典型煉油裝置“HSE數字化”技術應用研究

李磊（1.中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國海洋大學， 山東 青島 266100）

典型煉油裝置“HSE數字化”技術應用研究

李磊（1.中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國海洋大學， 山東 青島 266100）

本文探討了數字化、信息化與虛擬現實技術在安全、健康、環境（Healthy、Safety、Environment，簡稱HSE）研發中的應用。通過介紹數字化與虛擬現實技術的概念、基本原理、應用范圍，結合數字化技術的發展趨勢，提出了 “HSE數字化”技術的體系結構、方法及關鍵技術。最后應用實例，證明數字化技術應用于HSE的研發是可行的，并極大的提升了HSE學科的信息化程度。

數字化；虛擬現實；HSE

石化行業是一個高風險的行業，安全、環保、職業健康仍然是石化企業生產的薄弱環節。石化企業有著自己的行業特點，從原材料和產品的性質看，石化生產中涉及物料危險性大，發生火災、爆炸、傷亡事故幾率高。加強石化企業安全、環保、健康（HSE）相關技術的研究、培訓提高員工技能、防止事故的發生，降低人身傷害、減少環境污染是石化行業的一項長期、艱巨而又需要持之以恒抓好的重要工作。

隨著計算信息技術與三維虛擬現實技術（Virtual Reality）的飛速發展，國內相關機構的研究人員正探討將虛擬現實和數字化技術應用到HSE研發與管理體系中來。虛擬現實與數字化技術是融合數字圖像處理、計算機圖形學、媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支的一種綜合性信息技術。虛擬現實技術作為二十一世紀信息技術發展的重要驅動力，將是人們關注的焦點。

1“HSE數字化”技術的應用研究

本文以虛擬現實和數字化技術為載體，以事故數值模擬和HSE業務加載為核心，結合HSE學科的專業應用，在三維數字化工廠引擎中引入HSE的典型應用，研發“數字化HSE”應用管理系統（VRHSE），在數字化工廠中實現了對HSE元素的體現。

（1）關鍵設備安全管理 VRHSE平臺中關鍵設備安全的專業應用包括：①建立裝置、設備和管道的基礎信息數據庫的管理及查詢。平臺中能夠管理和查詢相應裝置、設備和管道，能夠顯示相應后臺數據庫的信息，能夠根據設備或管道編號進行查詢和定位。②外浮頂罐、內浮頂儲罐三維數字化模型的建立，及靜電事故、雷電事故、硫化亞鐵事故虛擬現實展示。基于儲罐三維數字化模型，實現儲罐靜電事故、雷電事故、硫化亞鐵事故發生原因、發展過程和事故后狀態的虛擬現實展示。③典型煉油設備結構剖析、工作機理、危險點分析、事故案例分析等三維數字化模擬。

（2）職業衛生 VRHSE平臺中職業衛生的專業應用包括： ①裝置中職業衛生相關設施的三維展示。②裝置中硫化氫分布圖的三維模擬。裝置中的設備按照其中物料硫化氫含量的高低和職業危險度分為三個等級，分別高度危險、中度危險、輕度危險，平臺以色塊的形式實現職業危險度的三維模擬。③物料中硫化氫流向的三維模擬。將裝置硫化氫在工藝過程中流程在虛擬裝置上動態展現出來。④裝置中硫化氫泄漏的模擬擴散。假設泄漏源為連續排放，基于高斯模型，實現裝置內空間某一點在某一時刻的濃度下的泄漏擴散模擬。

（3）監測檢驗 ①建立可燃氣、有毒氣體報警儀三維數字化模型，實現報警儀相關數據內容的查詢與檢索，數據內容包括檢定證書、生產廠家、現場照片等。

②展示監測點的空間分布及監測點對應的檢測數據。在虛擬場景中，分單元的標注出每一個揮發性有機物檢測點，并把檢測到泄漏的數據展示出來；實現查找功能，根據濃度值查找相應的閥門，支持模糊查詢；實現泄漏點紅外監測視頻三維接入。

（4）功能安全 ①根據SIL等級，實現不同等級的聯鎖回落的展示。②典型設備的聯鎖系統展示。③點擊某個聯鎖回路，給出相關的信息，包括傳感器類型，SIF功能描述，執行機構，SIL等級，檢驗信息等。④不符合等級的聯鎖回路的展示。根據專業的計算結果，給出不符合等級回路的介紹，建議措施等說明。

（5）安全培訓與教育 基于三維數字化工廠模型，平臺提供了一種寓教于樂的操作方式下，實現了石化企業員工三維實時培訓與考核。①三維實時培訓系統可以對空間、時間、內容、設備、角色等進行虛擬，創造一個人性化的學習環境，使受訓員工能夠在親切、自然、趣味性足而且安全的虛擬環境中方便地取得感性知識和實際經驗。②對裝置歷史上發生的事故進行研究和分析，分析結果進行三維可視化，三維可視化的內容包括事故過程、事故原因、建議整改措施等。

2 結語

本文將職業衛生、檢測檢驗、設備安全、應急預案等典型HSE業務模型與三維數字化工廠相結合，實現了典型煉油裝置“數字化HSE”的應用，開發了數字化HSE應用管理系統，將HSE元素在三維數字化工廠直觀形象的展示出來，使數字化技術作為HSE研發工作的重要工具和載體。下一步工作將在現有基礎上加大與工藝安全、安全評價等專業應用，豐富現有“數字化HSE”典型業務模型，打造中國化創新的石化企業數字化HSE的產品。

［1］張麗，張禮敬等.虛擬現實在安全評價中的應用［J］.南京工業大學學報，2005.

［2］易濤，楊義.化工安全虛擬現實仿真系統的設計與實現［J］.計算機與應用化學，2006，23（1）：49-54.

［3］何莉.鐵路線路構造物三維模型庫的研究［D］. 西南交通大學碩士論文.2007.

［4］劉強，陸愈實，徐曉賢，楊黎.煤礦安全虛擬現實仿真通用引擎的設計與研究［J］.工業安全與環保，2008，12.

［5］徐明亮，盧紅星，王琬. OPENGL 游戲編程［J］. 北京:機械工業出版社， 2008 ，1.