CN107316444B - 化学品生产装置实时安全预警方法 - Google Patents

化学品生产装置实时安全预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种化学品生产装置实时安全预警方法，主要解决现有化学品生产装置工艺参数、设备、联锁、压力释放装置、火炬、消防等各个子***失效信息分散、重大事故险兆不能被及时识别、发现和处理的问题。本发明通过采用一种化学品生产装置实时安全预警方法，通过数据挖掘技术、集中映射技术、预警模型、预警分级规则、预警信息处理原则等，将单元装置***性失效信息进行实时监测、分级预警，并及时传送至相关责任人，实现失效及时发现、问题及时处理，重大事故险兆前及时切断进料或紧急停车，且事件处理过程进行记录、统计分析并作为知识库为下一次类似事件提供参考的技术方案较好地解决了上述问题，可用于化学品生产装置实时安全预警中。

Description

化学品生产装置实时安全预警方法
技术领域
本发明涉及一种化学品生产装置实时安全预警方法。
背景技术
近年来国内外陆续发生化学品泄漏、火灾***等重特大安全生产事故，此类事故的共同点是物料的工艺参数、设备、压力释放装置、联锁、消防***中的多个层面(每个层面称为独立保护层)同时失效且未被发现，或发现后仍由现场操作人员处理，有能力的技术人员未能及时介入处理，导致事态扩大，造成严重后果。深层次原因分析发现：国内外生产管理专业化分工明确，如工艺管理、设备管理专业分工明确，而设备管理又分为静设备、动设备、仪表、消防等多个专业，管理人员与管理信息***均相互独立，装置信息不能集中展示，装置***性失效不能被及时发现，特别是重大事故险兆前不能及时切断进料或紧急停车，导致重大事故发生。
如博帕尔事故中温度计显示储罐内温度升高、火炬不能点燃、喷淋***达不到喷淋高度等多个独立保护层失效导致事故后果极其严重。所以保护层失效的数量与事故发生的可能性和后果严重性直接相关，及时发现保护层失效并进行分级预警、处理，在必要情况下进行紧急停车、切断进料等，将会避免重大事故的发生。
国内外在此方面的技术主要是领先指标动态预测生产操作风险水平方法(美国专利号20130063264A1)和生产机台绩效的实时改善方法(中国专利号102749889A)。领先指标方法是通过统计分析过程安全未遂事件，识别变化或上升趋势动态，以管理过程安全风险。生产机台绩效实时改善方法是建立机台的“绩效基准”，通过信息***检测数据与“绩效基准”进行对比，发现状态改变的问题并发送给任务团队进行处理。但这两种技术均不能实现对多台不同种类设备组成的复杂化学品装置整体的安全状态实时分级预警、处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有化学品生产装置工艺参数、设备、联锁、压力释放装置、火炬、消防等各个子***失效信息分散、重大事故险兆不能被及时识别、发现和处理的问题，提供一种新的化学品生产装置实时安全预警方法。该方法具有安全性较好的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种化学品生产装置实时安全预警方法，用于石油化工生产装置实时预警，挖掘分散信息、集中展示装置***性失效情况、确保在重大事故发生前及时启动紧急停车；以识别单元装置各功能保护层失效模式和后果评估为基础，通过数据挖掘技术、集中映射技术、预警模型、预警分级规则、预警信息处理原则，将单元装置保护层***功能失效信息进行实时监测、分级预警，及时输送至相关责任人，达到失效及时发现、问题及时处理，重大事故险兆前及时切断进料或紧急停车，且事件处理过程进行记录、统计分析并作为知识库为下一次类似事件提供参考，最终实现避免重特大过程安全事故的目标，具体包括以下步骤：
(1)首先选定涉及物料的生产单元，保护层功能识别生产单元的设备和工艺，并进行归类，针对实际生产单元，识别和归类保护层需要理解设计思路，将设计图纸和实际装置结合起来分析；
(2)识别能够反映物料危险特征的两个或两个以上的关联工艺指标并进行后果评估，按照矩阵顺序对工艺指标同时失效的后果进行评估，根据潜在后果严重性确定预警级别；
(3)识别本单元关键设备、管道及附件的功能失效模式；
(4)为了减少低风险预警干扰，进行本单元主设备与工艺参数失效叠加后果评估，识别关键安全叠加设备与工艺参数；
(5)依次识别压力释放装置、联锁功能仪表、缓冲罐与火炬***、泄漏监测设备、消防***的功能失效模式；
(6)识别以上实时信息来源；
(7)开发的软件信息方法，通过数据挖掘信息技术实时搜索各保护层失效信息，按照量化预警模型进行计算，并进行计算机保护层失效集成及映射展示；
(8)在装置运行过程中，软件信息方法实时映射展示挖掘的保护层状态信息，软件后台按照预警量化模型进行预警级别量化计算，计算结果与预警分级处理准则进行匹配，信息***按照匹配结果向相关人员发送预警级别、失效信息和处理原则，软件信息方法同时展示历史类似事件的报警和处理记录；
(9)问题线下处理结束后，信息方法责任人进行问题处理过程登录，关闭此次预警，事件处理过程作为知识库保存在信息***中，进行事件类别、事件原因统计分析，并为下次事件处理提供参考。
上述技术方案中，优选地，所述信息方法能够自动挖掘装置各独立保护层的功能失效信息，进行集中形象展示，并通过量化危险评估方法进行计算，进而准确分级预警，及时自动通过互联网发送预警信息和处理原则，实现对包含危险物料的装置单元多个独立保护层功能失效程度的自动预警，预警事件信息又为事件原因统计分析和预警处理提供了知识。
本发明是一种基于过程安全保护层理论的化学品生产装置实时预警***，通过预先识别单元装置的功能保护层和关键失效因素后果评估，建立单元装置保护层分级预警集中映射界面；实时采集装置运行过程中的设备状态、工艺运行参数、安全保护装置状态、工艺联锁信息等数据，将隶属同一装置单元的不同子***信息进行映射归集到同一个逻辑设备，通过一种保护层失效预警量化模型，结合该逻辑设备的所有过程状态信息进行分级报警处理，以集成可视化方式向用户提示报警信息，报警信息依据分级预警规则传递给相关责任人。同时进行报警历史数据的记录，向用户提供历史事件数据信息的查询和支持。以识别生产单元装置各功能保护层失效模式和后果评估为基础，通过数据挖掘技术、集中映射技术、预警模型、预警分级规则、预警信息处理原则等，将单元装置***性失效信息进行实时监测、分级预警，并及时传送至相关责任人，实现失效及时发现、问题及时处理，重大事故险兆前及时切断进料或紧急停车，且事件处理过程进行记录、统计分析并作为知识库为下一次类似事件提供参考，避免重特大过程安全事故发生的目标，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1本发明的基本理论模型,即单元独立保护层示意图。
图2保护层状态集中映射示意图。
图3信息***框架。
图4预警量化模型示意图。
图4中，an表示工艺指标超过安全限值，bn表示设备失效模式，cn表示安全释放装置失效模式，dn表示联锁***失效模式，en表示检测报警***报警或失效模式，fn表示消防应急***失效模式。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
将本方法应用于加氢裂化装置。加氢裂化是一种石化工业中的工艺，即石油炼制过程中在较高的压力和温度下，氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化反应，转化为轻质油(汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烃的原料)的加工过程。
本发明以识别单元装置各功能保护层失效模式和后果评估为基础，通过数据挖掘技术、集中映射技术、预警模型、预警分级规则、预警信息处理原则等，将单元装置保护层***功能失效信息进行实时监测、分级预警，及时输送至相关责任人，达到失效及时发现、问题及时处理，重大事故险兆前及时切断进料或紧急停车，且事件处理过程进行记录、统计分析并作为知识库为下一次类似事件提供参考，最终实现避免重特大过程安全事故的目标。
该方法用于石油化工生产装置实时预警，具有挖掘分散信息、集中展示装置***性失效情况、确保在重大事故发生前及时启动紧急停车的特点。
本发明采用的技术方案如下：
如图1所示的步骤：
1)首先选定涉及物料(既包括有毒有害化学品也包含高压蒸汽、氮气等释放可造成***、冲击的公用工程物质)的生产单元，按图1所示的保护层功能识别生产单元的设备和工艺，并进行归类。图1给出了相对独立保护层包括：物料自身特性(通过工艺参数如温度、压力、浓度等表征)、物料的密闭容器(如塔、反应器、压缩机、泵等)和管道、DCS、压力释放装置、联锁、监测报警装置、缓冲罐和火炬、消防和其他应急***。针对实际生产单元，识别和归类保护层需要理解设计思路，将设计图纸和实际装置结合起来分析；
2)识别能够反映物料危险特征的两个或两个以上的关联工艺指标并进行后果评估，可按照矩阵顺序对工艺指标同时失效的后果进行评估，根据潜在后果严重性确定预警级别，见表1。如化学品的温度和压力都高时可能反映了物料内部发生了剧烈异常放热化学反应，则温度和压力均超过安全限值时则有潜在***危险，后果是极度危险；
3)识别本单元关键设备、管道及附件的功能失效模式。表2展示了分馏塔(DA603塔)的功能失效模式，所列失效模式是指设备针对所在单元的功能失效，如设备检测或旁路时虽然设备没有损坏，但在装置单元中不能承担设计的功能，因此在装置单元中算作失效；
技术步骤 序号
基于保护层理论识别具有潜在泄漏、火灾***危险的单元，包括关联设备和安全装置 1
识别本单元关键工艺参数，及相互关联影响的关键参数，识别关键叠加工艺参数 2
识别本单元主设备、管道及附件的失效模式 3
进行本单元主设备与工艺参数失效叠加后果评估，识别关键安全叠加设备与工艺参数 4
识别本单元DCS仪表和逻辑***失效模式 5
识别本单元压力释放装置失效模式 6
识别本单元联锁***失效模式 7
识别本单元缓冲罐、火炬***失效模式 8
识别本单元泄漏检测***失效模式 9
识别本单元消防***失效模式 10
识别以上实时信息来源 11
建立计算机数据挖掘通道 12
建立计算机数据集成及映射展示 13
基于保护层理论的预警量化模型 14
按照预警分级规则进行预警分级 15
预警信息传输至相关责任人 16
责任人进行线下问题处理 17
问题线下处理完毕后，进行计算机信息***登录，关闭此次预警。 18
事件信息进入事件库，进行统计分析和供查询、同类提示。 19
表1
表2
工艺指标 工艺指标 关联后果 原因 危险度
DA603塔温度(高) DA603塔压力(高) *** 极度危险
DA603塔液位(高) 无叠加效应
DA603塔浓度(高) 反应剧烈，*** 高度危险
4)为了减少低风险预警干扰，进行本单元主设备与工艺参数失效叠加后果评估，识别关键安全叠加设备与工艺参数；
5)依次识别压力释放装置、联锁功能仪表、缓冲罐与火炬***、泄漏监测设备、消防***等的功能失效模式，见表3；
表3
6)识别以上实时信息来源，如工艺参数来源于DCS***，设备失效信息来源于EM信息***模块、腐蚀检测信息模块等；
7)开发的软件信息方法，通过数据挖掘信息技术实时搜索各保护层失效信息，按照量化预警模型进行计算，并进行计算机保护层失效集成及映射展示，集成展示如图2示。软件模块见图3。软件设计关键是从主设备、安全附件等各类设备的状态信息***、关键设备实时运行监控***、DCS、泄漏监测***中实时挖掘失效模式数据如每10分钟(没有进入电脑信息的需从该***进行登录)，软件预先输入设定的叠加危险信息和预警计算模型；
8)在装置运行过程中，软件信息方法实时映射展示挖掘的保护层状态信息，软件后台按照图4所示的预警量化模型进行预警级别量化计算，计算结果与表4预警分级处理准则进行匹配，信息***按照匹配结果向相关人员发送预警级别、失效信息和处理原则。软件信息方法同时展示历史类似事件的报警和处理记录；
表4
9)问题线下处理结束后，信息方法责任人进行问题处理过程登录，关闭此次预警。事件处理过程作为知识库保存在信息***中，进行事件类别、事件原因等统计分析，并可为下次事件处理提供参考。
本发明中，信息方法能够自动挖掘装置各独立保护层的功能失效信息，进行集中形象展示，并通过量化危险评估方法进行计算，进而准确分级预警，及时自动通过互联网发送预警信息和处理原则。可以实现对包含危险物料的装置单元多个独立保护层功能失效程度的自动预警，预警事件信息又为事件原因统计分析和预警处理提供了知识。
该发明的有效应用可避免相关行业的重特大事故发生。

Claims (2)

1.一种化学品生产装置实时安全预警方法，用于石油化工生产装置实时预警，挖掘分散信息、集中展示装置***性失效情况、确保在重大事故发生前及时启动紧急停车；以识别单元装置各功能保护层失效模式和后果评估为基础，通过数据挖掘技术、集中映射技术、预警模型、预警分级规则、预警信息处理原则，将单元装置保护层***功能失效信息进行实时监测、分级预警，及时输送至相关责任人，达到失效及时发现、问题及时处理，重大事故险兆前及时切断进料或紧急停车，且事件处理过程进行记录、统计分析并作为知识库为下一次类似事件提供参考，最终实现避免重特大过程安全事故的目标，具体包括以下步骤：
(1)首先选定涉及物料的生产单元，保护层功能识别生产单元的设备和工艺，并进行归类，针对实际生产单元，识别和归类保护层需要理解设计思路，将设计图纸和实际装置结合起来分析；
(2)识别能够反映物料危险特征的两个或两个以上的关联工艺指标并进行后果评估，按照矩阵顺序对关联工艺指标同时失效的后果进行评估，根据潜在后果严重性确定预警级别；
(3)识别本单元关键设备、管道及附件的功能失效模式；
(4)为了减少低风险预警干扰，进行本单元主设备与工艺参数失效叠加后果评估，识别关键安全叠加设备与工艺参数；
(5)依次识别压力释放装置、联锁功能仪表、缓冲罐与火炬***、泄漏监测设备、消防***的功能失效模式；
(6)识别以上实时信息来源；
(7)开发的软件信息方法，通过数据挖掘信息技术实时搜索各保护层失效信息，按照量化预警模型进行计算，并进行计算机保护层失效集成及映射展示；
(8)在装置运行过程中，软件信息方法实时映射展示挖掘的保护层状态信息，软件后台按照预警量化模型进行预警级别量化计算，计算结果与预警分级处理准则进行匹配，信息***按照匹配结果向相关人员发送预警级别、失效信息和处理原则，软件信息方法同时展示历史类似事件的报警和处理记录；
(9)问题线下处理结束后，软件信息方法责任人进行问题处理过程登录，关闭此次预警，事件处理过程作为知识库保存在信息***中，进行事件类别、事件原因统计分析，并为下次事件处理提供参考。
2.根据权利要求1所述化学品生产装置实时安全预警方法，其特征在于所述信息方法能够自动挖掘装置各独立保护层的功能失效信息，进行集中形象展示，并通过量化危险评估方法进行计算，进而准确分级预警，及时自动通过互联网发送预警信息和处理原则，实现对包含危险物料的装置单元多个独立保护层功能失效程度的自动预警，预警事件信息又为事件原因统计分析和预警处理提供了知识。
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