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基于耗散結構理論的化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)分析

文檔作者：葉芳文檔來源：新疆中泰礦冶有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月01日
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2014 年2 月
基于耗散結構理論的化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)分析
葉芳（新疆中泰礦冶有限公司新疆烏魯木齊830002)
摘要：作為一個開放系統(tǒng)，化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的安全運行
非常的重要。筆者從耗散結構理論出發(fā)，對化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)進
行了分析和探討，希望對同行有借鑒的意義。
關鍵詞：耗散結構；化工；安全經(jīng)濟系統(tǒng)
化工企業(yè)具有一定的危險性，這和其復雜的工藝有著很大的
關系。此外，化工企業(yè)會使用大量的危險化學品，因此近年來事
故頻發(fā)，給人身和經(jīng)濟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，這樣財產(chǎn)和人員的安全就會得到保證，可以
說安全工作已經(jīng)刻不容緩?？刂坪皖A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，也就是對化工企業(yè)的安全投
入—產(chǎn)出系統(tǒng)進行全面的優(yōu)化。安全生產(chǎn)“五要素”建設中一個
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。在控制和預防安全事故時，我們
可以從經(jīng)濟學的角度出發(fā)，對安全—產(chǎn)出系統(tǒng)進行優(yōu)化是一項非
常重要的措施。
化工安全—產(chǎn)出系統(tǒng)不但符合耗散結構的要求，而且是一個
遠離平衡、開發(fā)的系統(tǒng)。筆者在對這一系統(tǒng)中進行分析時，使用
了耗散結果理論，希望這些分析和探討可以作為一種新的思路和
方法，這樣就可以對化工事故進行預防和控制。
一、耗散結構理論
我們研究熱力學定律就可以知道，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，它既不會被消滅，也不會被
創(chuàng)造。無論是處于轉化還是傳遞中，能量的總量是不變的?？茖W
技術在不斷的發(fā)展，人類現(xiàn)實生活中發(fā)生的種種功能轉換過程都
和熱力學有著很大的關系，都是不可逆的過程。因此，熱力學第
二定律就產(chǎn)生了。該定律同時認為當能量處于不可逆的功能轉
換過程中時，局會處于不斷的退化趨勢中，而變化不能用來做功
的“不可用能”。有關學者對其進行了命名，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，就會越有序。針對開放系統(tǒng)，我們可
以對熵的變化進行劃分，總共有2個部分。第一個部分我們稱其
為熵產(chǎn)生，也就是dis。第二個部分我們稱作熵流，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。二者之間的關系是：
ds=d1s+des
對于des來說，其是沒有確定的符號的。而d1s是不可能出現(xiàn)
負值的?？梢院苊黠@的看到，一個遠離平衡的開放系統(tǒng)，會和外
界進行物質(zhì)和能量的交換，而且交換時源源不斷的。如果外界條
件的變化到達一定程度時，也就是一定的闕值時，原來的混亂狀
態(tài)就會被打破，即從一種混沌無序狀態(tài)轉變?yōu)橐环N有序狀態(tài)，無
論是在空間、功能，還是在時間上都是有序的。新的有序結構會
在遠離平衡單位情況下形成，我們可以將其稱為耗散結構。
如果一個系統(tǒng)要處于耗散結構，就需要符合4個條件，分別
是：（1）系統(tǒng)是開放的，而不是封閉的。當系統(tǒng)開放時，那么就可
以和外界進行物質(zhì)和能量的交換而系統(tǒng)要從無序轉化為有序，需
要滿足的條件是：des< 0，且|des|.dis。（2）系統(tǒng)是遠離平衡態(tài)的。
只有滿足這個條件，新的穩(wěn)定有序的結構才能形成。這是因為無
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)中的每個要
素之間的關系。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，這種觸發(fā)可以對系統(tǒng)進行推動，這樣突變
就會產(chǎn)生。因此，系統(tǒng)就會從無序的狀態(tài)走向有序的演化。
耗散結構的形成和外界參數(shù)離不開，只有在外界參數(shù)的控制
下，該結構才能形成。如果闕值大于外界控制參量時，那么曲線a
上的每一個點都處于一種平衡態(tài)，我們將其稱為熱力學分支。而
如果闕值小于外界控制參量時，那么a作為熱力學分支就會變得
比較不穩(wěn)定。此時，系統(tǒng)就會比較容易受小擾動的影響離開熱力
學分支跳躍到某一個穩(wěn)定分支上，也就會和某種有序狀態(tài)對應，
這就是我們所說的耗散結構分支。僅僅只有外界控制參數(shù)處于
臨界狀態(tài)，這時系統(tǒng)中的小漲落才會被放大為巨漲落，而這和轉
換需要借助非線性關系，系統(tǒng)才會得到突變，變化為耗散結構分
支，最早新的有序狀態(tài)才會形成。
二、化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的耗散結構分析
1.化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)屬于耗散結構
筆者在對耗散結構的特性進行分析之后，發(fā)現(xiàn)化工安全經(jīng)濟
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，因此可以實現(xiàn)和所處環(huán)境的因素進行交換，比如：財力、物力
以及人力。（2）該系統(tǒng)也和平衡態(tài)遠離，而無序是平衡態(tài)的主要特
點，也就是說熵值越大，混亂的程度也就最大。此時，如果要保持
正常的生產(chǎn)秩序，就需要加大安全投入，這樣才會打造出安全的
作業(yè)環(huán)境。（3）化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的子系統(tǒng)和內(nèi)部要素二者屬于
非線性結構，因此復雜的非線性關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)境的影響對化工安全系統(tǒng)具有很大
的干擾和影響，因此隨機漲落的狀況就會產(chǎn)生。如果漲落影響到
達一定的程度，那么突變就會在系統(tǒng)中產(chǎn)生，這樣系統(tǒng)的無序狀
態(tài)就會被打破，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)濟系統(tǒng)是耗散結構。
2.安全投入—產(chǎn)出分析
化工生產(chǎn)中危險、爆炸和中毒等現(xiàn)象是經(jīng)常存在的。因此我
們要對作業(yè)條件進行改善。而安全投入所帶來的效益往往具有
比較滯后，隨著時間的推移，安全投入的效果表現(xiàn)出的特點是：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
是無法實現(xiàn)的，而是需要依靠持續(xù)的后續(xù)投入。
結束語
筆者從耗散結構理論出發(fā)，對化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)進行了分
析，得出的結論是持續(xù)的后續(xù)投入才能保證安全效益最大化。
參考文獻：
[1]林大建,周永安.蔡嗣經(jīng).工業(yè)園區(qū)建設項目安全評價初探
[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耗散系
統(tǒng)分析.礦業(yè)研究與開發(fā).2013(33).
作者簡介：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
基于耗散結構理論的化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)分析
葉芳（新疆中泰礦冶有限公司新疆烏魯木齊830002)
摘要：作為一個開放系統(tǒng)，化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的安全運行
非常的重要。筆者從耗散結構理論出發(fā)，對化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)進
行了分析和探討，希望對同行有借鑒的意義。
關鍵詞：耗散結構；化工；安全經(jīng)濟系統(tǒng)
化工企業(yè)具有一定的危險性，這和其復雜的工藝有著很大的
關系。此外，化工企業(yè)會使用大量的危險化學品，因此近年來事
故頻發(fā)，給人身和經(jīng)濟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，這樣財產(chǎn)和人員的安全就會得到保證，可以
說安全工作已經(jīng)刻不容緩?？刂坪皖A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，也就是對化工企業(yè)的安全投
入—產(chǎn)出系統(tǒng)進行全面的優(yōu)化。安全生產(chǎn)“五要素”建設中一個
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。在控制和預防安全事故時，我們
可以從經(jīng)濟學的角度出發(fā)，對安全—產(chǎn)出系統(tǒng)進行優(yōu)化是一項非
常重要的措施。
化工安全—產(chǎn)出系統(tǒng)不但符合耗散結構的要求，而且是一個
遠離平衡、開發(fā)的系統(tǒng)。筆者在對這一系統(tǒng)中進行分析時，使用
了耗散結果理論，希望這些分析和探討可以作為一種新的思路和
方法，這樣就可以對化工事故進行預防和控制。
一、耗散結構理論
我們研究熱力學定律就可以知道，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，它既不會被消滅，也不會被
創(chuàng)造。無論是處于轉化還是傳遞中，能量的總量是不變的。科學
技術在不斷的發(fā)展，人類現(xiàn)實生活中發(fā)生的種種功能轉換過程都
和熱力學有著很大的關系，都是不可逆的過程。因此，熱力學第
二定律就產(chǎn)生了。該定律同時認為當能量處于不可逆的功能轉
換過程中時，局會處于不斷的退化趨勢中，而變化不能用來做功
的“不可用能”。有關學者對其進行了命名，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，就會越有序。針對開放系統(tǒng)，我們可
以對熵的變化進行劃分，總共有2個部分。第一個部分我們稱其
為熵產(chǎn)生，也就是dis。第二個部分我們稱作熵流，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。二者之間的關系是：
ds=d1s+des
對于des來說，其是沒有確定的符號的。而d1s是不可能出現(xiàn)
負值的?？梢院苊黠@的看到，一個遠離平衡的開放系統(tǒng)，會和外
界進行物質(zhì)和能量的交換，而且交換時源源不斷的。如果外界條
件的變化到達一定程度時，也就是一定的闕值時，原來的混亂狀
態(tài)就會被打破，即從一種混沌無序狀態(tài)轉變?yōu)橐环N有序狀態(tài)，無
論是在空間、功能，還是在時間上都是有序的。新的有序結構會
在遠離平衡單位情況下形成，我們可以將其稱為耗散結構。
如果一個系統(tǒng)要處于耗散結構，就需要符合4個條件，分別
是：（1）系統(tǒng)是開放的，而不是封閉的。當系統(tǒng)開放時，那么就可
以和外界進行物質(zhì)和能量的交換而系統(tǒng)要從無序轉化為有序，需
要滿足的條件是：des< 0，且|des|≥dis。（2）系統(tǒng)是遠離平衡態(tài)的。
只有滿足這個條件，新的穩(wěn)定有序的結構才能形成。這是因為無
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)中的每個要
素之間的關系。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，這種觸發(fā)可以對系統(tǒng)進行推動，這樣突變
就會產(chǎn)生。因此，系統(tǒng)就會從無序的狀態(tài)走向有序的演化。
耗散結構的形成和外界參數(shù)離不開，只有在外界參數(shù)的控制
下，該結構才能形成。如果闕值大于外界控制參量時，那么曲線a
上的每一個點都處于一種平衡態(tài)，我們將其稱為熱力學分支。而
如果闕值小于外界控制參量時，那么a作為熱力學分支就會變得
比較不穩(wěn)定。此時，系統(tǒng)就會比較容易受小擾動的影響離開熱力
學分支跳躍到某一個穩(wěn)定分支上，也就會和某種有序狀態(tài)對應，
這就是我們所說的耗散結構分支。僅僅只有外界控制參數(shù)處于
臨界狀態(tài)，這時系統(tǒng)中的小漲落才會被放大為巨漲落，而這和轉
換需要借助非線性關系，系統(tǒng)才會得到突變，變化為耗散結構分
支，最早新的有序狀態(tài)才會形成。
二、化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的耗散結構分析
1.化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)屬于耗散結構
筆者在對耗散結構的特性進行分析之后，發(fā)現(xiàn)化工安全經(jīng)濟
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，因此可以實現(xiàn)和所處環(huán)境的因素進行交換，比如：財力、物力
以及人力。（2）該系統(tǒng)也和平衡態(tài)遠離，而無序是平衡態(tài)的主要特
點，也就是說熵值越大，混亂的程度也就最大。此時，如果要保持
正常的生產(chǎn)秩序，就需要加大安全投入，這樣才會打造出安全的
作業(yè)環(huán)境。（3）化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)的子系統(tǒng)和內(nèi)部要素二者屬于
非線性結構，因此復雜的非線性關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)境的影響對化工安全系統(tǒng)具有很大
的干擾和影響，因此隨機漲落的狀況就會產(chǎn)生。如果漲落影響到
達一定的程度，那么突變就會在系統(tǒng)中產(chǎn)生，這樣系統(tǒng)的無序狀
態(tài)就會被打破，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)濟系統(tǒng)是耗散結構。
2.安全投入—產(chǎn)出分析
化工生產(chǎn)中危險、爆炸和中毒等現(xiàn)象是經(jīng)常存在的。因此我
們要對作業(yè)條件進行改善。而安全投入所帶來的效益往往具有
比較滯后，隨著時間的推移，安全投入的效果表現(xiàn)出的特點是：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
是無法實現(xiàn)的，而是需要依靠持續(xù)的后續(xù)投入。
結束語
筆者從耗散結構理論出發(fā)，對化工安全經(jīng)濟系統(tǒng)進行了分
析，得出的結論是持續(xù)的后續(xù)投入才能保證安全效益最大化。
參考文獻：
[1]林大建,周永安.蔡嗣經(jīng).工業(yè)園區(qū)建設項目安全評價初探
[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耗散系
統(tǒng)分析.礦業(yè)研究與開發(fā).2013(33).
作者簡介：葉芳，女，1983 年12 月，新疆中泰礦冶有限公
司，助理工程師
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