 素之间的关系。这些要素之间有着非线性的相互作用。(4)涨落 的触发是系统的特点,这种触发可以对系统进行推动,这样突变 就会产生。因此,系统就会从无序的状态走向有序的演化。 耗散结构的形成和外界参数离不开,只有在外界参数的控制 下,该结构才能形成。如果阙值大于外界控制参量时,那么曲线a 上的每一个点都处于一种平衡态,我们将其称为热力学分支。而 如果阙值小于外界控制参量时,那么a作为热力学分支就会变得 比较不稳定。此时,系统就会比较容易受小扰动的影响离开热力 学分支跳跃到某一个稳定分支上,也就会和某种有序状态对应, 这就是我们所说的耗散结构分支。仅仅只有外界控制参数处于 临界状态,这时系统中的小涨落才会被放大为巨涨落,而这和转 换需要借助非线性关系,系统才会得到突变,变化为耗散结构分 支,最早新的有序状态才会形成。 二、化工安全经济系统的耗散结构分析 1.化工安全经济系统属于耗散结构 笔者在对耗散结构的特性进行分析之后,发现化工安全经济 系统和耗散系统的要求是基本相符的。(1)化工安全系统是开放 的,因此可以实现和所处环境的因素进行交换,比如:财力、物力 以及人力。(2)该系统也和平衡态远离,而无序是平衡态的主要特 点,也就是说熵值越大,混乱的程度也就最大。此时,如果要保持 正常的生产秩序,就需要加大安全投入,这样才会打造出安全的 作业环境。(3)化工安全经济系统的子系统和内部要素二者属于 非线性结构,因此复杂的非线性关系存在于安全投入与安全产出 之间。在安全投入和安全产出方面,化工企业不同,部门不同,二 者也是不均等的。(4)外界环境的影响对化工安全系统具有很大 的干扰和影响,因此随机涨落的状况就会产生。如果涨落影响到 达一定的程度,那么突变就会在系统中产生,这样系统的无序状 态就会被打破,从而走向有序。通过上面的分析,我们不难发现 化工安全经济系统是耗散结构。 2.安全投入—产出分析 化工生产中危险、爆炸和中毒等现象是经常存在的。因此我 们要对作业条件进行改善。而安全投入所带来的效益往往具有 比较滞后,随着时间的推移,安全投入的效果表现出的特点是:安 全流变—突变。如果要想让安全效益最大化,那么单次安全投入 是无法实现的,而是需要依靠持续的后续投入。 结束语 笔者从耗散结构理论出发,对化工安全经济系统进行了分 析,得出的结论是持续的后续投入才能保证安全效益最大化。 参考文献: [1]林大建,周永安.蔡嗣经.工业园区建设项目安全评价初探 [J].现代化工.2013(23). [2]董宪伟,蔡嗣经,王春来,等.基于熵理论的矿井通风耗散系 统分析.矿业研究与开发.2013(33). 作者简介:叶芳,女,1983 年12 月,新疆中泰矿冶有限公 司,助理工程师 安全管理 53
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