??????? 1.2 過程關(guān)鍵裝置風(fēng)險評估技術(shù)
??????? 石油化工過程安全穩(wěn)定運(yùn)行與安全保障技術(shù)、設(shè)備完整性保障技術(shù)密切相關(guān)。一些重要關(guān)鍵裝置的平穩(wěn)運(yùn)行是確保安全生產(chǎn)的根本。風(fēng)險是衡量危險性的指標(biāo)，是某一有害事故發(fā)生的可能性與事故后果的組合。而風(fēng)險評估是以將事故率和損失程度減少到最低為目的，采用科學(xué)的分析方法來確認(rèn)裝置或生產(chǎn)系統(tǒng)存在的危險性，并根據(jù)形成事故的風(fēng)險大小，提出相應(yīng)的安全措施。風(fēng)險評價技術(shù)是伴隨著系統(tǒng)安全工程的發(fā)展而發(fā)展起來的獨(dú)立的系統(tǒng)安全工程學(xué)科。各種系統(tǒng)安全工程方法形成了安全評價的各個流派，如危險指數(shù)法、英國蒙德公司方法、日本岡山縣方法等。
??????? 石油化工的大部分裝置都處于長期連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，為此對裝置長周期安全運(yùn)行的安全評估顯得尤為重要。運(yùn)行裝置所面臨的風(fēng)險主要是裝置在事故狀態(tài)下發(fā)生爆炸、著火、泄漏、中毒及其設(shè)備損壞等。[2]總體來看，針對生產(chǎn)過程長周期的風(fēng)險評估主要分析裝置的固有風(fēng)險，即不考慮人為的操作失誤，因此研究的對象是裝備，風(fēng)險的表述用事故的損失和事故失效概率來表示。而事故的損失可用造成的經(jīng)濟(jì)損失來度量，事故的概率可用設(shè)備的故障率來表示。目前確定設(shè)備失效率的方法用的最多的是基于風(fēng)險的檢測(risk based inspection，RBI)方法。RBI追求系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟(jì)性統(tǒng)一，對系統(tǒng)中固有的或潛在的危險的可能性與后果進(jìn)行科學(xué)分析，給出風(fēng)險排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，以確保安全和減少運(yùn)行費(fèi)用，從而優(yōu)化檢驗(yàn)策略。石化裝置風(fēng)險評估技術(shù)包括：設(shè)計(jì)階段(HAZOP、PHA)、施工階段(SCL、LEC)、開車階段、運(yùn)行階段、工藝變更等各個階段的風(fēng)險評估。[3]近年來，國內(nèi)外風(fēng)險技術(shù)評估的應(yīng)用主要集中在壓力容器安全性、工藝管線泄漏、HAZOP、石化安全技術(shù)與環(huán)境風(fēng)險評估等方面。此外，石油化工過程系統(tǒng)自愈調(diào)控技術(shù)也是保障石油化工安全運(yùn)行的一個保障，故障白愈技術(shù)可為安全監(jiān)控提供新的超前預(yù)防、消患治本的科學(xué)手段，并為研制具有自愈功能的新一代裝備和裝置，實(shí)現(xiàn)節(jié)約型流程制造提供關(guān)鍵技術(shù)。
??????? 1.3 化工過程柔性設(shè)計(jì)
??????? 化工過程常遇到不確定參數(shù)的影響，不確定參數(shù)包括進(jìn)料質(zhì)量、產(chǎn)品要求、進(jìn)料量、環(huán)境溫度、傳熱系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和設(shè)備物理性質(zhì)等隨著時間推移而變化。此變化要求化工過程系統(tǒng)具有一定的柔性，即化工過程系統(tǒng)不僅能適應(yīng)于特定的正常操作狀態(tài)，也適應(yīng)于一定范圍的變化(即不確定參數(shù)的可能變化區(qū)域)情況?；は到y(tǒng)進(jìn)行柔性分析，首先將化工過程系統(tǒng)由操作單元尺寸有關(guān)的設(shè)計(jì)向量d、調(diào)節(jié)控制變量的向量集z、過程系統(tǒng)的狀態(tài)變量x以及不確定參數(shù)p等進(jìn)行描述；從而將柔性分析問題轉(zhuǎn)化成最大最小的優(yōu)化問題進(jìn)行處理?；み^程系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段已有的柔性分析研究成果成功地解決了兩個方面的內(nèi)容：①給定設(shè)計(jì)變量，分析在不確定參數(shù)的變化范圍內(nèi)是否存在可行區(qū)，這方面的內(nèi)容稱做可行性問題或者是柔性檢驗(yàn)問題；②在給定設(shè)計(jì)變量的條件下，確定系統(tǒng)能承受不確定參數(shù)的最大變化范圍。對于這類問題，國外不少研究者提出不同的求解方法。Swaney等應(yīng)用分枝界定策略成功解決了凸性系統(tǒng)的柔性分析問題。
??????? 此外，Pistikopoulos等將柔性分析應(yīng)用于化工過程的改造，研究表明對于固定柔性指數(shù)的過程設(shè)計(jì)，可有效地降低系統(tǒng)的成本；對柔性不夠的系統(tǒng)，可成功地提高其柔性?；み\(yùn)行過程的調(diào)節(jié)量的調(diào)節(jié)作用，往往會改變不確定參數(shù)帶來的影響，也會影響系統(tǒng)的柔性。為此，文獻(xiàn)將柔性分析與可控性分析相結(jié)合的思想應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)中；通過研究表明，通過柔性與可控性的理論相結(jié)合的方法應(yīng)用于化工過程的合成與設(shè)計(jì)，產(chǎn)生的系統(tǒng)將既具有較好的柔性，同時還將展示很好的動態(tài)性能。Dimitriadis等采用正交配置的方法對描述動態(tài)系統(tǒng)的微分方程進(jìn)行處理，得到動態(tài)系統(tǒng)的柔性分析方法。本文作者利用化工系統(tǒng)動態(tài)柔性分析的結(jié)果，得出過程運(yùn)行狀態(tài)是否安全的一種判別方法，并將該方法應(yīng)用于問歇反應(yīng)過程。[4]
??????? 1.4 化工過程的本質(zhì)安全技術(shù)
??????? 本質(zhì)安全(inherent safety)的概念首先由Kletz提出。消除事故的最佳方法不是依靠附加的安全設(shè)施，而是通過在設(shè)計(jì)中消除危險或降低危險程度以取代這些安全裝置，從而降低事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性。陳丙珍強(qiáng)調(diào)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)是從保障化工過程安全的源頭，為此需要在設(shè)計(jì)中消除與過程系統(tǒng)有關(guān)危害的隱患。Sanders唧]利用歷史上的事故案例分析證明了化工過程設(shè)計(jì)中考慮本質(zhì)安全的重要性。此后，本質(zhì)安全的思想在化工過程設(shè)計(jì)中產(chǎn)生較大的影響，文獻(xiàn)闡述了化工過程本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的基本策略，從危害物質(zhì)最小(minimize)、低危害的物質(zhì)取代高危害物質(zhì)的替代化(substitute)、反應(yīng)溫和化(moderate)以及過程工藝從簡化(simplify)4個方面推進(jìn)。本質(zhì)安全設(shè)計(jì)問題的實(shí)行需要從化工過程的概念設(shè)計(jì)開始入手，結(jié)合化工過程全生命周期的思想引，利用已有的經(jīng)驗(yàn)，使得化工生產(chǎn)更加和諧、環(huán)保以及節(jié)能。對于已經(jīng)存在的過程系統(tǒng)，對其實(shí)行本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的難度較大，耗費(fèi)的資金量大，Hendershot等已將本質(zhì)安全設(shè)計(jì)技術(shù)推展到已有裝置進(jìn)行改造。在過去的20多年中，本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的方法與理論得到了較大的發(fā)展，Hendershot等進(jìn)行了全面的總結(jié)和回顧。[5]
??????????? 為評價化工過程本質(zhì)安全，對本質(zhì)安全的工藝過程有一個量化的認(rèn)識，不少的研究者提出了不同的指標(biāo)。如Gupta等提出采用一種圖解的方法對化工過程的本質(zhì)安全進(jìn)行測量的方法；文獻(xiàn)利用模糊邏輯的思想建立一種本質(zhì)安全指數(shù)，采用規(guī)則進(jìn)行描述，并用化學(xué)物質(zhì)的儲罐為案例驗(yàn)證該指數(shù)的有效性；Khan等提出12SI的本質(zhì)安全評估指數(shù)。為更好地利用本質(zhì)安全評估指數(shù)，文獻(xiàn)對本質(zhì)安全設(shè)計(jì)中可用的指數(shù)作了全面的評價。[6]
??????? 2. 石化及化工過程安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)展望
??????? 現(xiàn)有石化及化工過程安全技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，隨著資源緊缺、環(huán)境惡化等狀況，對石油化工過程的安全生產(chǎn)與事故預(yù)防等關(guān)鍵技術(shù)的要求也越來越高。根據(jù)目前的現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外技術(shù)研究的發(fā)展，安全生產(chǎn)和事故預(yù)測預(yù)防技術(shù)的發(fā)展趨勢可能有以下幾個方面。
??????? 2.1 過程監(jiān)測與故障診斷
??????? 過程監(jiān)測與故障診斷技術(shù)將由簡單和單一監(jiān)測診斷向精密和綜合檢測診斷方向發(fā)展。未來幾年內(nèi)監(jiān)測診斷在指明或預(yù)報系統(tǒng)和設(shè)備的狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確定位故障的性質(zhì)、原因及發(fā)展趨勢，并采取消除故障的相應(yīng)措施，提供消除故障的決策。診斷技術(shù)向模塊化、高靈活性、非線性系統(tǒng)、高智能化發(fā)展。[7]開發(fā)同一功能適用于多種工藝故障監(jiān)測與診斷的通用模塊將是近幾年可以實(shí)現(xiàn)的。故障預(yù)警方法的研究成果將應(yīng)用于工業(yè)過程，對于某些特定的緩變型故障提前預(yù)警具有重大意義。過程歷史數(shù)據(jù)的累積對于生產(chǎn)過程來說非常重要，采用新的數(shù)學(xué)理論將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，能解決專家系統(tǒng)知識獲取的瓶頸問題，更加有效地發(fā)揮歷史數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含寶貴知識的作用，這將會是該領(lǐng)域研究的一個重要發(fā)展方向。
??????? 2.2 本質(zhì)安全與柔性分析相結(jié)合的化工過程設(shè)計(jì)
??????? 化工過程裝置設(shè)計(jì)伊始，就必須充分考慮系統(tǒng)柔性的問題，對生產(chǎn)操作過程中發(fā)生的波動有足夠的認(rèn)識。利用系統(tǒng)的本質(zhì)安全性思想、結(jié)合柔性分析理論，從而來指導(dǎo)化工過程設(shè)計(jì)，將大大增強(qiáng)化工過程的安全性。此外，化工過程設(shè)計(jì)階段需考慮系統(tǒng)運(yùn)行時的控制作用，從而需從系統(tǒng)的動態(tài)柔性分析入手，使得已存在的化工系統(tǒng)與新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、經(jīng)濟(jì)。為此，化工系統(tǒng)的動態(tài)柔性分析將是化工運(yùn)行安全的一個前沿課題，動態(tài)柔性分析與本質(zhì)安全設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法將可能成為化工運(yùn)行安全研究領(lǐng)域的一個重大分支。
??????? 2.3 災(zāi)害事故仿真培訓(xùn)系統(tǒng)
??????? 石油化工過程的安全生產(chǎn)離不開工藝的本質(zhì)安全設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程的監(jiān)測與故障診斷、關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險評估與自愈調(diào)控技術(shù)以及先進(jìn)傳感器技術(shù)的應(yīng)用，然而主導(dǎo)整個過程的具有專業(yè)技能的人才輸送也是非常重要的環(huán)節(jié)。[8]為此，開發(fā)災(zāi)害事故仿真培訓(xùn)系統(tǒng)將是一個重要的領(lǐng)域。工業(yè)過程海量歷史數(shù)據(jù)的挖掘產(chǎn)生的知識對過程的操作運(yùn)行具有非常重要的指導(dǎo)意義。結(jié)合工廠現(xiàn)有專家的經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)，預(yù)計(jì)不久的將來，石油化工行業(yè)關(guān)鍵裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用將得以實(shí)現(xiàn)，為石油化工行業(yè)安全運(yùn)行培養(yǎng)更多具有專業(yè)技能的人才。
??????? 參考文獻(xiàn)
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