石化行業(yè)非穩(wěn)態(tài)操作過程危險(xiǎn)與可操作性分析研究.pdf

1、在石油化工生產(chǎn)過程中，除了連續(xù)穩(wěn)定的操作模式，還存在非穩(wěn)態(tài)操作模式，如間歇過程、開車過程和停車過程。由于涉及大量的人工操作及工藝狀態(tài)的階段性動(dòng)態(tài)變化，相對于連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)操作更易于出現(xiàn)異常工況甚至事故。
　　HAZOP(Hazard and Operability)分析方法是推薦使用的過程危險(xiǎn)分析方法。HAZOP分析方法廣泛用于辨識潛在的危險(xiǎn)與可操作性問題。利用HAZOP分析方法，能夠系統(tǒng)地辨識出每一個(gè)有意義的過程偏離，然后對每一個(gè)

2、偏離辨識出可能的原因和可能導(dǎo)致的不利后果。
　　傳統(tǒng)的HAZOP分析由各領(lǐng)域?qū)＜胰斯び懻撏瓿桑M(fèi)時(shí)、費(fèi)力。相對于連續(xù)生產(chǎn)過程HAZOP人工分析——只需要對工藝單元的變量過高和過低的原因和后果進(jìn)行辨識，非穩(wěn)態(tài)操作過程HAZOP人工分析工作量和難度更大。這主要體現(xiàn)在:(1)非穩(wěn)態(tài)操作過程是一個(gè)階段性動(dòng)態(tài)變化過程，某一操作偏差的不利影響可能到后續(xù)操作才能顯現(xiàn)出來，在分析過程中專家需要記住之前出現(xiàn)的操作偏差;(2)當(dāng)涉及多個(gè)操作偏差時(shí)，專

3、家需要分析次序出現(xiàn)的誤操作的綜合的影響。
　　為了減少人工分析的負(fù)擔(dān)，一些針對非穩(wěn)態(tài)操作過程的自動(dòng)化HAZOP分析方法已經(jīng)被提出，但仍存在如下的一些不足之處。
　　在建模方面，(1)缺少對某一操作過程中變量動(dòng)態(tài)變化和變量間動(dòng)態(tài)影響的描述;(2)缺少對控制回路的建模方法研究。
　　在自動(dòng)HAZOP分析方面，(1)可使用的與操作相關(guān)的引導(dǎo)詞較少;(2)缺少對誤操作模式進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究;(3)對誤操作自動(dòng)產(chǎn)生算法的研究很少

4、;(4)一些方法在變量過高或過低時(shí)輸出的不利后果內(nèi)容是預(yù)先在建模過程中手工添加的，增加了建模的工作量，且添加的內(nèi)容完全依賴于建模人員對裝置的理解程度;(5)缺少針對操作失誤自動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)辨識的研究。
　　在自動(dòng)分析與人工分析結(jié)合方面，(1)缺少對自動(dòng)HAZOP分析結(jié)果進(jìn)行審核的關(guān)注;(2)缺少系統(tǒng)地對誤操作發(fā)生原因進(jìn)行辨識的方法。
　　為了解決這些不足之處:
　　本文首先提出了一個(gè)基于模糊邏輯的針對非穩(wěn)態(tài)操作過程的定性建模和

5、仿真方法。該方法用Petri網(wǎng)-模糊有向圖模型表達(dá)工藝原理。為了解決建模方面的第(1)、(2)個(gè)不足之處，模糊有向圖模型考慮了變量之間在動(dòng)態(tài)變化過程中的影響和連續(xù)自動(dòng)控制作用。為解決自動(dòng)HAZOP分析方面第(1)個(gè)不足之處，使用形式化方法表達(dá)操作步驟，以方便根據(jù)引導(dǎo)詞產(chǎn)生誤操作。然后根據(jù)定性仿真算法對包含誤操作的操作過程進(jìn)行定性仿真。
　　在非穩(wěn)態(tài)操作過程定性建模和仿真的基礎(chǔ)上，提出非穩(wěn)態(tài)操作過程自動(dòng)HAZOP分析方法。在自動(dòng)HA

6、ZOP分析方面，為解決第(2)個(gè)不足之處，在文中對誤操作模式的類型及誤操作模式與偏導(dǎo)詞之間的關(guān)系進(jìn)行了研究;為解決第(3)個(gè)不足之處，設(shè)計(jì)了針對單一誤操作模式和不同種類誤操作模式的操作步驟集合產(chǎn)生算法;為解決第(4)個(gè)不足之處，當(dāng)對包含誤操作集合中的每一個(gè)操作步驟定性模擬其對生產(chǎn)的影響且發(fā)現(xiàn)變量變化強(qiáng)度或變量值過高、過低時(shí)，或發(fā)現(xiàn)泄漏事件時(shí)，利用“過程變量過高/過低危險(xiǎn)模式”和“物質(zhì)危險(xiǎn)圖”自動(dòng)分析輸出可能的危險(xiǎn);為解決第(5)個(gè)不足之

7、處，利用公式評判某一包含誤操作的操作步驟的出現(xiàn)可能性等級、利用失效設(shè)備中物料的與安全相關(guān)的物性和量評判后果嚴(yán)重程度等級、利用預(yù)定義的風(fēng)險(xiǎn)矩陣判斷該操作過程的風(fēng)險(xiǎn)。
　　然后，本文提出了一個(gè)針對非穩(wěn)態(tài)操作過程的自動(dòng)HAZOP分析和人工HAZOP分析結(jié)合的方法。在自動(dòng)分析與人工分析結(jié)合方面，為解決第(1)個(gè)不足之處，提出一個(gè)對自動(dòng)HAZOP分析結(jié)果進(jìn)行人工審核的方法;為解決第(2)個(gè)不足之處，總結(jié)了影響操作人員操作效果的各個(gè)層次的因素

8、及對應(yīng)的原因和措施，提出了一個(gè)系統(tǒng)地辨識誤操作原因和提出建議措施的步驟。
　　本文通篇使用一個(gè)間歇生產(chǎn)過程案例解釋提出的方法。最后利用一個(gè)脫丁烷塔案例完整地驗(yàn)證了提出的方法。通過這兩個(gè)案例，驗(yàn)證了提出的方法能夠很好的解決現(xiàn)有非穩(wěn)態(tài)操作過程自動(dòng)HAZOP分析方法存在的不足之處。
　　最后，本文提出的方法集成了自動(dòng)分析與人工分析的優(yōu)勢，能夠快速地得到較為完備的分析結(jié)果，并根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和工廠實(shí)際情況對分析結(jié)果進(jìn)行審核、辨識誤操作原