淺析精細化工生產過程安全系統

童潮鎮（寧波乾業安全科技有限公司，浙江 寧波 315040）

淺析精細化工生產過程安全系統

童潮鎮
（寧波乾業安全科技有限公司，浙江 寧波 315040）

摘 要：化工生產過程中，由于大量使用的原料、半成品及產品具有易燃易爆、腐蝕或劇毒特性，且精細化工生產工藝復雜，對安全生產的要求比較高。在本文中，筆者在探討過程危險、HAZOP自動分析技術及安全控制技術的基礎上，對安全仿真、控制等精細化工生產安全系統中的若干技術問題進行了研究，并提出了安全仿真系統設計及技術方案。

關鍵詞：化工生產；安全仿真；安全控制；工程技術

對于化工生產過程來說，首先要解決的便是安全問題。這主要是因為在精細化工生產過程中使用的原料、半成品及產品，大都具有腐蝕性、劇毒或易燃易爆的特性，一大發生安全事故，則會造成嚴重的后果，影響惡劣。因此，分析化工生產過程中安全系統中的安全性及安全運行技術，已經成為安全工程的重要課題之一。

一、精細化工生產過程的自動HAZOP控制

近年來，安全分析的新手段之一為過程系統動態仿真技術，并逐步成為過程系統安全評價的關鍵性技術。在化工生產過程的安全仿真上，動態與穩態仿真集成方法，在評價安全控制方案、運行特性及平穩開車方案等方面，具有重要的意義。在計算機技術發展日新月異的形勢下，已經可模擬三維立體空間泄漏擴散、爆炸及火災等演變的過程。

為了確保危險化工生產過程的安全生產，國內外均采用了冗余與容錯控制技術、故障安全控制系統，可提高精細化工生產的安全度。而在安全控制上，基于邏輯關系的繼電器聯鎖保護及可編程控制系統得到了廣泛應用，在微處理器不斷發展的背景下，在化工生產領域逐步應用了多種安全控制系統，比如故障安全控制系統、燃燒器管理系統等。

（一）深層次HAZOP

在分析HAZOP時，首先需將操作規程或者工藝流程劃分成操作步驟或者分析節點，并從生產過程中的參數變動、控制中的偏差等角度進行分析，經過劃分與分析，可判斷并明確變動與誤差對系統的影響、后果，而且能夠確定發生變動或偏差的原因。

當前，在精細化工生產過程中普遍采用的為HAZOP分析法，這是一種基于經驗與歷史數據的分析方法，由于無需考慮深層過程機理，所以分析的深度有所欠缺。而SDG屬于一種節點間防線的連線，能表達復雜的因果關系，可包容大規模信息，用于輔助HAZOP分析的效果比較理想。而該分析的框架由關鍵變量及其之間的相互關系構成，結合經驗、歷史數據及相關機理，同時結合基于SDG的模型，反向推理出異常的原因。在生產過程中，應用SDG分析方法進行深層次HAZOP的分析。

（二）間歇性生產過程的HAZOP分析

在間歇性化工生產過程中，根據生產階段的不同，可采用連續過程HAZOP分析方法，由于分析的步驟比較多，且對于前后工序的HAZOP分析銜接非常不利。不過，因為不少的精細化工生產過程均屬于間歇性工藝生產過程，所以這些過程具有離散事件系統特征，需專門對混雜工藝的自動HAZOP進行深入的分析。

（1）基于Petri網的間歇過程HAZOP分析

Petri網術一種DES描述工具，屬于結構化的DES描述工具，對異步、同步及并行的邏輯關系，均可進行準確描述，并可表達離散事件系統的靜態結構與動態變化。基于以上優勢，該描述工具在離散制造工藝及間歇生產工藝過程建模中的應用范圍比較廣。將SDG模型HAZOP分析法及 petri網DES建模結合結合起來，可生成三層知識表達模型，其中間歇生產工藝及離散裝配工藝采用上兩層，而在工藝操作階段采用TPN。應用這三層知識表達模型，便能夠實現對間歇化工生產工藝的HAZOP自動分析。

（2）基于動態SDG建模的間歇過程的HAZOP自動分析

一般的SDG建模無法對間歇過程進行自動分析，由于間歇生產過程的每一個操作步驟均可能出現失誤，而且可能會對后續的生產造成影響，所以說每一個步驟均為對應的SDG均不同。因此，SDG對間歇過程建模的關鍵問題就是如何通過SDG來描述各個步驟之間的連續。解決這個問題，首先是建立整體性的SDG模型，在間歇過程中，將各個狀態下的變量均聯系起來用于建立SDG模型，而變量間的影響關系，主要是支路的設置條件。建立后，便可通過改變支路的使能條件獲得需要的，且相對獨立的SDG模型。二是建立狀態順序圖：將間歇生產過程劃分為數個連續過程，以及若干個抽象的步驟，根據步驟之間的聯系建立狀態順序圖，并在狀態圖的基礎上，構建一個SDG上層，用以控制支路的使能條件。同時，用順序狀態圖描述間歇過程的狀態改變情況，以實現SDG的步驟化。三是建立狀態順序列表：將設備失效、SDG節點及閥門信息進行有效的關聯，并根據標準狀態，將每個步驟列成表，然后便可在推理過程中，比較步驟的系統狀態是否與預設標準狀態相一致。比較會出現兩種情況，一種是與標準狀態相符，則可直接進入下一步驟，一種是與標準狀態存在差異，這時則可根據鏈表信息，將相應的SDG節點拉偏并觸發SDG推理。在分析過程中，主要是找出關鍵節點，并將關鍵節點與系統狀態的切換聯系起來，使系統的狀態由關鍵節點來決定。

圖1 安全仿真系統硬件平臺結構示意圖

三、精細化工生產過程安全仿真系統的建立

根據半實物仿真技術、動態模擬技術及單元設備仿真技術，同時結合精細化工生產過程的安全仿真系統，在實現化工工藝生產過程安全狀態動態模擬過程基礎上，可制定并分析和驗證安全操作與控制的方案。化工生產工藝安全仿真系統結構圖如圖1所示。

經過分析基于SDG自動HAZOP分析、安全仿真及控制等技術措施，精細化工生產實踐證明，在提高生產工藝的安全性、降低危險程度及安全事故，以及降低環境污染、次生化學危害等方面均發揮著重要的作用。而安全系統所實現的目標主要包括以下幾個方面：一是生產工藝過程的HAZOP自動分析及內在安全設計，提高了改進后的安全完整度SIL；二是研發的HAZOP自動分析軟件，在精細化工生產的各個階段，均可進行HAZOP自動分析；三是基于HAZOP自動分析的生產過程綜合仿真系統，可準確、全面模擬事故發生及極限狀態，對于完善事故應急預案具有重要的指導作用。

此外，生產工藝過程的安全控制系統可實現故障條件下的容錯控制，對生產過程進行連鎖保護，降低事故的危害程度，減少事故造成的損失。

結語

對于精細化工生產過程來說，實現安全生產具有重大的意義。為了實現精細化工生產過程的安全，必須做好提前的預防和控制工作。在本文中，筆者根據自身的工作實際，探討了安全系統中的若干關鍵性技術問題，并提出了基于HAZOP自動分析的安全控制與評價系統，在提高生產的安全系數及連鎖保護生產過程方面具有重要的作用。

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