一種石化過程半自動化HAZOP安全評價方法的研究_圖文

1、一種石化過程半自動化HAZOP安全評價方法的研究3張貝克李欣龍(北京化工大學化工安全教育部工程研究中心摘要危險與可操作性分析(HAZO P是一種廣泛應(yīng)用于石化流程工業(yè)的危險分析方法。但人工HA ZOP分析對分析人員要求較高,分析時易漏評、完備性差,且費時、費力、成本高。目前已有開發(fā)成功的基于SD G(符號有向圖的計算機自動HA ZO P軟件,但SD G方法難以得到后果的嚴重程度、發(fā)生概率和改進措施,無法替代專家的經(jīng)驗知識。針對這個問題,通過深入分析SD G -HA ZO P與人工HAZOP的機理特點,提出了一種結(jié)合兩者優(yōu)點的計算機輔助半自動化HAZO P方法,經(jīng)案例論證此方法兼具效率與完備性,

2、具有較高的工程應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞化工過程安全評價危險與可操作性分析符號有向圖(SD G計算機輔助HAZO PDOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.03.022在石油化工安全分析和評價中,危險和可操作性分析(HAZOP是目前石化行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)風險辨識方法之一1-2。但人工HA ZOP分析費時、費力、成本高。據(jù)美國最新統(tǒng)計,按美國國家安全與健康總署的規(guī)定,有25000個化工廠需要HAZOP安全分析,僅一輪評價費用就約需50億美元1。針對人工HAZOP存在的缺點,人們開始研究利用計算機自動進行HAZO P分析。計算機自動HAZOP軟件是指在HAZOP過程中尋找危險

3、的推理過程主要是由計算機自動完成。SD G(符號有向圖是目前自動完成HAZOP最有效的方法。美國普渡大學開發(fā)了基于G2平臺的HA ZO2 PExpert軟件系統(tǒng)2。北京化工大學開發(fā)了國內(nèi)第一款具有智能推理功能的SD G-HA ZOP分析軟件3-4。但SD G-HA ZOP難以得到后果的嚴重程度、發(fā)生概率和改進措施,無法完全替代專家的經(jīng)驗知識。在深入分析SD G-HA ZO P和人工HAZOP的基礎(chǔ)上,提出一種結(jié)合兩者優(yōu)點的計算機輔助半自動化HAZOP方法。此方法采用SD G-HAZOP的基本框架,兼有人工HAZOP的優(yōu)點,可應(yīng)用于全廠級全流程的HA ZOP分析。1人工HA ZO P分析HAZO

4、 P分析是一種用于辨識設(shè)計缺陷、工藝過程危害及操作性問題的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化分析方法,其分析的過程是由各專業(yè)人員組成的分析組按一定的原則將工藝過程劃分為合理的分析節(jié)點(工藝單元,然后再針對每一個分析節(jié)點,識別出那些具有潛在危險的偏差。分析組對每個有意義的偏差都進行分析,分析它們的可能原因、后果、已有安全保護等,同時提出應(yīng)該采取的措施和行動。這就是HA ZOP分析的核心內(nèi)容5。人工HAZOP分析是一種基于淺層知識模型的,依賴于具體裝置的方法6。人工HA ZO P流程如圖1所示。這種方式強烈依賴于專家小組的素質(zhì)。一個專家組長期在一起討論問題容易陷入慣性思維;人的大腦難以遍歷所有可能、不具有完備性、常常

5、遺漏一些事故;人工HAZOP分析費時費力,往往只能針對關(guān)鍵工段進行分析,限制了HA ZOP方法的應(yīng)262CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS20093基金項目:黑龍江省科技攻關(guān)計劃重點項目(G B06A106。用7。 但人工HAZOP 又有它難以替代的優(yōu)勢。人工HAZOP 可以對標準HAZOP 中所有的引導詞進行分析。專家可對不利后果提出安全防護措施并分析其可能性與優(yōu)先緩急來指導建議的實施8。 2SD G -HA ZO P 分析SD G 是一種基于深層知識、定性因果關(guān)系的表達方法,反映出當某變量狀態(tài)發(fā)生正或負變化時引起其它過程變量狀態(tài)變化的關(guān)系,

6、且SD G 模型易于構(gòu)造故障的定性傳播關(guān)系,能清晰、自然地表達變量之間的關(guān)系、易于事件的因果推理,是自動化推理分析的有效方法。SD G 模型由節(jié)點和支路組成,節(jié)點表示變量或事件,支路表示節(jié)點之間的相互作用關(guān)系9,10。利用SD G 模型進行HAZOP 分析,首先建立系統(tǒng)的SD G 模型,然后對關(guān)鍵節(jié)點進行拉偏,即假設(shè)節(jié)點狀態(tài)為“+”或“-”,第三利用SD G 圖進行推理(正向、反向得到不利后果和非正常原因。利用SD G 進行HAZO P 分析的流程如圖2所示。SD G -HA ZOP 中的節(jié)點是人工HA ZO P 中關(guān)鍵變量的超集,利用計算機自動推理可以對所有的節(jié)點進行拉偏,從而具有對更多偏差

7、進行分析的能力,提高了分析的完備性。人工分析只能考慮與偏離點相鄰的設(shè)備單元的非正常原因和不利后果,即使有經(jīng)驗的專家,也只能分析到與偏離點相近的幾個設(shè)備單元的非正常原因和不利后果。而基于SD G 的分析,尋找非正常原因可以追溯到工藝過程的起始設(shè)備單元,判明不利后果可以追溯到工藝過程的末段設(shè)備單元。此外SD G -HAZO P 利用計算機自動推理其速度是非常快的,據(jù)論證,對于10萬數(shù)量級的風險推理耗時在1秒之內(nèi),使得SD G 方法具有快速重復(fù)的能力11。但SD G -HA ZOP 的模型依賴性強,若模型的質(zhì)量不好,結(jié)果也自然不好。另外SD G -HA ZOP 只能得到偏差的非正常原因與不利后果,而

8、無法得到危險的安全防護和風險等級。經(jīng)過改進的基于風險的半定量SD G -HAZOP 方法又由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏及其有效性難以保證而使得推理得到的風險結(jié)論可信度差,難以實際應(yīng)用。此外,SD G 只能對節(jié)點的正狀態(tài)(MORE 或負狀態(tài)(L ESS 進行推理,而人工HAZOP 可對所有引導詞進行分析。3半自動化HA ZO P研究從上面的分析可以看出,人工HA ZOP與SD G -HAZOP都存在著本身難以克服的缺點,而它們的許多優(yōu)勢又是互補的。人工HAZO P最費時費力的偏差分析部分可以用SD G自動推理的方法來替代,而SD G方法難以分析后果的風險等級和安全防護措施等缺點可用人工HAZOP的方法來彌

9、補。HAZO P不但要得出潛在的危險還要給出可操作性建議,利用SD G方法完成前一半的工作,危險的風險等級、安全防護措施建議等后一半的工作采用人工方法進行。SD G方法通過計算機自動推理在很短的時間內(nèi)(幾秒就可對所有的偏差進行分析,且計算機具有記憶力好、表述明確的優(yōu)勢,彌補了人工方法的缺點,然后利用人工HAZOP的方法分析SD G-HA ZOP難以進行分析的非“正”、“負”偏差,并添加后果的風險等級與防護措施。SD G-HA ZOP和人工HA ZO P的分析流程是相似的,分析模塊之間有著對應(yīng)關(guān)系。這樣就可以將人工HAZOP的某些模塊與SD G-HA ZOP中的相對應(yīng)模塊互相替換,利用計算機自動

10、推理來完成大部分工作?？梢韵嗷ヌ鎿Q的模塊如表1所示。表1相對應(yīng)模塊列表人工HAZOP SD G-HAZOP劃分節(jié)點劃分子系統(tǒng)選擇節(jié)點選擇子系統(tǒng)提取關(guān)鍵變量提取節(jié)點選擇有意義的偏差(引導詞+關(guān)鍵變量拉偏節(jié)點專家對偏差進行分析自動推理在這些相對應(yīng)的模塊中,有的是完全等價的,可以直接替換,如:劃分節(jié)點和劃分子系統(tǒng)、選擇節(jié)點和選擇子系統(tǒng)。有些是可部分替換的,如:提取關(guān)鍵變量是提取節(jié)點的子集,需要進行補全或提取才能替換使用。它們的結(jié)合方式有兩種,以人工HAZOP方法為主線的分析方法和以SD G方法為主線的HAZO P方法。3.1以人工HAZO P為主線的分析方法以人工HAZOP為主線的方法,利用兩種方法

11、中相對應(yīng)的模塊進行信息共享。人工方法所選擇的關(guān)鍵變量可以直接添加到SD G節(jié)點中,減少SD G 建模的工作量。由于人工HAZO P中的關(guān)鍵變量是SD G-HA ZO P中節(jié)點的子集,所以還需要補全其它節(jié)點。此方法流程圖如圖3所示,虛線部分表示被替代的模塊、虛線雙箭頭表示等價模塊、實線表示實際分析流程 。在分析的過程中,利用SD G自動推理完成對偏差的原因辨識和后果分析,再利用人工的方法添加對不利后果的風險分析、安全防護措施等。此方法采用SD G自動推理來代替人工的偏差分析,將人工HA ZOP中最費時費力的偏差分析部分交由計算機自動完成。由于要進行SD G自動推理,所以需要建立SD G模型;此方

12、法復(fù)用了人工HAZO P中一些可用于SD G建模的信息,加快了建模速度,減少了建模難度。3.2以SD G-HAZO P為主線的分析方法此方法以SD G-HA ZOP的分析流程為主線,加入了人工HAZO P分析中的某些模塊。在分析462CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS2009過程中首先建立系統(tǒng)的SD G模型,然后對關(guān)鍵節(jié)點進行拉偏,關(guān)鍵節(jié)點對應(yīng)著人工HA ZOP中的關(guān)鍵變量,正拉偏對應(yīng)“MORE”引導詞,負拉偏對應(yīng)“L ESS”引導詞。接下來利用SD G推理引擎自動對偏差的原因后果進行分析,對于SD G無法進行自動推理的其它引導詞(除MORE/

13、L ESS采用人工的方法進行分析,由于其它引導詞與變量組合產(chǎn)生的有意義偏差通常較少,所以這種方式并不會增加太多的工作量。接下來通過人工的方式分析風險等級和安全防護措施。這樣直到所有子系統(tǒng)的所有偏差分析完畢,一次完整的HAZOP分析就完成了 此方法流程圖見圖4,虛線部分表示被替代的模塊、虛線雙箭頭表示等價模塊,實線表示分析路徑。以SD G-HA ZOP為主線的分析方法相對于以人工HAZOP為主線的方法存在著諸多優(yōu)點。首先此方法先建立了SD G模型,通過自動推理得到所有拉偏點的原因與后果,這個推理過程是連續(xù)的一次完成的。而以人工HA ZOP為主線的方法是對單個偏差進行SD G推理得到原因與后果再通

14、過人工的方法補全其它信息,如此循環(huán)直到所有偏差分析完畢,這個過程實質(zhì)上是人工方法與自動推理交替進行,效率大大下降。其次以SD G-HA ZOP為主線的方法具有SD G推理完備性高的特點。4案例應(yīng)用本案例應(yīng)用“以SD G-HAZO P為主線”的方法進行分析,并將結(jié)果與人工HA ZOP和SD G-HA ZOP的結(jié)果從完備性、時效性等方面進行了比較。某廠煤氣化工序?qū)⒃厦和ㄟ^部分氧化的方法轉(zhuǎn)化為合成氣,由2個日投固量2000t的氣化系列組成,有效氣體(CO+H2總產(chǎn)量為2.84×106 m3/h。該工序采用殼牌公司的SCGP加壓粉煤氣化技術(shù)12。首先建立系統(tǒng)的SD G模型,然后將所有關(guān)鍵節(jié)

15、點一一拉偏,進行正向推理得到不利后果,反向推理得到非正常原因。推理共得到148條分析結(jié)論。接著采用人工的方式選擇節(jié)點與其它引導詞(除MORE/L ESS的組合并做出分析,得到7條結(jié)論。這7條結(jié)論的偏差部分如表2所示。表2人工添加的偏差列表偏差節(jié)點(變量引導詞氣化爐10EV1301維護氣化爐10EV1301維護(SAFEGUARD高壓儲藏煤粉逆流高壓儲藏逆流(REV ERSE高壓儲藏助流氮氣斷流或堵塞高壓儲藏無(NON E無入爐氧氣入爐氧氣量無(NON E壓縮機喘震壓縮機出口激冷氣流量逆流(REV ERSE無煤粉進料煤粉進料量無(NON E開工燒嘴無法點燃開工燒嘴燃燒情況無(NON E這些偏差的

16、引導詞為維護、逆流、無,是SD G-HA ZOP無法進行推理的,也是本方法相對于SD G 方法的優(yōu)勢所在。最后利用人工方法對所有結(jié)論逐一添加安全防護措施和風險信息。表3是對三種方法做出的比較。從結(jié)論數(shù)量上看“半自動化HAZO P”最多,證明其完備性最高。由于“半自動化HAZOP”中加入(下轉(zhuǎn)第268頁可以使原水的COD值及色度等在很大程度上降低,達到較好的處理效果。(2鉆井廢水混凝過程的影響因素有:混凝劑的類型、加量、p H值以及高分子絮凝劑的加量。(3本試驗中,混凝預(yù)處理能使COD值由原水的69748mg/L降為4547mg/L,去除率達93.48%;色度由混凝前的4500倍降低到100倍,

17、處理效果較明顯。(4本試驗中,混凝預(yù)處理絮凝劑聚鋁約為7.5元/m3,高分子絮凝劑約為0.25元/m3,再加上p H 值調(diào)節(jié)所用試劑,總成本約為8元/m3,對鉆井廢水處理來說,預(yù)處理成本較低。(5因經(jīng)混凝預(yù)處理后的COD值還是比較高,不符合廢水排放標準,應(yīng)進一步進行氧化處理,甚至用吸附等深度處理,使出水達標排放。(6混凝過程會產(chǎn)生大量的污泥,建議采用機械脫水之后,和廢泥漿一起進行固化處理6。參考文獻1閆毓霞.鉆井廢水達標處理技術(shù)研究.石油與天然氣化工,2007 (5:429-4312鄒享高等.鉆井廢水中主要污染物的研究J.油氣田保護,1993,3 (2:10-143奚旦立等.環(huán)境監(jiān)測.高等教育

18、出版社,19954王兵,馮英.水污染控制工程實驗.西南石油大學.化學化工學院,2004,25周芳,等.鉆井廢水酸化-中和-混凝處理的試驗研究.石油與天然氣化工,2004(1:67-706李桂菊,王峰,徐娜,章川波.污泥固化技術(shù)的進展.三廢治理. 2005(10:38-40收稿日期:2008-11-10;收修改稿:2008-11-25;編輯:馮學軍(上接第265頁了人工操作,所以花費時間比SD G-HAZOP多2天,但相對于“人工HA ZOP”則大大縮短了工期。此外“半自動化HA ZO P”也具有安全防護和風險信息分析能力。此案例證明了本文所提出的方法結(jié)合了傳統(tǒng)人工HAZOP與SD G-HAZO

19、 P的優(yōu)點,具有實際應(yīng)用的能力。表3三種HAZOP方法對比人工HAZOP SD G-HAZOP半自動化HAZOP結(jié)論數(shù)量96個148個155個花費時間23日5日7日安全防護建議有無有風險信息有無有5結(jié)論本文提出的計算機輔助半自動化HA ZOP方法將SD G-HAZOP與人工HAZOP相結(jié)合,兼具兩者的優(yōu)點。經(jīng)案例論證說明此方法具有速度快、效率高、完備性高、可進行風險等級及安全防護分析等優(yōu)點。在提高化工安全水平、減少重大事故發(fā)生、防止環(huán)境污染、保障人員生命健康等方面具有重要意義。參考文獻1Venkat Venkatasubramanian,Jinsong Zhao,Shankar Viswana

20、t han.Intelligent Systems for HAZOP Analysis of Com2 plex Process Plant sJ.Computers and Chemical Engineering, 2000,24:2291-23022TrevorA Kletz.Hazop-past and futureJ.Reliability Engineer2 ing and System Safety,1997,55:263-2663張貝克,夏濤,吳重光.集成化SD G建模、推理與信息處理軟件平臺J.系統(tǒng)仿真學報,2003:104吳重光,夏濤,張貝克.基于符號定向圖(SD G深層

21、知識模型的定性仿真J.系統(tǒng)仿真學報,2003,15(10:16-185Vaidhyanat han&Venkat Venkatasubramanian A semi-quantita2 tive reasoning met hodology for filtering and ranking HAZOP re2 sult s in HAZOPExpertJ.Reliability Engineering and System Safety,1996,53:185-2036Venkat Venkatasubramanian,Jinsong Zhao,Shankar Viswanat ha

22、n Intelligent systems for HAZOP analysis of com2 plexprocess plant sJ.Computers and Chemical Engineering, 2000,24:2291-23027李映年,袁樹海.淺析HAZOP分析在氣田地面工程建設(shè)中的應(yīng)用J.石油與天然氣化工,2008,S1:146-1538鄭賢斌.井控作業(yè)HAZOP技術(shù)及其模擬分析J.石油與天然氣化工,2007,04:347-3529吳重光,夏濤,張貝克.基于符號定向圖(SD G深層知識模型的定性仿真J.系統(tǒng)仿真學報,2003,15(10:16-1810李安峰,夏濤,張貝克

23、,等.化工過程SD G建模方法J.系統(tǒng)仿真學報,2003,15(10:1364-1368.Li An-feng,Xia Tao, Zhang Bei-ke,etc.SD G Modeling Approach forChemical Engi2 neering ProcessJ.Journal of Systerm Simulation,2003,15(10:1364-136811張貝克,夏濤,吳重光.SD G標準測試圖及推理引擎論證J.系統(tǒng)仿真學報,2003:1012汪壽建.殼牌煤氣化關(guān)鍵設(shè)備淺析J.化工設(shè)計通訊,2003,29(3:1-3作者簡介張貝克:男,1976生,浙江人。博士,副教授

24、,主要從事研究系統(tǒng)仿真、安全評價工作。收稿日期:2008-07-22;編輯:馮學軍862CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS20096 C H EM I CA L EN GI N E ER I N G O F O IL & GA S J un. 2009 ,V ol . 38 , N o. 3 Measurement of the Oil Content in Oily Waste water Using Fluorescence Spectrophotometry Xu Shiro ng1 ,2 ,Duan Ming1 , Zhang

25、J ian3 , et al ( 1. College of Chemical Engineering , Normal U ni2 versit y of West of China , Nancho ng 637003 , Si2 chuan ,China ; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitatio n , So ut h2 west Pet roleum U niversit y , Chengdu 610500 , Si2 chuan ,China ; 3. Research Ce

26、nter CNOOC , Beijing 100027 . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p258 261 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E Abstract : The linear relatio nship bet ween t he different co mpo nent s of crude oil and it s fluo res2 cence intensit y has been in

27、vestigated p reliminarily in t his paper . The result s show t hat t he correlatio n bet ween t he oil co ntent and it s fluorescence inten2 sit y is poo r as bot h t he st rengt h of t he fluorescence quench and t he oil co ncent ratio n are high ,t hen it is difficult in quantitative analysis usin

28、g standard curve met hod . But , t he correlatio n is good in t he low co ncent ratio n range of 0100mg/ L ( r > 0. 99 ,n = 8 . The range of t he goo d correlatio n depends o n t he co mpo nent s of t he sat urated f ragrance of t he oil . The liner relatio nship of t he Nanhai standard oil C co

29、ntaining high sat urated f ragrance , is still good in t he co ncent ratio n range of 0 160mg/ L ( r = 0. 9916 , n = 11 . The determinatio n of t he oil co ntent in oily wastewater using fluorescence spec2 t rop hoto met ry is accurate ( wit h t he relative stand2 ard deviatio n 3. 6 % , n = 5 , fas

30、t and co nvenient co mpared wit h visible spect rop hoto met ry. Keywords : fluorescence , fluorescence spect ro2 p hoto met ry , standard curve , oily wastewater , oil co ntent Abstract : HA ZO P is a widely used indust rial chemical p rocess in risk analysis. However , t he manual HA ZO P analysis

31、 is time co nsuming , st ren2 uo us and co stly. At p resent , a kind of co mp uter aided auto matic HA ZO P met hod based o n sign di2 rected grap h ( SD G has been developed successf ul2 ly. However , t he SD G - HA ZO P can get t he t risk - level , incidence and imp rovement measures got f ro m

32、t he expert s. For t his p ro blem , t he mech2 anism of SD G - HA ZO P and artificial HA ZO P is analyzed in dept h , and a co mp uter - aided semi Study of a Semi - automatic Chemical Process HAZOP Safety Evaluation Method Zhang Beike , Li Xinlo ng (Beijing U niver sit y of Chemical Technology , R

33、esearch Center of t he Minist ry of Educatio n for Chemical Safet y Engi2 neering , Beijing 100029 , China . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p262 265 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publ

34、ishing House. All rights reserved. Primary Disposal Study of Drill ing Waste w ater in Tarim Oil Field Du Guoyo ng1 , Mo u J ingfang1 , He Na2 ( 1. So ut hwest Pet roleum U niver sit y , Chengdu 610500 ; 2. Research Instit ute of Nat ural Gas Tech2 nology , So ut hwest Oil and Gasfield Co mpany of P

35、et ro China . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p266 268 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E Abstract : Coagulatio n sedimentatio n was co n2 firmed t he p rimary dispo sal met hod of drilling wa2 ter in Tarim oil field. The met ho d was resul

36、ted f ro m t he analysis of t he characteristics , so urce and p resent t reat ment co nditio n of t he drilling wastewater. Meanwhile , t he p ractical circum2 stance of t he drilling wastewater in Tarim was co n2 sidered , and t he water qualit y characteristics was determined by a lot of test s.

37、U sing coagulatio n sedimentatio n met hod , t he removal rate of COD in t he drilling wastewater can get 93. 48 %. It has a certain referential applicatio n value in t he drilling wastewater t reat ment of Tarim oil field. Keywords : drilling wastewater , wastewater t reat ment , coagulatio n sedimentatio n Preparation and Perf ormance of the ZY - 1 Multi2 f unctional Se wage Disposal Agent Guo Hui1 , Ou Tianxio ng1 , Zhao J iajun2 , et al ( 1. Oil Productio n Engineering Technology In