石化企业异常工况预警与过程安全管理技术研究王秀香王春利.doc

石化企业异常工况预警与过程安全管理评估技术研究王秀香，王春利,施红勋，李传坤 （中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071）摘要：针对复杂多变的石化装置生产过程,提出了过程安全管控架构和技术路线，给出了基于异常工况识别预警的实时安全运行指导系统和过程安全管理评估系统,并在某炼化企业的延迟焦化、催化裂化、乙烯等装置开展了试点应用.结果表明，该系统可增强装置异常工况监测预警和处置能力,对保障装置安全稳定运行,提升装置风险智能化管控水平具有现实意义。关键词：异常工况； 实时监测； 过程安全管理； 周期评估; 管理评估石油化工过程具有工艺流程复杂、相互影响制约因素多、高温、高压、易燃、易爆等特点。生产过程中的异常工况如果发现和处置不及时、过程安全管理缺位会造成产品质量下降或生产周期延误，甚至会导致事故的发生1,2。有效实现生产过程风险的动态监测、分析、预警与管控，提高异常事件的处置能力和生产装置过程安全管理水平就显得尤为重要3,4.文中设计了实时安全运行指导和周期性过程安全管理评估系统。实时管控采用异常工况识别预警技术,针对装置工艺操作运行过程中的异常工况,分析实时给出异常工况原因、操作建议。周期性管控采用过程安全管理评估技术，针对装置生产过程，从过程安全管理包括的各级要素角度,建立评估指标体系和评估方法，实现装置周期性量化评估,指出过程安全管理的薄弱环节。最终实现实时运行指导和周期性评估指导相结合的动态循环管控，为装置安全平稳运行提供指导。1 过程安全管控架构技术路线实时与周期相结合的过程安全管控架构技术路线见图1.图1 过程安全管控架构技术路线主要以装置风险数据库和专家知识库为基础，利用MES实时报警事件和工况监测数据，结合异常工况智能分析与预警技术，实现对设备、单元、装置的安全运行状态监测与预警以及为其安全运行提供实时操作指导；利用MES日常记录事件和人工录入事件，结合风险注册数据库和根原因分析模型，查找事件根原因，并给出防控措施和实施计划；同时还可利用过程安全管理评估模型开展周期性评估，评估结果可为修订过程安全管理制度,指导操作管理改进提供依据。该管控架构实现了实时运行指导与周期性评估指导相结合的动态循环改进，能降低人员操作失误率，确保石化装置安全平稳运行。2 基于异常工况识别预警的实时安全运行指导系统2.1 系统设计思路以DCS控制系统实时数据为主的各类生产数据,分别引入到机理模型和数据驱动模型中，进行石化装置的在线监测，实现异常状态下的操作指导5，6。机理模型主要由解析模型、专家系统、故障树分析构成，针对反应器、再生器、分馏塔、容器等进行监测与诊断;数据驱动模型主要由灰度模型、聚类分析模型、超球模型等构成,针对仪表、工艺过程、设备进行状态监测。二者的监测结果，由专家知识进行评判，得到最终的装置异常工况监测预警结果见图2。图2 实时安全运行指导系统 2.2 系统功能要求安全运行指导系统功能架构见图3。图3 安全运行指导系统功能（1)组态建模组态建模主要利用FTA和SDG建模方法对关键工艺、设备和异常工况进行基于实时数据采集的组态建模，实现工艺、设备和异常工况的实时数据采集和计算分析。（2）实时监测工艺监测主要实现关键工艺参数的监测预警分析，实现工艺监测的实时预警展示。设备监测主要实现关键设备的监测预警，实现设备状态的实时故障预警展示.报警分析主要实现异常工况的实时监测预警，对发现的异常工况报警事件进行预警展示，并给出原因分析和操作建议.（3）知识管理知识管理主要利用已有的工艺、事故案例、应急预案、HAZOP分析结果等知识，建立专家知识经验库，为异常工况的原因分析和操作处置建议提供支持.3 基于过程安全管理的装置周期性评估系统3。1系统设计思路针对石化装置过程安全管理要求,综合分析CCPS过程安全管理体系、AQ/T 30342010化工企业工艺安全管理导则、API 754石油化工企业工艺安全绩效指标等规范标准的基础上,结合石化企业装置运行过程中对工艺、设备和管理的要求，综合考虑装置工艺、设备的复杂程度和固有危险性,提出了石化装置过程安全管理评估指标和评估模型见图4。图4 装置周期性评估系统 以该设计开发了石化装置过程安全管理评估软件系统，定期（每月）自动生成装置过程安全管理评估报告，实现企业生产装置过程安全管理绩效的量化评估和对比分析。通过趋势分析图表，分析装置过程安全管理绩效趋势，并将表现较差的指标标示出来，为企业改进装置过程安全管理提供参考。3.2系统功能要求装置过程安全管理评估系统功能架构见图5.图5 过程安全管理评估系统功能架构（1）评估指标配置评估指标维护主要实现过程安全管理评估指标的维护；指标数据提取配置主要是根据指标维护中当前有效指标,对该指标数据的提取规则进行配置。（2）评估计算方法配置计算方法配置主要是实现计算方法的配置；计算方法选择主要是实现计算方法的选择，确定当前评估计算的模型；权重系数计算主要是根据当前选择的计算方法，计算各指标的权重系数。（3）装置评估报告指标数据提取主要是根据指标数据提取配置服务,根据设定的指标数据提取区间，实现各指标数据的自动提取；评估报告生成主要是根据指标数据提取结果，结合当前选择的计算方法和权重系数,实现评估报告各类指标的自动计算，并生成装置当前时期内的过程安全管理评估报告；管理评估趋势分析主要是根据不同时期评估报告的评估结果,生成过程安全管理评估结果的趋势分析图表，同时针对变化率较大的重点指标进行对比分析，为管理改进提供支持。管理改进执行主要是工艺、设备、安全等相关管理人员，根据管理评估趋势分析图表，制定相关的管理改进策略，并发送相关工作任务给具体执行人员，实现管理改进与执行的闭环管理。4 企业应用基于实时与周期相结合的过程安全管控架构研发的安全运行指导系统与过程安全管理评估系统在中国石化某炼化企业的延迟焦化、催化裂化和乙烯装置开展了试点应用。系统自投用以来，通过现场测试，各项功能指标达到了预期目标。累计发现关键参数报警47次，异常工况报警9次，提供有效操作指导和管理改进建议35次,起到了事故预防预警和管理改进的作用。系统应用情况证明，实现了实时运行指导和周期性评估指导相结合的动态循环管控、实现了装置安全运行状态监测与预警以及过程安全管理改进实施，为装置安全平稳运行提供指导。安全运行指导系统的应用改变了传统的异常工况仅由操作人员人工判断分析的模式，变为计算机全程实时自动分析评判，提高了操作人员处理问题的准确性与及时性，避免由于对问题延误或是处理不当而引发对生产过程较大的扰动甚至非计划停工，使对装置的安全监控从事后被动干预型变为事中、事前主动预防型。过程安全管理评估系统每月自动从HSE管理系统、操作管理系统、设备管理系统中提取指标相关数据,自动评估计算装置过程安全管理绩效,实现了装置过程安全管理绩效的趋势分析、指标评估结果的多维度分析以及展示功能，直观反映过程安全管理的薄弱环节，为装置改进管理薄弱环节提供改进方向。5 结论该系统实现了关键工艺参数、关键设备和异常工况的实时监测分析,一旦出现报警，实时显示报警的原因,后果以及安全操作建议等，为安全操作提供在线分析和指导；周期性过程安全管理评估系统建立了安全意识与能力、风险识别、过程安全控制、事故事件与应急4个方面的评估指标，初步实现了装置过程安全管理绩效的量化评估，根据各指标评估等级和装置整体评估结果,为装置改进薄弱环节提供改进方向,有助于装置过程安全管理水平的提升。基金项目：国家高技术研究发展计划基金项目，编号：2013AA040701参考文献:1 M. Iri, K。 Aoki, E。 Oshima，et al. An Algorithm for Diagnosis of System Failures in The Chemical ProcessJ。Computer Chemical Engineering， 1979（3）:489493。2 Gring, M，Schecker, H. G。，et al.An integrated expert system to support hazard analysis in process plant designJ.Computers Chemical Engineering, 1993，17：429-434。3 Sanders, J. W.Process safety artificial intelligence systemC. In Proc. Of 8th Int。 Symp。 On LOSS prevention and Safety Promotion in the Process IndustriesJ.Antwerpen Netherlands， 1995，21：657666.4 潘明清，周晓军，吴瑞明，等。基于主元分析的支持向量数据描述机械故障诊断J。传感技术学报，2006，19（1）：128-131。 5 Pan mingqing，Zhou xiaojun;Wu Rui-ming. Research of Machine Fault Diagnosis Based on PAC and SVDDJ。Journal of Transduction Technology, 2006，19(1）：128131.6 Kim JH。 Process safety management in Korea. Proceedings “Coordinated Development of Occupational Safety Health with Society and Economy”J。APOSHO，2004，20:177-180收稿日期：201507-22作者简介：王秀香，女，高级工程师，1986年毕业于青岛化工学院化工工艺专业，现从事HSE管理技术及其信息化应用研究工作.Research on the Technology of Abnormal condition warning and Process safety management assessment for Petrochemical EnterpriseWANG Xiuxiang， WANG Chun-li, SHI Hongxun, LI Chuankun（China Petroleum & Chemical Corporation Qingdao Safety Engineering Institute； Qingdao Shandong China；266071)Abstract: For the complex and volatile petrochemical plant production process， in order to realize the dynamic monitoring, analysis， early warning and control of the risk of production process, and improve the handling capability of the abnormal event and process safety management level of the production device. This paper had proposed process safety management and control architecture and technology route of real-time and periodic combination。 It had proposed the real-time safety operation guidance system and the process safety management assessment system based on the abnormal condition identification and early warning technology. It is applied to the delayed coking， catalytic cracking， ethylene device of petrochemical enterprise. Application shows, the system can enhance the abnormal operating condition monitoring and early warning and disposal capability, It can quantify the weak link of the process safety management of the device， It helps to improve the process safety management and improve the level， It has practical significance for the safety and stability operation， and risk intelligent control level upgrade of device。Keys: Abnormal condition； Real-time monitoring; process safety management; periodic assessment； management assessment