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基于耗散結(jié)構(gòu)理論的化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析

文檔作者：葉芳文檔來源：新疆中泰礦冶有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月01日
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2014 年2 月
基于耗散結(jié)構(gòu)理論的化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析
葉芳（新疆中泰礦冶有限公司新疆烏魯木齊830002)
摘要：作為一個(gè)開放系統(tǒng)，化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行
非常的重要。筆者從耗散結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，對(duì)化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)
行了分析和探討，希望對(duì)同行有借鑒的意義。
關(guān)鍵詞：耗散結(jié)構(gòu)；化工；安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
化工企業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，這和其復(fù)雜的工藝有著很大的
關(guān)系。此外，化工企業(yè)會(huì)使用大量的危險(xiǎn)化學(xué)品，因此近年來事
故頻發(fā)，給人身和經(jīng)濟(jì)安全造成了很大的威脅。這些爆炸事故也
造成了不良的國際影響。因此，化工企業(yè)要采取有力措施降低安
全事故發(fā)生的概率，這樣財(cái)產(chǎn)和人員的安全就會(huì)得到保證，可以
說安全工作已經(jīng)刻不容緩。控制和預(yù)防化工事故的方法有很多，
但是最根本的方法是從源頭上解決，也就是對(duì)化工企業(yè)的安全投
入—產(chǎn)出系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化。安全生產(chǎn)“五要素”建設(shè)中一個(gè)
核心的部分就是安全投入。只有安全投入到位，那么安全生產(chǎn)才
有可能得到保證和良好的基礎(chǔ)。在控制和預(yù)防安全事故時(shí)，我們
可以從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)安全—產(chǎn)出系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是一項(xiàng)非
常重要的措施。
化工安全—產(chǎn)出系統(tǒng)不但符合耗散結(jié)構(gòu)的要求，而且是一個(gè)
遠(yuǎn)離平衡、開發(fā)的系統(tǒng)。筆者在對(duì)這一系統(tǒng)中進(jìn)行分析時(shí)，使用
了耗散結(jié)果理論，希望這些分析和探討可以作為一種新的思路和
方法，這樣就可以對(duì)化工事故進(jìn)行預(yù)防和控制。
一、耗散結(jié)構(gòu)理論
我們研究熱力學(xué)定律就可以知道，自然中的任何一種物質(zhì)都
是具有能量的。能量是自然存在的，它既不會(huì)被消滅，也不會(huì)被
創(chuàng)造。無論是處于轉(zhuǎn)化還是傳遞中，能量的總量是不變的。科學(xué)
技術(shù)在不斷的發(fā)展，人類現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生的種種功能轉(zhuǎn)換過程都
和熱力學(xué)有著很大的關(guān)系，都是不可逆的過程。因此，熱力學(xué)第
二定律就產(chǎn)生了。該定律同時(shí)認(rèn)為當(dāng)能量處于不可逆的功能轉(zhuǎn)
換過程中時(shí)，局會(huì)處于不斷的退化趨勢(shì)中，而變化不能用來做功
的“不可用能”。有關(guān)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了命名，比如：克勞修斯就將
這種不可能命名為熵，也就是S。作為系統(tǒng)無序程度的量度，熵越
大，就越無序。而如果越小，就會(huì)越有序。針對(duì)開放系統(tǒng)，我們可
以對(duì)熵的變化進(jìn)行劃分，總共有2個(gè)部分。第一個(gè)部分我們稱其
為熵產(chǎn)生，也就是dis。第二個(gè)部分我們稱作熵流，一般用des來表
示。熵產(chǎn)生是由于系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆過程產(chǎn)生的，而熵流則是由
系統(tǒng)和外界環(huán)境之間的相互作用產(chǎn)生的。二者之間的關(guān)系是：
ds=d1s+des
對(duì)于des來說，其是沒有確定的符號(hào)的。而d1s是不可能出現(xiàn)
負(fù)值的。可以很明顯的看到，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，會(huì)和外
界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，而且交換時(shí)源源不斷的。如果外界條
件的變化到達(dá)一定程度時(shí)，也就是一定的闕值時(shí)，原來的混亂狀
態(tài)就會(huì)被打破，即從一種混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有序狀態(tài)，無
論是在空間、功能，還是在時(shí)間上都是有序的。新的有序結(jié)構(gòu)會(huì)
在遠(yuǎn)離平衡單位情況下形成，我們可以將其稱為耗散結(jié)構(gòu)。
如果一個(gè)系統(tǒng)要處于耗散結(jié)構(gòu)，就需要符合4個(gè)條件，分別
是：（1）系統(tǒng)是開放的，而不是封閉的。當(dāng)系統(tǒng)開放時(shí)，那么就可
以和外界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換而系統(tǒng)要從無序轉(zhuǎn)化為有序，需
要滿足的條件是：des< 0，且|des|.dis。（2）系統(tǒng)是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的。
只有滿足這個(gè)條件，新的穩(wěn)定有序的結(jié)構(gòu)才能形成。這是因?yàn)闊o
論是處于近平衡態(tài)線性區(qū)，還是處于平衡態(tài)，系統(tǒng)的狀態(tài)都比較
穩(wěn)定，而且總的趨向是趨于平衡或者是無序。（3）系統(tǒng)中的每個(gè)要
素之間的關(guān)系。這些要素之間有著非線性的相互作用。（4）漲落
的觸發(fā)是系統(tǒng)的特點(diǎn)，這種觸發(fā)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行推動(dòng)，這樣突變
就會(huì)產(chǎn)生。因此，系統(tǒng)就會(huì)從無序的狀態(tài)走向有序的演化。
耗散結(jié)構(gòu)的形成和外界參數(shù)離不開，只有在外界參數(shù)的控制
下，該結(jié)構(gòu)才能形成。如果闕值大于外界控制參量時(shí)，那么曲線a
上的每一個(gè)點(diǎn)都處于一種平衡態(tài)，我們將其稱為熱力學(xué)分支。而
如果闕值小于外界控制參量時(shí)，那么a作為熱力學(xué)分支就會(huì)變得
比較不穩(wěn)定。此時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)比較容易受小擾動(dòng)的影響離開熱力
學(xué)分支跳躍到某一個(gè)穩(wěn)定分支上，也就會(huì)和某種有序狀態(tài)對(duì)應(yīng)，
這就是我們所說的耗散結(jié)構(gòu)分支。僅僅只有外界控制參數(shù)處于
臨界狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)中的小漲落才會(huì)被放大為巨漲落，而這和轉(zhuǎn)
換需要借助非線性關(guān)系，系統(tǒng)才會(huì)得到突變，變化為耗散結(jié)構(gòu)分
支，最早新的有序狀態(tài)才會(huì)形成。
二、化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)分析
1.化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)屬于耗散結(jié)構(gòu)
筆者在對(duì)耗散結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)化工安全經(jīng)濟(jì)
系統(tǒng)和耗散系統(tǒng)的要求是基本相符的。（1）化工安全系統(tǒng)是開放
的，因此可以實(shí)現(xiàn)和所處環(huán)境的因素進(jìn)行交換，比如：財(cái)力、物力
以及人力。（2）該系統(tǒng)也和平衡態(tài)遠(yuǎn)離，而無序是平衡態(tài)的主要特
點(diǎn)，也就是說熵值越大，混亂的程度也就最大。此時(shí)，如果要保持
正常的生產(chǎn)秩序，就需要加大安全投入，這樣才會(huì)打造出安全的
作業(yè)環(huán)境。（3）化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)和內(nèi)部要素二者屬于
非線性結(jié)構(gòu)，因此復(fù)雜的非線性關(guān)系存在于安全投入與安全產(chǎn)出
之間。在安全投入和安全產(chǎn)出方面，化工企業(yè)不同，部門不同，二
者也是不均等的。（4）外界環(huán)境的影響對(duì)化工安全系統(tǒng)具有很大
的干擾和影響，因此隨機(jī)漲落的狀況就會(huì)產(chǎn)生。如果漲落影響到
達(dá)一定的程度，那么突變就會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生，這樣系統(tǒng)的無序狀
態(tài)就會(huì)被打破，從而走向有序。通過上面的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)
化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是耗散結(jié)構(gòu)。
2.安全投入—產(chǎn)出分析
化工生產(chǎn)中危險(xiǎn)、爆炸和中毒等現(xiàn)象是經(jīng)常存在的。因此我
們要對(duì)作業(yè)條件進(jìn)行改善。而安全投入所帶來的效益往往具有
比較滯后，隨著時(shí)間的推移，安全投入的效果表現(xiàn)出的特點(diǎn)是：安
全流變—突變。如果要想讓安全效益最大化，那么單次安全投入
是無法實(shí)現(xiàn)的，而是需要依靠持續(xù)的后續(xù)投入。
結(jié)束語
筆者從耗散結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，對(duì)化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了分
析，得出的結(jié)論是持續(xù)的后續(xù)投入才能保證安全效益最大化。
參考文獻(xiàn)：
[1]林大建,周永安.蔡嗣經(jīng).工業(yè)園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)初探
[J].現(xiàn)代化工.2013(23).
[2]董憲偉,蔡嗣經(jīng),王春來,等.基于熵理論的礦井通風(fēng)耗散系
統(tǒng)分析.礦業(yè)研究與開發(fā).2013(33).
作者簡(jiǎn)介：葉芳，女，1983 年12 月，新疆中泰礦冶有限公
司，助理工程師
安全管理
532014 年2 月
基于耗散結(jié)構(gòu)理論的化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析
葉芳（新疆中泰礦冶有限公司新疆烏魯木齊830002)
摘要：作為一個(gè)開放系統(tǒng)，化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行
非常的重要。筆者從耗散結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，對(duì)化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)
行了分析和探討，希望對(duì)同行有借鑒的意義。
關(guān)鍵詞：耗散結(jié)構(gòu)；化工；安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
化工企業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，這和其復(fù)雜的工藝有著很大的
關(guān)系。此外，化工企業(yè)會(huì)使用大量的危險(xiǎn)化學(xué)品，因此近年來事
故頻發(fā)，給人身和經(jīng)濟(jì)安全造成了很大的威脅。這些爆炸事故也
造成了不良的國際影響。因此，化工企業(yè)要采取有力措施降低安
全事故發(fā)生的概率，這樣財(cái)產(chǎn)和人員的安全就會(huì)得到保證，可以
說安全工作已經(jīng)刻不容緩。控制和預(yù)防化工事故的方法有很多，
但是最根本的方法是從源頭上解決，也就是對(duì)化工企業(yè)的安全投
入—產(chǎn)出系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化。安全生產(chǎn)“五要素”建設(shè)中一個(gè)
核心的部分就是安全投入。只有安全投入到位，那么安全生產(chǎn)才
有可能得到保證和良好的基礎(chǔ)。在控制和預(yù)防安全事故時(shí)，我們
可以從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)安全—產(chǎn)出系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是一項(xiàng)非
常重要的措施。
化工安全—產(chǎn)出系統(tǒng)不但符合耗散結(jié)構(gòu)的要求，而且是一個(gè)
遠(yuǎn)離平衡、開發(fā)的系統(tǒng)。筆者在對(duì)這一系統(tǒng)中進(jìn)行分析時(shí)，使用
了耗散結(jié)果理論，希望這些分析和探討可以作為一種新的思路和
方法，這樣就可以對(duì)化工事故進(jìn)行預(yù)防和控制。
一、耗散結(jié)構(gòu)理論
我們研究熱力學(xué)定律就可以知道，自然中的任何一種物質(zhì)都
是具有能量的。能量是自然存在的，它既不會(huì)被消滅，也不會(huì)被
創(chuàng)造。無論是處于轉(zhuǎn)化還是傳遞中，能量的總量是不變的?？茖W(xué)
技術(shù)在不斷的發(fā)展，人類現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生的種種功能轉(zhuǎn)換過程都
和熱力學(xué)有著很大的關(guān)系，都是不可逆的過程。因此，熱力學(xué)第
二定律就產(chǎn)生了。該定律同時(shí)認(rèn)為當(dāng)能量處于不可逆的功能轉(zhuǎn)
換過程中時(shí)，局會(huì)處于不斷的退化趨勢(shì)中，而變化不能用來做功
的“不可用能”。有關(guān)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了命名，比如：克勞修斯就將
這種不可能命名為熵，也就是S。作為系統(tǒng)無序程度的量度，熵越
大，就越無序。而如果越小，就會(huì)越有序。針對(duì)開放系統(tǒng)，我們可
以對(duì)熵的變化進(jìn)行劃分，總共有2個(gè)部分。第一個(gè)部分我們稱其
為熵產(chǎn)生，也就是dis。第二個(gè)部分我們稱作熵流，一般用des來表
示。熵產(chǎn)生是由于系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆過程產(chǎn)生的，而熵流則是由
系統(tǒng)和外界環(huán)境之間的相互作用產(chǎn)生的。二者之間的關(guān)系是：
ds=d1s+des
對(duì)于des來說，其是沒有確定的符號(hào)的。而d1s是不可能出現(xiàn)
負(fù)值的?？梢院苊黠@的看到，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，會(huì)和外
界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，而且交換時(shí)源源不斷的。如果外界條
件的變化到達(dá)一定程度時(shí)，也就是一定的闕值時(shí)，原來的混亂狀
態(tài)就會(huì)被打破，即從一種混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有序狀態(tài)，無
論是在空間、功能，還是在時(shí)間上都是有序的。新的有序結(jié)構(gòu)會(huì)
在遠(yuǎn)離平衡單位情況下形成，我們可以將其稱為耗散結(jié)構(gòu)。
如果一個(gè)系統(tǒng)要處于耗散結(jié)構(gòu)，就需要符合4個(gè)條件，分別
是：（1）系統(tǒng)是開放的，而不是封閉的。當(dāng)系統(tǒng)開放時(shí)，那么就可
以和外界進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換而系統(tǒng)要從無序轉(zhuǎn)化為有序，需
要滿足的條件是：des< 0，且|des|≥dis。（2）系統(tǒng)是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的。
只有滿足這個(gè)條件，新的穩(wěn)定有序的結(jié)構(gòu)才能形成。這是因?yàn)闊o
論是處于近平衡態(tài)線性區(qū)，還是處于平衡態(tài)，系統(tǒng)的狀態(tài)都比較
穩(wěn)定，而且總的趨向是趨于平衡或者是無序。（3）系統(tǒng)中的每個(gè)要
素之間的關(guān)系。這些要素之間有著非線性的相互作用。（4）漲落
的觸發(fā)是系統(tǒng)的特點(diǎn)，這種觸發(fā)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行推動(dòng)，這樣突變
就會(huì)產(chǎn)生。因此，系統(tǒng)就會(huì)從無序的狀態(tài)走向有序的演化。
耗散結(jié)構(gòu)的形成和外界參數(shù)離不開，只有在外界參數(shù)的控制
下，該結(jié)構(gòu)才能形成。如果闕值大于外界控制參量時(shí)，那么曲線a
上的每一個(gè)點(diǎn)都處于一種平衡態(tài)，我們將其稱為熱力學(xué)分支。而
如果闕值小于外界控制參量時(shí)，那么a作為熱力學(xué)分支就會(huì)變得
比較不穩(wěn)定。此時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)比較容易受小擾動(dòng)的影響離開熱力
學(xué)分支跳躍到某一個(gè)穩(wěn)定分支上，也就會(huì)和某種有序狀態(tài)對(duì)應(yīng)，
這就是我們所說的耗散結(jié)構(gòu)分支。僅僅只有外界控制參數(shù)處于
臨界狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)中的小漲落才會(huì)被放大為巨漲落，而這和轉(zhuǎn)
換需要借助非線性關(guān)系，系統(tǒng)才會(huì)得到突變，變化為耗散結(jié)構(gòu)分
支，最早新的有序狀態(tài)才會(huì)形成。
二、化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)分析
1.化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)屬于耗散結(jié)構(gòu)
筆者在對(duì)耗散結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)化工安全經(jīng)濟(jì)
系統(tǒng)和耗散系統(tǒng)的要求是基本相符的。（1）化工安全系統(tǒng)是開放
的，因此可以實(shí)現(xiàn)和所處環(huán)境的因素進(jìn)行交換，比如：財(cái)力、物力
以及人力。（2）該系統(tǒng)也和平衡態(tài)遠(yuǎn)離，而無序是平衡態(tài)的主要特
點(diǎn)，也就是說熵值越大，混亂的程度也就最大。此時(shí)，如果要保持
正常的生產(chǎn)秩序，就需要加大安全投入，這樣才會(huì)打造出安全的
作業(yè)環(huán)境。（3）化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)和內(nèi)部要素二者屬于
非線性結(jié)構(gòu)，因此復(fù)雜的非線性關(guān)系存在于安全投入與安全產(chǎn)出
之間。在安全投入和安全產(chǎn)出方面，化工企業(yè)不同，部門不同，二
者也是不均等的。（4）外界環(huán)境的影響對(duì)化工安全系統(tǒng)具有很大
的干擾和影響，因此隨機(jī)漲落的狀況就會(huì)產(chǎn)生。如果漲落影響到
達(dá)一定的程度，那么突變就會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生，這樣系統(tǒng)的無序狀
態(tài)就會(huì)被打破，從而走向有序。通過上面的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)
化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是耗散結(jié)構(gòu)。
2.安全投入—產(chǎn)出分析
化工生產(chǎn)中危險(xiǎn)、爆炸和中毒等現(xiàn)象是經(jīng)常存在的。因此我
們要對(duì)作業(yè)條件進(jìn)行改善。而安全投入所帶來的效益往往具有
比較滯后，隨著時(shí)間的推移，安全投入的效果表現(xiàn)出的特點(diǎn)是：安
全流變—突變。如果要想讓安全效益最大化，那么單次安全投入
是無法實(shí)現(xiàn)的，而是需要依靠持續(xù)的后續(xù)投入。
結(jié)束語
筆者從耗散結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，對(duì)化工安全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了分
析，得出的結(jié)論是持續(xù)的后續(xù)投入才能保證安全效益最大化。
參考文獻(xiàn)：
[1]林大建,周永安.蔡嗣經(jīng).工業(yè)園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)初探
[J].現(xiàn)代化工.2013(23).
[2]董憲偉,蔡嗣經(jīng),王春來,等.基于熵理論的礦井通風(fēng)耗散系
統(tǒng)分析.礦業(yè)研究與開發(fā).2013(33).
作者簡(jiǎn)介：葉芳，女，1983 年12 月，新疆中泰礦冶有限公
司，助理工程師
安全管理
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