石油化工生產安全建模與仿真研究

何娟娟

【摘 要】近幾年，石油化工安全生產成為社會熱門話題，民眾及政府越來越重視石油化工行業的安全問題。石油化工生產安全建模與仿真技術也隨之發展起來，通過仿真技術可以模擬真實生產過程，從而發現安全隱患，降低石油化工類事故的發生率。本文針對石油化工行業生產的特點，闡述了建模與仿真技術對于石油化工生產安全的必要性，分析了現階段存在的問題，并對建模與仿真技術做了一定的研究，同時介紹了其在實際工作中的應用。

【關鍵詞】石油化工；建模與仿真；研究；安全

石油化工行業由于其特殊的產品特性，往往是易燃易爆有毒產品，存在很大的安全隱患。發生事故會給企業、社會帶來一定的經濟損失。建模與仿真技術可以實現模擬仿真場景，給企業提供有力的技術支持，防止事故的發生，從而確保石油化工行業的可持續性運行。

1 石油化工行業引進建模與仿真技術的必要性

我國石油儲備較為豐富，這就為石油化工行業的發展提供了基礎。隨著科技的進步，對石油化工行業的需求增大，我國石油化工企業與隨之壯大起來。但是，由于石油化工行業產品的特殊性（產品的易燃易爆有毒性）、生成工藝的特殊性（某些生產過程需要極高的溫度及壓力），這種存在的安全隱患很難通過人為發現，導致我國近幾年來頻發石油化工重大事故，且比例呈上升趨勢，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡，使石油化工行業成為高危行業之一。我國政府針對石油化工行業安全生產問題，制定了極為嚴格的安全標準和相關規定，為了降低生產中可能發生的事故，并對可能的危害造成的損失進行全面的分析并提出了解決辦法。

雖然更為嚴格的石化標準已經出臺，但是由于石油化工生產安全領域所涉及的方面眾多，包括工藝流程的危險事故仿真、事故蔓延、對于突發事故的應急預案以及突發事故的應急演練、設備安全監測與監督等等。企業內部通過成立檢查小組來每天進行安全生產方面的檢查以及企業內部建立的半自動化報警技術已經落后，不能保證石油化工行業的安全生產。這就要求石油化工企業必須跟隨時代發展的要求，引進更加先進的技術，來確保安全生產。

近幾年，建模與仿真技術以逐漸發展成熟，被應用到生命科學領域、生產制造領域、醫藥領域等眾多領域，由于石油化工行業的危險性使得建模與仿真技術在石油化工行業也越來越被人們所重視。目前已經被有些石化企業所引進，成為保證安全生產的重要技術手段。安全建模與仿真技術可以真實的模擬設備運行狀態、生產工藝流程事故、突發事故實驗等，它的最大優勢就是可以仿真模擬，對于真實生產工藝的連續化不用被打斷，而且這種先進的技術，省去了傳統的人為檢查的人力消耗，從長遠意義上來說，能夠為石油化工企業高效、持續、穩定的安全生產提供有利的技術支持，對我國經濟有更大的貢獻。

2 現階段石油化工行業安全建模與仿真存在的問題

隨著科技的進步，我國石油化工生產安全建模與仿真技術的研究已經有了大量的成果與實際應用，但該項技術還處于新興階段，仍然存在著一系列的問題，有待工作者們在今后的實踐工作中去完善。

2.1 復用性問題

目前安全建模與仿真在復用性上還不夠完善。該技術應該根據石油化工生產安全特性對所模擬設備對象的屬性和行為進行抽象集成，在系統解耦方面能否建立仿真組件模型還存在復用性的問題。

2.2 仿真場景完備性問題

石油化工生產安全領域范圍較廣，不僅包括生產工藝流程內在事故模擬，還包括突發事故蔓延以及危險事故應急處理等等，這就要求仿真場景要更加多樣，且適用于各種不同的安全領域，仿真場景的完備性要進一步適應模擬對象的需求。

2.3 建模與仿真系統與其它系統兼容問題

在實際工作中，仿真系統需要與其它安全系統協同工作，才能發揮出最大的效用。這就要求該系統要與其它安全系統實現兼容性，需要在今后的工作中重視起來。

3.石油化工生產安全建模與仿真技術研究

為了解決以上問題，現階段的面向對象的建模與仿真技術（OMT），是從靜態模型、動態模型以及功能模型三個維度進行系統建模。與其它技術比較，OMT具有三大優勢：首先，它是實現了統一抽象，具有更高級的抽象方式；其次，復用性高，模型可配置型強，通用性好；最后，由于其模型封裝性好，維護系統起到了保護的作用。

3.1 石油化工生產安全建模方法研究

石油化工生產安全建模方法研究包括石油化工工藝流程生產安全建模研究及潛在危險事故擴散模型研究等等，這里只對后者做簡單研究介紹。

3.1.1 危險事故擴散模型研究

由于石油化工生產的工藝特殊性，使得很多反應設備之間都相互關聯，一旦發生事故后，很可能對與之相關聯的其他設備造成損害，形成事故的擴散，造成更加嚴重的后果。對危險事故擴散建模流程研究為：明確初始事故→明確路徑因素及概率→構建事件決策樹→計算次生事故概率→構建事故擴散概率模型→有效事故場景篩選模型。明確初始事故是第一步，有可能是機械故障、人為操作失誤、儲罐泄漏等等；明確路徑因素是決定事故演變的因素條件，建立事件決策樹，建模者需要輸入對事故可能造成蔓延的相關對象，并通過科學計算出可能發生事故蔓延的概率；事故擴散是當一個生產區域發生事故后，可能對周圍相關危險因素造成進一步擴散；有效事故場景是指事故連鎖擴散形成的事故場景相當復雜，需要利用相關的篩選標準來剔除掉不必要場景，降低計算分析復雜度。

3.2 石油化工生產安全仿真場景設計研究

仿真場景的設計研究涵蓋石油化工生產安全的方方面面，仿真環境通過配置不同命令來進行不同的模擬場景，并通過命令輸出結果。這里只對危險事故應急演練場景仿真設計做簡單研究介紹。

3.2.1 危險事故應急演練場景仿真設計研究

危險事故應急演練場景的仿真研究對石油化工生產安全起到了非常重要的作用，可以模擬真實事故發生場景。主要包括事故報警與上報、應急指令下達、應急資源調配，應急現場救援以及應急記錄等環節，為企業全方位仿真演練和人員培訓系統提供技術支撐。

通過對危險源分類、以應急腳本為基礎，來實現危險事故應急場景模擬。通過指令來設定危險源事故從而觀察事故的演變，以及對整個安全系統的后續影響，然后根據仿真應急腳本下達相應的處理辦法到仿真算法模型模擬后續應急效果，通過軟件分析得到最終的事故仿真應急數據。通過對仿真場景來評估企業人員應急處理能力和應急腳本的效果，來不斷完善企業的實際事故應急處理能力。

4 石油化工生產安全建模與仿真技術應用

4.1 在設備安全監測方面的應用

石油化工企業可以將建模與仿真技術應用到企業設備安全監測上來。由于建模與仿真技術是近幾年才發展起來的，早期由于沒有先進的軟件技術，限制了石油化工企業對設備損壞監測程度，沒有技術支持監測設備，一旦發生事故，將造成企業經濟損失和人員傷亡。由于我國石油化工類事故的頻發，企業越來越重視安全監測，并開始加大了對安全監測的投入。科技的進步帶來了新的技術支持，建模與仿真技術正是在這個基礎上發展起來的，通過仿真技術，企業可以通過軟件建立仿真場景，在生產前就可以掌握設備運行中可能受到的損壞，實現更有效的控制設備的安全，避免安全隱患，保證石油化工工業的生產安全。

4.2 在設備安全監督方面的應用

石油化工企業可以將建模與仿真技術應用到企業設備安全監督上來，與安全監測相同，也可以起到十分重要的作用。不同的是，石油化工企業安全監督是一種動態監督，是以生產過程中設備的有效運作為對象，建模仿真技術可以與安全監測軟件相關聯，一起對在生產過程中的設備進行監督。同時，企業員工還應該加強對石油化工企業大型危險設備的監督，通過軟件技術可以對設備運行的效果進行改善，降低危險設備發生事故的概率，從而避免事故的發生。

4.3 在應對突發事故方面的應用

石油化工企業可以將建模與仿真技術應用到應對突發事故上來，可以避免破壞設備和周圍環境，仿真事故發生場景，通過仿真技術可以對相關安全預警方面提供技術支持。石油化工企業可以通過建模與仿真技術對可能發生的事故進行仿真場景模擬，使企業員工在模擬條件下解決突發事故，不僅可以加強員工的安全意識及對突發事件的應急處理能力，還可以幫助企業在應對突發事件時，提供更多的處理方式和處理措施，防止事故蔓延至更大范圍，有效降低事故帶來的經濟損失和人員傷亡[2]。

5 結論

綜上所述，石油化工生產建模與仿真技術的研究現在已成為國內熱門研究對象，越來越多的石油化工企業開始重視這一仿真技術的應用，石油化工企業必須把安全生產放在首位，通過合理使用建模與仿真技術，企業可以從仿真數據中得到技術支持數據，確保石油化工企業的安全生產，使我國石油化工安全生產更上一個水平，對我國石油化工安全生產具有重大意義。

參考文獻：

[1]郭齊勝.系統建模與仿真[M].國防工業出版社，2007.

[2]高鵬飛，張川.對石油化工企業安全仿真技術應用的分析[J].商業文化，2012，（10）：394.