化工系统工程与化工过程安全_陈丙珍

,
,
及 时而 准确地 识别 故 障
发 生 的原 因 施
,
预测 在 如果 不 采 取任何行 动 的情况 下
,
,
所能 产 生 的后 果
,
并 给 出 排除 故障 的 建议措
。
帮助 操作 人 员 快 速 而 准 确 地排 除 非正 常 工况
(2)
避 免 重大 事故 的 发生
在 化工 企 业所 在 区 域 的宏 观 尺 度上
0 亿 美元
事实 上
,
对 已 经发 生 的石 化领 域 的 灾 难调 查 研究 表 明
,
如果
对 过 程的在 线监 测 和 预 警 分析 技 术进 行 改 进
油 化 工 过 程 的异 常 工 况管 理 (
A SM
其中 2 5 一5 0
l s a
% 的 事故 是 可 以 避 免 的
e
。
因此
,
复杂石
n 一A b
:
指 出当前 化 工过 程 安 全领 域 在技 术 上 急需解 决 两 个 问 题
。
本 质安 全过 程设 计 以 及 事 故 在 线
。
早 期诊 断
文 中着 重讨 论 了 如何 应 用化 工 系 统 工 程 的理论 和 方 法 解决 上 述 问题
,
考虑 到 影 响化工
生 产 的 不 确 定 性 因 素很 多
19 3 一 1 9 4
石 油 化工 神 经 元 网 络 的 方 法 研究
3
已 完成 的 工 业 项 目
(
炼 油 厂在 线 操作优化 的神经元 网络 智 能 系统
中 国 一 丹 麦科 技合作 项 目 )
19 3 一
9 9 1 5
基 于 神经 网 络 的 油 品质量 在 线 监测 系统 一 石 家 庄炼油 厂
。
很 难 区 分不 同严 重 程 度 的 故 障
另外
,
该 系统不 能对 故 障将 来 的 发 展趋 势和 后 果 进 行预 测
研 究 成果 嵌人 到它 的最新 的 资产 管理 系 统
E
x
19 9
年
,
Ho n
l w e y
公 司将 他们 多 年 的
。
A sM
e p
r i
n o
PK S
中 并 在全 球石 化 企业 开 始 实施
,
断技 术仅适 用于 装 置 某 一操 作状 态
程 的 操作 状态 是 经 常 变化 的 影 响 了预 警 系统 的 适 用 性
,
,
但是
,
由于 定 期设 备 维 护
、
不 定期 的 生 产 方案 变化
、
石化过
,
而 这些 操作 状 态 变 化 过程
;
( 例 如开
停 车 ) 往 往 是 事故 多 发 环 节
。
)
;
) 5
问题 分 析
目前 国 内 外异 常 工 况早期 预 替 系 统应 用 状 况 不够 理 想 的 重要 原 因
,
一 是缺 乏 数 据 校 正 功 能
,
,
从 而 严重 影 响预 警 系 统 的 可 靠 性
;
二 是 在 多种操 作状 态 下 故 障诊 断的 鲁棒性 较 差
,
通 常 的故 障 诊
2
1一 2 0 3 )
“
流 程 工业 数据 校 正 技术
”
。
国 家 基金 及 基 拙 性 研 究 项 目
具 有 自学 习 自组 织 功 能 的化 工智 能 系统 的 理论 及 方法 研 究
2 9 1 3 6 14 2 )
1 9 9 2 1 一 19 9 5 1 2
. .
(
国家 自然 科学 基 金 重点 项 目
不容 易被 用 户接 受
。Fra Baidu bibliotek
三是 缺 乏 对 控 制 系统 故 障诊 断 和 过程 故 障诊 断 的
综 合考 虑
,
影 响 预警 系 统 的 准 确性
目前 已 有 的 危 化 品 泄漏 重 大事故 仿 真模 拟技 术 均 限于 二 维模 拟
,
所 提供 的 信 息量 还不 能 为制
定 应急 予 案 提供 必要 的 支撑 是 本课题 的重要 任务
化工 系 统 工 程 与 化 工 过程 安 全
陈丙 珍
清华 大 学 化学 工 程系
现 代 化工 生 产 规 模 超 大
、
能 量 密集
、
产 物众 多
。
,
具有 高 温
、
高压
、
低温
、
低压
、
有毒
、
和易
燃 易爆 的特 点
础上
,
,
历来 是 工 业 安全 生 产 的重 中 之重
本 文 在 论述 和 分 析我 国化 工 过 程安 全现 状 的 基
。
数 据校 正 功 能 且 在 多工 况 下 的故 障 诊断 的 可 靠 性 仍不 能令 人 满意 故 尚未得 到 用 户 的广 泛 接受
在 过程 数 据 校 正 方 面
,
国际 上 有关 研 究 已 开 展 了 多年
,
取 得 了 丰 富的研 究成 果
,
,
已经产生了
gm
许 多 数 据 校 正软 件
国
A
、
D RS
上 述 数 据 校正 软 件 大多 用 于 稳 态 过 程 数据 校 正
s
对 动态 过 程
比 如开
停 车过 程不 大适 用
。
本 项 目拟 在 具有 自主 知识 产 权 的 D R 工 业 区 多 流 程 的动 态
、
软件 的基 础 上
,
进 一 步研 究 和 开发 基 于 过程 拓 扑 结 构 的石 化
。
这 种偏 离 不仅 影 响 产 品 质 量
。
,
有时 还 会 导 致 非 计 划 停 车
、
影 响 生 产 计划
,
严重的 可 以
美 国仅 石 化
,
导 致 灾难性 的后 果
据 统计
2
,
异 常工 况 给企 业造 成 的 产 值 损 失约 为 产 能 的 3 % 一 8 %
。
,
行 业平 均 每年 因 此 损失
包括 传 感器 在 内 的 控 制 系 统 故 障诊 断研 究 已 相 对 成 熟
,
具 体 的诊
断 方 法包 括 神 经 网 络
、
模糊 推 理
、
专 家 系统 和
c
A
等
。
最近
,
有关 商用 软 件 也 被 逐 渐开 发 出来
P Co l n
r t
o
,
P
美国
O Sl s O
F 公 司 推 出 了 基 于 实时 数据 库 的 控制 器 性 能 监测 软 件 r
建立 重 要设 备或 装 置 的 健 康 诊 断 及维 护 系统
。
消 除会 导致 异 常工 况管
。
出 现 异 常 生 产 状况 的 因 素 等 方 面 的 联合 攻 关
19
5 年 9
,
H
,
n o
e
l 公 司开 发 了 A I w e y E G
e
s
理专 家 系 统
,
但是
,
该 系统 是定性 分析
,
缺少 定 量信 息
。
稳 态 过程 协 同混 合数 据 校 正技 术
课 题 申请单 位及 主要 参与单 位 研 究基础
1
国 家攻 关 任 务
国家
“
九五
:
”
( 1 9% 一 2 侧 X〕)
;
重 点科 技 攻关 项 目
“
大 型 骨 干石 化生产 系 统 控制 及 计 算机 应
用技 术
”
课题
数 据 校正 和 协 调
国 家高技 术研 究 发 展计 划 一 8 6 3 计划 ( 2 0
。
S ms 比较典 型 有美 国 i c i 公 司的 D
Adv i
s
c a t
,
n o
美国
O SIs o ft
一
S 公司 的 i
F a
in
e
,
美
t e e c p s
。
n
h
公司 的
r o
,
浙 江 大学 先进 控 制研 究 所 开 发 的
ApC D a t
,
r 和 清 华 大学 开 发 的 a P o
“
国 内洛
阳 科 杰 仪 表 自控工 程 有 限 公 司 针 对 D C S 集 散 计 算 机控 制 系 统 研 发 了
催化 裂 化 反再 故 障先 兆诊
,
断 专家 系 统
”
。
20 3
年 华 南理 工 大 学化 工学 院 开 发 了 一个 基 于 规则 的 故 障 诊 断专 家 系统
。
可 以给
出 故障原 因 和 排 除故 障 的 提示
。
,
故研 发危 化 品泄 漏 重大 事故 全 时 空 三维 仿 真 的 数学 模 型 及模 拟技术
二
现 有 工 作 基 础 与优 势
、
国 内外 现有 技术
知识产权 和技 术标准现 状及 预 期分 析
石 油 化 工过 程 的异 常 工况 是指 过程 内部或外 部 的 扰动 或 一 系列 的 扰动 导 致 的 对 正 常操 作 状 态 的偏 离
,
爆物料
,
不难 想 象
。
这 些 装 置 一旦 发 生 事 故
后 果 很 难局 限在 厂 区 范 围 之 内
,
极易 演变成 危 害 长
远 的生态 灾 难
本课 题 拟研 究石 化 工业 区 事 故 预测
、
预 警关 键技 术
,
,
利 用该 技 术可 从实 际 生 产 的动态 信 号 中
,
提 取 可 能发 生 的 化工 事 故 的 信息 及 故 障定 位 的信 息 预测 故 障所 能 带来 的后 果 及 其严 重 程 度
,
n 洲o
io t
r :
美国
;
G e
s y m 公 司 开 发 了智 能 对 象 n
l ps i e
可 以进 行包 括 传感 器
、
控 制 器在 内的 多种 设备 故 障诊 断
。
华 东理
工 大学 自动 化 系 利用 c E
,
开发 了 一套
D c
s
控 制 系统 离 线故 障诊 断工 具
,
但 是上 述 系 统 均 没 有
具有 柔 性 的 化 工 过程 设计 将 突 破 当前 基 于 固 定工 况 的过程 设计 的 限
。
制
,
赋 予 过 程 在 本 质上 具 有 维持其 稳 定运 行 及减 少 事故 发生 的 特 征
、 、
通 过实 例 展示 了 本质 安全过
、
程设 计及 事 故在 线早 期 诊 断 对 于 促 进化 工 生 产 的 安全 稳 定 长周 期 满负 荷运 行具 有重 大 意义
出排 除所 定 位 的 故 障 的建议 措施
。
给
同时 针对 危化 品 泄漏 重大 事故 研 发全 时空 三 维仿 真系统
。
,
为石
化 工 业 区 事 故应 急 和 救 援 策 略 提供 技术 支 撑
一
1
、
课 题 的 目标 与 任 务
项 目确定 的课题 目标与任务 需 求分析
( l )
石 化工 业 区 事 故 预 测 预警 系统 旨在 故 障刚 刚 出现苗 头 的时 候
为进 一 步 优化应 急预 案
提供技 术 平 台 和 依 据
2
、
。
课题 目标 与 任务 解 决的 主要 技 术难点 和 问题 分 析
主要 技术 难 点
( l
(
:
各 种 动态
、
连续 监 测 技 术
)
;
2
动 态过 程数 据校 正 技术
生 产 事 故早期 诊 断技术
)
3 )
;
(
(4 (
;
灾 害事 故智 能诊 断技术 危 化品泄 漏 重 大事 故全 时空 三 维仿 真模 拟技 术
,
,
针 对 可 能 的危 化 品 泄 漏重 大事 故
、
,
研究 和 开发 全
预 测 事 故 随时 空
时空 三维 仿真 系统
该 系统 能 够根 据 化 工装 置 以 及 复杂 地理
,
气候 的实 际 情 况
,
,
的 发展 趋 势 和 影 响 范 围
模 拟 多部 门和 人 员 在该 事 故状 态下 的行 为模 式
~
)
t o a n Ma n a g t i u i
e m
t ) 已 经 成 为 世 界范 围 内 的 一 n
个研 究重 点
19 A SM
。
4 年 由美 国 霍 尼 韦 尔 9
,
( Ho n
e
l we y
、
公 司 牵头
,
在 美 国 国 家标 准局 的 支 持下
“ ”
,
共 同成 立 了
、
论 坛 主 要 从 事 异 常 工 况 预报
,
、
。
我 国 现 有 规模 化工 企 业两 万多 家
。
其 中的 大企业 多靠 近 大 河
、
大湖
产 品 和 能源 运输 )
,
而 我 国 经 济 的 飞 速 发展 导 致对 各类 基 本化学 品 的需 求
不 断增 长
企业 的装置规 模 不 断扩 大
,
其 中相 当一 部分 是在 高 温 高 压条 件 下 处 理大 流 量 的 易燃 易
;
子 波 分析 及 复 杂动 态 过程 模 拟 的 建模 与故 障诊 断 ( 国 家 自然 科 学基 金项 目 2% 8 0 9 9 7 6 2 4 )1
一 1999 :
化 工 过程 系统 智 能化 的 研 究
( 国 家 自然 科 学 基 金 中加合 作项 目 2 9 9 o r 7 6 18 6 3 ) 199 一 20 2 ( 石 化 总 公 司 基 础 性 研究 项 目 )
。
石 化 工 业 区 事 故 预 测 预 警 及 危 化 品 泄 漏 重 大 事 故 应 急关键 技 术研 究
以石 油 炼制 和 加 工 为 代 表 的 现 代化 工 生 产 具 有 规 模超 大
、
能量 密 集 速度快 产 物多 的 特点
,
、
、
,
历 来 是安 全 生 产 的 重 中之 重 或 大海
( 以 利 于原 料
加 氢 裂化 反 应 器 故 障诊 断 系统 一 齐鲁 石化 公 司 一 19 加氢 裂化 反 应 器 动态 模 拟 系统 一 齐鲁 石化 公 司 一 1 9
( 石 化总 公 司 项 目 ) 1 9 5 一 1 9 7
5 一 19 9 7
5一 1 9
7 9
常减 压装 置 数 据校 正 系 统 一 兰 州 石 化 公 司 一 1 9
沧州 炼 油 厂 气 体 分馏 装 置质 量 智 能 模 型 一 2 0 东方 化工 厂 乙 烯 裂解 炉 数 据校 正 一 2 0