CN106056302A - 基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法，包括：(1)建立指定石化企业工业现场的实体单元的拓扑模型；(2)建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型以及事故风险信息集合模型；(3)建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型、事故风险信息集合模型之间的相互映射关系；(4)对危险源信息集合模型和事故风险信息集合模型之间的映射关系进行风险评价，形成风险评价信息集合模型；(5)将各信息集合模型匹配关联至实体单元的拓扑模型，形成工业现场安全信息模型。本发明通过工业现场安全模型实现安全信息与实体单元的自动关联，保证工业现场安全信息一致并提高安全管控的信息化水平。
Description
技术领域
本发明涉及石化工业领域，尤其涉及一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法。
背景技术
石化企业的信息集成管理及安全管控是智能制造在流程工业中示范应用的关键技术，同时石化企业工业现场具有生产规模庞大、工艺操作复杂、危险性高、环境因素难以监测等特点，因而对石化企业的安全信息进行统一管理及集成则成为提高生产安全管控水平及效率的重要研究命题。
根据国际电工委员会发布的IEC61508标准，工业过程中的风险被明确定义为发生危害事件的可能性以及事件后果的严重性。基于此，危险源及风险信息成为工业现场安全信息的主要组成部分。然而危险源所具有的事故风险类型及风险等级会随着工艺操作条件、生产环境的变化而改变。同时，石化企业的安全管控仍面临着信息监测不完整、无统一的信息管理标准及体系等问题，因此企业目前无法对危险源及风险评价信息的动态变化进行及时更新和管控。
结合我国工业生产的特点和火灾、***、毒物泄露等重大事故的发生情况，国内广泛应用GB-18218-2000《重大危险源辨识》标准，其规定了辨识重大危险源的依据和方法。程宇和等于《化工企业危险源风险管理信息***的研究》中将风险管理理念引入危险源管理中，通过对危险源进行风险等级评价计算，集中关注重大事故的危害后果严重性计算，将危险源-风险信息模型化并编制信息管理软件。杨琼等于《基于GIS的重大危险源信息管理***构建》中提出将地理信息***与危险源监测、信息管理相结合，将危险源与实体单元进行映射关联。郭向坤等于《基于GIS的煤矿重大危险源信息管理***研究与开发》中强调人、机、环境中蕴藏的危险源信息，提出利用GIS技术对安全信息进行时间、空间上的同步监控。基于上述的安全信息管控思想，安全信息主要来源于危险源辨识与风险等级评价，同时信息需要根据更完善的体系进行相互关联，特别是与工业现场及安全管控行为进行关联匹配。
公开号为CN103366057A的中国专利文献公开了一种石油化工码头储罐区液态化学品重大危险源动态分级的方法，该方法包括危险源伤害指标计算、分级指标标准化计算、重大危险源分级、基于聚类分析方法进行等级调整四个步骤，该方法可对应石化企业现有安全管控手段设定保护等级。虽然该方法能够将危险源与风险等级相关联并动态分级匹配，但仅局限于危化品管理，并未对石化企业危险源进行全面分析。
公开号为CN104199854A的中国专利文献公开了一种石化装置风险注册方法，该方法通过建立石化装置风险注册数据库***，设计操作时间并与MES***的操作事件信息相互关联。该方法明确将MES层时间信息与风险识别、评估及分析相结合，但所覆盖的危险源粒度较粗且不能针对工业现场的非装置单元进行风险注册及评估。
因此，建立具有通用性的工厂现场安全模型及管理标准以及明确安全信息的管控方法是石化企业安全管控面临的重要挑战，同样也是石化企业信息化与自动化融合的必经之路，目前优先需攻克危险源及风险信息的管理难题。
发明内容
本发明提供了一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法，将危险源与风险信息进行匹配关联，通过工业现场安全模型实现安全信息与实体单元的自动关联，保证工业现场安全信息一致并提高安全管控的信息化水平。
一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法，包括：
(1)根据指定石化企业工业现场的生产流程、人员及设施信息建立实体单元的拓扑模型；
(2)根据石化企业工业现场的实体单元信息、危险源信息及事故风险信息分别建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型以及事故风险信息集合模型；
(3)建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型、事故风险信息集合模型之间的相互映射关系；
(4)对危险源信息集合模型和事故风险信息集合模型之间的映射关系进行风险评价，形成风险评价信息集合模型；
(5)将实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型、事故风险信息集合模型、风险评价信息集合模型匹配关联至实体单元的拓扑模型，形成工业现场安全信息模型。
本发明基于石化企业工业现场的生产流程、人员及设施信息、危险源及事故风险信息，构建工业现场安全模型，并将工业现场危险源及事故风险信息与之相关联，构建实体单元、危险源以及事故风险之间的匹配映射关系，使得工业现场实现安全信息同步，并全面掌握工业现场危险源分布情况及其风险等级，从而提升企业进行安全信息管理的效率并改善安全管控操作的组织方式。
工业现场实体单元的拓扑模型按照石化企业工业现场的全部设备单元、人员、消防及报警灯服务设施及其间的拓扑结构建立，该层中全部的实体单元均具备唯一的地理位置信息，与地理信息紧密贴合。
作为优选，所述的实体单元的拓扑模型包括固定节点、活动节点、端口、连接以及各自的静态属性。
所述的固定节点为生产流程中的生产设备及工业现场的固定服务设施；
此处设备指工业现场实际存在的具有地理位置信息的生产设备及装置单元；此处固定服务设施特指工业现场为保证生产流程稳定、安全运行所设置的定点服务设施。
所述的活动节点为工业现场的人员及非固定服务设施；
此处人员指生产区域内的活动人员，包括现场操作人员、安防人员以及外来人员等；此处非固定服务设施包括储运车辆等服务于生产活动的可移动设施。
所述的端口为固定节点中生产设备的输入端和输出端，即各个设备之间的连接端口；
所述的连接为各固定节点间的物理连接关系及各固定节点与活动节点间的动态关联关系；
此处物理连接表现为对相应端口进行连接，对应工业现场的物料传输管道；固定节点与活动节点间的动态关联关系，对应指不同场景下的活动节点与固定节点的服务与被服务，或操作与***作的关系。
本发明的工业现场安全信息模型基于工业现场安全信息的基本元素建立，工业现场安全信息包括：实体单元信息、危险源信息、事故风险信息、风险评价信息。
作为优选，所述的实体单元信息集合模型为：
UNIT＝[UNIT_ID，UNIT_Location，UNIT_Condition，UNIT_SafetyState]
其中，UNIT_ID表示实体单元序号，用于唯一标识工业现场全部实体单元；UNIT_Location表示实体单元地理位置信息，用于定位工业现场实体单元；UNIT_Condition表示实体单元中固定节点的工况，包括在用、停工、检修、报废等状态，对于活动节点，该项信息为空；UNIT_SafetyState表示实体单元的安全状态，用于反映实体单元自身的安全情况，包括正常、预警、报警三项状态。
作为优选，所述的危险源信息集合模型为：
DANGER_SOURCE＝[DS_ID，DS_TYPE，DS_Content，DS_Measurement]
其中，DS_ID表示危险源序号，用于唯一标识工业现场经辨识的危险源信息；DS_TYPE表示危险源类型，根据危险源的表现形式及载体可分为活动危险源、设施危险源及服务危险源三类；DS_Content表示危险源具体内容，指各类危险源所包含的具体危险源信息；DS_Measurement表示危险源可被监测及监控的技术手段，包括监控设备、手持设备等。
活动危险源指以活动节点为载体的危险源；设施危险源指以生产设备为载体的危险源；服务危险源指以服务设施为载体的危险源。
作为优选，所述的事故风险信息集合模型为：
RISK＝[RISK_ID，RISK_TYPE，RISK_SUB_TYPE]
其中，RISK_ID表示事故风险序号，用于唯一标识事故风险信息；RISK_TYPE表示事故风险所属主要风险类型；RISK_SUB_TYPE表示事故风险所属的子事故风险类型，根据事故风险的表现形式可细分为31类子事故风险。
石化企业安全事故风险类型包括5类主要事故风险类型：人员伤亡事故风险、职业危害事故风险、设备安全事故风险、环境污染事故风险以及质量安全事故风险。人员伤亡事故风险细分为物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、淹溺、灼烫、火灾、高处坠落、中毒窒息、***；职业危害事故风险细分为肺部危害、化学中毒、物理冻伤、窒息、职业性肿瘤；设备安全事故风险细分为容器***、泄漏、抽瘪、闪燃、闪爆、设备损坏；环境污染事故风险细分为大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染；质量事故风险细分为原料质量不合格、中间产品质量不合格、生产工艺指标不合格、最终产品质量不合格。
作为优选，所述的风险评价信息集合模型为：
RISK_EVA＝[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Possibility_EVA，Consequence_EVA]
其中，Possibility_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下触发特定安全事故的可能性评估结果；Consequence_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下，若触发特定类型安全事故，将导致的事故后果严重性。
风险评价信息包括各危险源单元与子事故风险的映射关系及风险评估信息；危险源单元为工业现场拓扑模型中具有安全事故风险的节点，即与危险源相关联的节点。
在进行危险源单元与子安全事故风险映射时，其风险评估信息与危险源单元所关联的危险源与子事故风险之间的风险等级一致，则可表现为危险源单元直接与子事故风险相关联。
根据上述信息模型，通过ID进行关联映射，即可得到完成的工业现场安全信息模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过工业现场安全信息模型的建立解决了生产信息与安全信息脱节的问题，通过建立映射关系，使得石化企业安全信息的管理可应对工业现场的生产流程、人员或服务设施的变化，有效匹配实体单元及危险源、风险信息，面向工业现场构建安全信息集合模型，明确了企业进行信息管理时的技术手段，对石化企业安全管控的信息化转变提供了保障，有效提高了信息管理效率和管控水平。
附图说明
图1为工业现场安全信息模型的建模方法流程图；
图2为实施例工业现场实体单元的拓扑结构图；
图3为实施例工业现场安全信息模型中节点与危险源的关联匹配图；
图4为实施例工业现场安全信息模型中节点与事故风险类型的关联匹配图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
如图1所示，本发明的一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法包含以下几个步骤：
(1)根据指定石化企业工业现场的生产流程、人员及设施信息建立实体单元的拓扑模型；
工业现场实体单元的拓扑模型包括固定节点、活动节点、端口、连接以及这四者各自的属性数据。
固定节点对应工业现场的生产设备和固定服务设施；此处的生产设备为工业现场全部设备及装置单元，此处固定服务设施特指工业现场为保证生产流程稳定、安全运行所设置的定点服务设施。
如图2所示，工业现场实际存在4个原油储罐，9处消防设施，则在工业现场层将映射为13个固定节点；根据设施增减、维护更新情况，节点数量和位置也将发生调整。
活动节点对应工业现场人员及非固定服务设施；此处人员指生产区域内的活动人员，包括现场操作人员、安防人员以及外来人员等；此处非固定服务设施包括储运车辆等服务于生产活动的可移动设施。
例如工业现场有3个班组，各班组有3个外操人员，则生产区域内的活动人员至少为9人，其他进入生产区域的人员将动态补充进活动节点；同理，若工业现场有8辆储运车辆，则也需工业现场层考虑上述活动节点。
端口为固定节点中生产设备的输入端和输出端；即各个设备之间的连接端口。
例如工业现场4个原油储罐与各自相邻的油泵连接，则储罐的输出端及油泵的输入端则构成4个端口。
连接为通过端口建立的节点间的连接关系以及固定节点与活动节点间动态构建关联关系。
上述基本元素的属性信息均来源于实际工业现场的设计参数及其他数据信息。
如图2所示，根据石化企业工业现场实际单元的地理位置信息、生产流程、人员及服务设施信息构建节点、连接、端口以及相应的拓扑结构图，该图与GIS(地理信息***)相关联，可支持实现安全信息与地理信息的联动同步。
(2)根据石化企业内实体单元信息、危险源信息及事故风险信息分别建立相应集合模型；
安全信息集合模型基于安全信息的基本元素建立；工业现场安全信息包括4类元素：实体单元信息、危险源信息、风险类别信息、风险评价信息。其中前3类元素的信息集合模型可基于工业现场的基本信息建立。
其中实体单元信息已以拓扑结构形式建立模型，同样易于建立集合模型。
实体单元信息集合模型为：
UNIT＝[UNIT_ID，UNIT_Location，UNIT_Condition，UNIT_SafetyState]
其中，UNIT_ID表示实体单元序号，用于唯一标识工业现场全部实体单元；UNIT_Location表示实体单元地理位置信息，用于定位工业现场实体单元；UNIT_Condition表示实体单元中固定节点的工况，包括在用、停工、检修、报废等状态，对于活动节点，该项信息为空；UNIT_SafetyState表示实体单元的安全状态，用于反映实体单元自身的安全情况，包括正常、预警、报警三项状态。
危险源信息根据其表现形式及载体类型包括活动危险源、设施危险源及服务危险源三类，具体危险源内容可根据工业现场的危险源辨识结果录入数据库，并进行维护更新。
活动危险源指以活动节点为载体的危险源；设施危险源指以生产设备为载体的危险源；服务危险源指以服务设施为载体的危险源。
危险源信息集合模型为：
DANGER_SOURCE＝[DS_ID，DS_TYPE，DS_Content，DS_Measurement]
其中，DS_ID表示危险源序号，用于唯一标识工业现场经辨识的危险源信息；DS_TYPE表示危险源类型，根据危险源的表现形式及载体可分为活动危险源、设施危险源及服务危险源三类；DS_Content表示危险源具体内容，指各类危险源所包含的具体危险源信息；DS_Measurement表示危险源可被监测及监控的技术手段，包括监控设备、手持设备等。
事故风险信息部分，根据石化企业的安全事故的表现形式，分类得到5类主要安全事故风险，进一步分类得到31类子事故风险，分别为人员伤亡事故(物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、淹溺、灼烫、火灾、高处坠落、中毒窒息、***)风险、职业危害事故(肺部危害、化学中毒、物理冻伤、窒息、职业性肿瘤)风险、设备安全事故(容器***、泄漏、抽瘪、闪燃、闪爆、设备损坏)风险、环境污染事故(大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染)风险、质量事故(原料质量不合格、中间产品质量不合格、生产工艺指标不合格、最终产品质量不合格)风险。
事故风险信息集合模型为：
RISK＝[RISK_ID，RISK_TYPE，RISK_SUB_TYPE]
其中，RISK_ID表示事故风险序号，用于唯一标识事故风险信息；RISK_TYPE表示事故风险所属主要风险类型；RISK_SUB_TYPE表示具体事故风险的风险类型。
(3)对工业现场实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型以及事故风险信息集合模型建立相互的映射关系；
根据工业现场危险源辨识、风险等级评价结果可对实体单元、危险源及事故风险信息之间建立多对多的映射关系，映射关系决定了安全信息在安全管控***数据库中的数据结构。
其中危险源与实体单元间建立映射关系主要依赖于实体单元ID与危险源ID的关联关系，危险源与事故风险信息间建立映射关系依赖于危险源自身的事故风险属性；实体单元与事故风险信息间建立映射关系需通过危险源进行间接关联。
如图3所示，基于工业现场实体单元拓扑结构，图中呈现设备级危险源与工业现场层各节点的映射关系，其中活动危险源如“现场安全操作及自身防护违规”等均与现场操作人员相关联，设备危险源如“管道泄漏或法兰松动”与工业现场的连接相关联，服务危险源如“消防设施老化、失修”与现场的消防设施相关联。
(4)对所述的危险源及事故风险映射关系进行风险评价，形成风险评价信息集合模型；
风险评价信息集合模型为：
RISK_EVA＝[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Possibility_EVA，Consequence_EVA]
其中，Possibility_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下触发特定安全事故的可能性评估结果；Consequence_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下，若触发特定类型安全事故，将导致的事故后果严重性。
针对每一项危险源进行综合事故风险评价，某一特定危险源可具有多个类型的事故风险，风险等级根据事故发生的可能性以及事故后果的严重性进行综合评价，得到的评价信息作为风险评价信息集合模型的基本元素可录入安全信息数据库中。
风险评价信息集合模型决定了实体单元、危险源以及事故风险之间的关联关系，同时赋予其风险等级属性，从而综合分析工业现场的危险源分布情况以及风险等级。
(5)将所述的信息集合模型匹配关联至工业现场实体单元拓扑模型，形成工业现场安全信息模型。
基于上述信息集合模型，若工业现场实体单元拓扑模型中某一单元关联相应危险源，那么该单元则间接关联一系列相应事故风险，其相应的风险评估信息与危险源单元所关联的危险源与子事故风险间的风险等级一致，从而建立了各信息集合模型与工业现场拓扑模型的映射关系。
风险等级分为I、II、III三级，III级表示风险等级最高。
例如现场操作人员与“现场生产操作违规”这一危险源相关，则现场操作人员为一个危险源关联节点，而相关的危险源具有中毒窒息事故风险，根据定性风险评价方法得到发生事故的可能性评价等级为II，事故后果的严重性为III，因此，综合评价该危险源有中毒窒息风险的风险等级为III。
如图4所示，基于工业现场实体单元拓扑结构，根据各节点所关联危险源种类的不同，于节点处均标注关联的危险源数量，建立节点(危险源单元)与事故风险之间的映射关系，从而将事故风险信息与工业现场安全模型相结合。
根据上述模型的组织方式可对工业现场的实体单元、地理位置信息、危险源信息及事故风险信息建立完整映射关系，从而在安全信息管理过程中可针对固定节点建立与生产过程监测及生产区域监控相关联的实时数据库，针对活动节点建立可动态更新信息的关系数据库，从而综合管理全厂安全信息，危险源辨识及风险评价的信息也将不断以数据库管理的方式进行补充和维护。生产信息、危险源信息以及风险评价信息通过上述映射关系可依赖数据库技术实现自动映射和同步更新、维护及修改。
本发明通过工业现场安全模型的建立解决了生产信息与安全信息脱节的问题，通过建立映射关系，使得石化企业安全信息的管理可应对工业现场的生产流程、人员或服务设施的变化，有效匹配实体单元及危险源、风险信息，面向工业现场构建安全信息集合模型，明确了企业进行信息管理时的技术手段，对石化企业安全管控的信息化转变提供了保障，有效提高了信息管理效率和管控水平。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于石化企业工业现场危险源及风险信息的建模方法，其特征在于，包括：
(1)根据指定石化企业工业现场的生产流程、人员及设施信息建立实体单元的拓扑模型；
(2)根据石化企业工业现场的实体单元信息、危险源信息及事故风险信息分别建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型以及事故风险信息集合模型；
(3)建立实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型、事故风险信息集合模型之间的相互映射关系；
(4)对危险源信息集合模型和事故风险信息集合模型之间的映射关系进行风险评价，形成风险评价信息集合模型；
(5)将实体单元信息集合模型、危险源信息集合模型、事故风险信息集合模型、风险评价信息集合模型匹配关联至实体单元的拓扑模型，形成工业现场安全信息模型。
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述的实体单元的拓扑模型包括固定节点、活动节点、端口、连接以及各自的静态属性。
3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述的实体单元信息集合模型为：
UNIT＝[UNIT_ID，UNIT_Location，UNIT_Condition，UNIT_SafetyState]
其中，UNIT_ID表示实体单元序号；UNIT_Location表示实体单元地理位置信息；UNIT_Condition表示实体单元中固定节点的工况，对于活动节点，该项信息为空；UNIT_SafetyState表示实体单元的安全状态。
4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述的危险源信息集合模型为：
DANGER_SOURCE＝[DS_ID，DS_TYPE，DS_Content，DS_Measurement]
其中，DS_ID表示危险源序号；DS_TYPE表示危险源类型；DS_Content表示危险源具体内容；DS_Measurement表示危险源可被监测及监控的技术手段。
5.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述的事故风险信息集合模型为：
RISK＝[RISK_ID，PISK_TYPE，RISK_SUB_TYPE]
其中，RISK_ID表示事故风险序号；RISK_TYPE表示事故风险所属主要风险类型；RISK_SUB_TYPE表示事故风险所属的子事故风险类型。
6.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述的风险评价信息集合模型为：
RISK_EVA＝[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Possibility_EVA，
Consequence_EVA]
其中，UNIT_ID表示实体单元序号；DS_ID表示危险源序号；RISK_ID表示事故风险序号；Possibility_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下触发特定安全事故的可能性评估结果；Consequence_EVA表示实体单元在具备某种危险源的情况下，若触发特定类型安全事故，将导致的事故后果严重性。
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