本文摘要:在本化工論文中,筆者根據(jù)自身的工作實際,探討了安全系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵性技術(shù)問題,并提出了基于HAZOP自動分析的安全控制與評價系統(tǒng),在提高生產(chǎn)的安全系數(shù)及連鎖保護(hù)生產(chǎn)過程方面具有重要的作用。 《 天津化工 》天津化工本刊是由天津市渤;ぜ瘓F(tuán)公司、
在本化工論文中,筆者根據(jù)自身的工作實際,探討了安全系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵性技術(shù)問題,并提出了基于HAZOP自動分析的安全控制與評價系統(tǒng),在提高生產(chǎn)的安全系數(shù)及連鎖保護(hù)生產(chǎn)過程方面具有重要的作用。 《天津化工》天津化工本刊是由天津市渤;ぜ瘓F(tuán)公司、天津市化工學(xué)會、天津化工科技信息研究所聯(lián)合主辦,經(jīng)國家科委批準(zhǔn)出版的綜合性化工科技刊物。主要報道國內(nèi)外化工行業(yè)的最新科技成果、科研動態(tài)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展情況。并專設(shè)廣告之頁,可供化工企事業(yè)單位的科研、生產(chǎn)、管理等技術(shù)人員及大專院校師生閱讀和參考。歡迎廣大讀者踴躍投稿、積極訂閱,歡迎各企業(yè)事單位惠刊并刊登廣告。榮獲1991年曾獲化工部優(yōu)秀刊物獎。
摘 要:化工生產(chǎn)過程中,由于大量使用的原料、半成品及產(chǎn)品具有易燃易爆、腐蝕或劇毒特性,且精細(xì)化工生產(chǎn)工藝復(fù)雜,對安全生產(chǎn)的要求比較高。在本文中,筆者在探討過程危險、HAZOP自動分析技術(shù)及安全控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,對安全仿真、控制等精細(xì)化工生產(chǎn)安全系統(tǒng)中的若干技術(shù)問題進(jìn)行了研究,并提出了安全仿真系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)方案。
關(guān)鍵詞:化工生產(chǎn);安全仿真;安全控制;工程技術(shù)
中圖分類號:TQ086 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
對于化工生產(chǎn)過程來說,首先要解決的便是安全問題。這主要是因為在精細(xì)化工生產(chǎn)過程中使用的原料、半成品及產(chǎn)品,大都具有腐蝕性、劇毒或易燃易爆的特性,一大發(fā)生安全事故,則會造成嚴(yán)重的后果,影響惡劣。因此,分析化工生產(chǎn)過程中安全系統(tǒng)中的安全性及安全運(yùn)行技術(shù),已經(jīng)成為安全工程的重要課題之一。
一、精細(xì)化工生產(chǎn)過程的自動HAZOP控制
近年來,安全分析的新手段之一為過程系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù),并逐步成為過程系統(tǒng)安全評價的關(guān)鍵性技術(shù)。在化工生產(chǎn)過程的安全仿真上,動態(tài)與穩(wěn)態(tài)仿真集成方法,在評價安全控制方案、運(yùn)行特性及平穩(wěn)開車方案等方面,具有重要的意義。在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異的形勢下,已經(jīng)可模擬三維立體空間泄漏擴(kuò)散、爆炸及火災(zāi)等演變的過程。
為了確保危險化工生產(chǎn)過程的安全生產(chǎn),國內(nèi)外均采用了冗余與容錯控制技術(shù)、故障安全控制系統(tǒng),可提高精細(xì)化工生產(chǎn)的安全度。而在安全控制上,基于邏輯關(guān)系的繼電器聯(lián)鎖保護(hù)及可編程控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用,在微處理器不斷發(fā)展的背景下,在化工生產(chǎn)領(lǐng)域逐步應(yīng)用了多種安全控制系統(tǒng),比如故障安全控制系統(tǒng)、燃燒器管理系統(tǒng)等。
(一)深層次HAZOP
在分析HAZOP時,首先需將操作規(guī)程或者工藝流程劃分成操作步驟或者分析節(jié)點,并從生產(chǎn)過程中的參數(shù)變動、控制中的偏差等角度進(jìn)行分析,經(jīng)過劃分與分析,可判斷并明確變動與誤差對系統(tǒng)的影響、后果,而且能夠確定發(fā)生變動或偏差的原因。
當(dāng)前,在精細(xì)化工生產(chǎn)過程中普遍采用的為HAZOP分析法,這是一種基于經(jīng)驗與歷史數(shù)據(jù)的分析方法,由于無需考慮深層過程機(jī)理,所以分析的深度有所欠缺。而SDG屬于一種節(jié)點間防線的連線,能表達(dá)復(fù)雜的因果關(guān)系,可包容大規(guī)模信息,用于輔助HAZOP分析的效果比較理想。而該分析的框架由關(guān)鍵變量及其之間的相互關(guān)系構(gòu)成,結(jié)合經(jīng)驗、歷史數(shù)據(jù)及相關(guān)機(jī)理,同時結(jié)合基于SDG的模型,反向推理出異常的原因。在生產(chǎn)過程中,應(yīng)用SDG分析方法進(jìn)行深層次HAZOP的分析。
(二)間歇性生產(chǎn)過程的HAZOP分析
在間歇性化工生產(chǎn)過程中,根據(jù)生產(chǎn)階段的不同,可采用連續(xù)過程HAZOP分析方法,由于分析的步驟比較多,且對于前后工序的HAZOP分析銜接非常不利。不過,因為不少的精細(xì)化工生產(chǎn)過程均屬于間歇性工藝生產(chǎn)過程,所以這些過程具有離散事件系統(tǒng)特征,需專門對混雜工藝的自動HAZOP進(jìn)行深入的分析。
(1)基于Petri網(wǎng)的間歇過程HAZOP分析
Petri網(wǎng)術(shù)一種DES描述工具,屬于結(jié)構(gòu)化的DES描述工具,對異步、同步及并行的邏輯關(guān)系,均可進(jìn)行準(zhǔn)確描述,并可表達(dá)離散事件系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動態(tài)變化。基于以上優(yōu)勢,該描述工具在離散制造工藝及間歇生產(chǎn)工藝過程建模中的應(yīng)用范圍比較廣。將SDG模型HAZOP分析法及 petri網(wǎng)DES建模結(jié)合結(jié)合起來,可生成三層知識表達(dá)模型,其中間歇生產(chǎn)工藝及離散裝配工藝采用上兩層,而在工藝操作階段采用TPN。應(yīng)用這三層知識表達(dá)模型,便能夠?qū)崿F(xiàn)對間歇化工生產(chǎn)工藝的HAZOP自動分析。
(2)基于動態(tài)SDG建模的間歇過程的HAZOP自動分析
一般的SDG建模無法對間歇過程進(jìn)行自動分析,由于間歇生產(chǎn)過程的每一個操作步驟均可能出現(xiàn)失誤,而且可能會對后續(xù)的生產(chǎn)造成影響,所以說每一個步驟均為對應(yīng)的SDG均不同。因此,SDG對間歇過程建模的關(guān)鍵問題就是如何通過SDG來描述各個步驟之間的連續(xù)。解決這個問題,首先是建立整體性的 SDG模型,在間歇過程中,將各個狀態(tài)下的變量均聯(lián)系起來用于建立SDG模型,而變量間的影響關(guān)系,主要是支路的設(shè)置條件。建立后,便可通過改變支路的使能條件獲得需要的,且相對獨立的SDG模型。二是建立狀態(tài)順序圖:將間歇生產(chǎn)過程劃分為數(shù)個連續(xù)過程,以及若干個抽象的步驟,根據(jù)步驟之間的聯(lián)系建立狀態(tài)順序圖,并在狀態(tài)圖的基礎(chǔ)上,構(gòu)建一個SDG上層,用以控制支路的使能條件。同時,用順序狀態(tài)圖描述間歇過程的狀態(tài)改變情況,以實現(xiàn)SDG的步驟化。三是建立狀態(tài)順序列表:將設(shè)備失效、SDG節(jié)點及閥門信息進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián),并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),將每個步驟列成表,然后便可在推理過程中,比較步驟的系統(tǒng)狀態(tài)是否與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相一致。比較會出現(xiàn)兩種情況,一種是與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相符,則可直接進(jìn)入下一步驟,一種是與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)存在差異,這時則可根據(jù)鏈表信息,將相應(yīng)的 SDG節(jié)點拉偏并觸發(fā)SDG推理。在分析過程中,主要是找出關(guān)鍵節(jié)點,并將關(guān)鍵節(jié)點與系統(tǒng)狀態(tài)的切換聯(lián)系起來,使系統(tǒng)的狀態(tài)由關(guān)鍵節(jié)點來決定。
三、精細(xì)化工生產(chǎn)過程安全仿真系統(tǒng)的建立
根據(jù)半實物仿真技術(shù)、動態(tài)模擬技術(shù)及單元設(shè)備仿真技術(shù),同時結(jié)合精細(xì)化工生產(chǎn)過程的安全仿真系統(tǒng),在實現(xiàn)化工工藝生產(chǎn)過程安全狀態(tài)動態(tài)模擬過程基礎(chǔ)上,可制定并分析和驗證安全操作與控制的方案;どa(chǎn)工藝安全仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
經(jīng)過分析基于SDG自動HAZOP分析、安全仿真及控制等技術(shù)措施,精細(xì)化工生產(chǎn)實踐證明,在提高生產(chǎn)工藝的安全性、降低危險程度及安全事故,以及降低環(huán)境污染、次生化學(xué)危害等方面均發(fā)揮著重要的作用。而安全系統(tǒng)所實現(xiàn)的目標(biāo)主要包括以下幾個方面:一是生產(chǎn)工藝過程的HAZOP自動分析及內(nèi)在安全設(shè)計,提高了改進(jìn)后的安全完整度SIL;二是研發(fā)的HAZOP自動分析軟件,在精細(xì)化工生產(chǎn)的各個階段,均可進(jìn)行HAZOP自動分析;三是基于 HAZOP自動分析的生產(chǎn)過程綜合仿真系統(tǒng),可準(zhǔn)確、全面模擬事故發(fā)生及極限狀態(tài),對于完善事故應(yīng)急預(yù)案具有重要的指導(dǎo)作用。
此外,生產(chǎn)工藝過程的安全控制系統(tǒng)可實現(xiàn)故障條件下的容錯控制,對生產(chǎn)過程進(jìn)行連鎖保護(hù),降低事故的危害程度,減少事故造成的損失。
結(jié)語
對于精細(xì)化工生產(chǎn)過程來說,實現(xiàn)安全生產(chǎn)具有重大的意義。為了實現(xiàn)精細(xì)化工生產(chǎn)過程的安全,必須做好提前的預(yù)防和控制工作。
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