计算机辅助HAZOP

1、CompanyLOGO 计算机辅助计算机辅助HAZOP 汇报内容汇报内容HAZOP小小 结结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概概 述述概述概述vHAZOP: Hazard and Operability Study (危险性与可操作性研究危险性与可操作性研究)概述概述概述概述常用的生产工艺参数有：流量、压力、温度、液位、时间、常用的生产工艺参数有：流量、压力、温度、液位、时间、成分、成分、PH值、速度、频率、粘度、浓度、电压、混合、分离值、速度、频率、粘度、浓度、电压、混合、分离和反应和反应引导词引导词意意 义义注注 释释没有或不没有或不 较大较大 较小较小 也

2、，又也，又 部分部分 反向反向 不同于不同于 非非完全否定完全否定量的增加量的增加量的减少量的减少量的增加量的增加量的减少量的减少意图相反意图相反完全替代完全替代 意图全部没有实现，也没有其他事情发生意图全部没有实现，也没有其他事情发生 量正增长，或活动增加量正增长，或活动增加 量负增长，或活动减少量负增长，或活动减少 与某些附加活动一起，实现全部设计或操作意图与某些附加活动一起，实现全部设计或操作意图 只实现一些意图，没有实现另一些意图只实现一些意图，没有实现另一些意图 与意图相反的活动或物质与意图相反的活动或物质 全部没有实现的意图全部没有实现的意图 发生完全另外的事情发生完全另外的事情国

3、家油气安全研究中心国家油气安全研究中心 对分析人员要求较高；对分析人员要求较高； 难于处理大规模的数据、信息和难于处理大规模的数据、信息和计算；计算； 人工分析大规模系统时无法得到人工分析大规模系统时无法得到完备的结果；完备的结果； 口头讨论方式不严格，讨论时易口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念错误；出现概念错误； 人工评价费时、费力，成本高；人工评价费时、费力，成本高； 人工评价得出的文本说明不规范，人工评价得出的文本说明不规范，事后难于看懂。事后难于看懂。u基于历史数据的方法基于历史数据的方法数据滤波法、定性趋势分析法、统计分数据滤波法、定性趋势分析法、统计分析法、小波分析法、神经元网络

4、法析法、小波分析法、神经元网络法u基于专家系统的方法基于专家系统的方法基于规则的专家系统（基于规则的专家系统（RBESRBES）、神经元）、神经元网络知识自动识别法、神经元网络仿真网络知识自动识别法、神经元网络仿真联合法、联合法、PetriPetri网模型推理等；网模型推理等；u基于模型及仿真方法基于模型及仿真方法标识有向图法（标识有向图法（SDGSDG）、观测器法、定）、观测器法、定性仿真法、定量仿真法、定性及定量混性仿真法、定量仿真法、定性及定量混合仿真法、仿真剧情摄动法。合仿真法、仿真剧情摄动法。人工HAZOP存在的问题计算机辅助HAZOP分析HAZOP分析主要应用于化工系统，针对工艺过

5、程、人的可靠性、操作程序、软件分析主要应用于化工系统，针对工艺过程、人的可靠性、操作程序、软件都可以进行都可以进行HAZOP分析。分析。概述概述国家油气安全研究中心国家油气安全研究中心结束HAZOP分析小组分析小组设备参数设备参数P&ID物性数据物性数据从从P&ID中选一个节点中选一个节点生成一个过程偏离生成一个过程偏离识别导致该偏离的原因识别导致该偏离的原因确定该偏离的所能产生的后果确定该偏离的所能产生的后果安全保护设施安全保护设施是否齐备？是否齐备？还有过程偏离吗还有过程偏离吗？还有另外的节点吗？还有另外的节点吗？给出能够减缓这些后果的建议给出能够减缓这些后果的建议否否是是

6、否否否否是是是是人工人工HAZOP研究工研究工作流程作流程概述概述国家油气安全研究中心国家油气安全研究中心用户用户HAZOPHAZOP知识库知识库HAZOPHAZOP常规过程常规过程模型模型过程单元的分过程单元的分类及定义类及定义过程单元的过程单元的HAZOPHAZOP有向图有向图特殊过程知识库特殊过程知识库处理物质的属性处理物质的属性厂区厂区P&IDP&ID确定偏离原确定偏离原因的方法因的方法确定不利结确定不利结果的方法果的方法推广的方法推广的方法HAZOPHAZOP推理机制推理机制用户图形界面用户图形界面P&IDP&ID图解编缉器图解编缉器HAZOPHAZO

7、P有向图模型开发有向图模型开发计算机辅助计算机辅助HAZOP架构图架构图概述概述汇报内容汇报内容HAZOP小小 结结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概概 述述SDG-HAZOP 层次层次SDG-HAZOP分析流程分析流程SDG-HAZOP SDG一种基于定性因果一种基于定性因果关系的由节点和节关系的由节点和节点之间有向连线构点之间有向连线构成的网络图成的网络图SDG-HAZOPHAZOP是通过对关键变量是通过对关键变量的偏差的研究，来的偏差的研究，来寻找该偏差导致的寻找该偏差导致的所有不利后果以及所有不利后果以及所有导致该偏差所有导致该偏差的非正常原因的非正常原

8、因.HAZOP过程与过程与SDG方法有着天然的联系，研究利用方法有着天然的联系，研究利用SDG模型及基于图论模型及基于图论的推理方法，进行计算机自动的推理方法，进行计算机自动HAZOP分析，这就是分析，这就是SDG-HAZOP方法。方法。SDG-HAZOPSTEP1STEP2STEP3STEP4对每一设对每一设备单元定备单元定义变量确义变量确定定SDG模模型的节点型的节点列出单元列出单元各变量之各变量之间的间的“影影响方程响方程”确定支路确定支路状态状态建立单建立单元元SDG模型模型确定单元确定单元异常状态异常状态原因及后原因及后果构建设果构建设备单元评备单元评价后果价后果SDG-HAZOPv

9、“影响方程组影响方程组”，就是将设备单元中的所有变量就是将设备单元中的所有变量列在左侧，每一变量的右侧列出与之相关的变量，列在左侧，每一变量的右侧列出与之相关的变量，中间用指向左侧的箭头相连。右侧变量中与左侧中间用指向左侧的箭头相连。右侧变量中与左侧变量为增量影响的在变量前用变量为增量影响的在变量前用“+”+”表示，减量影表示，减量影响的用响的用“-”-”表示。若左侧变量没有任何相关的变表示。若左侧变量没有任何相关的变量，则说明该变量只与外部设备单元的变量相关，量，则说明该变量只与外部设备单元的变量相关，其右侧用其右侧用“0”0”表示表示v构建单元评价模型时，将相应单元的非正常原因构建单元评价

10、模型时，将相应单元的非正常原因作为原因节点，不利后果作为后果节点，引入模作为原因节点，不利后果作为后果节点，引入模型即可得到设备单元的评价模型。型即可得到设备单元的评价模型。SDG-HAZOPv SDG-HAZOP推理策略推理策略 （1）首先假设所有节点处于正常状态；）首先假设所有节点处于正常状态； （2）在层次）在层次SDG-HAZOP模型中，选择关键变量作为原始模型中，选择关键变量作为原始拉偏点，进行正反两向拉偏，然后由计算机进行正反两向拉偏点，进行正反两向拉偏，然后由计算机进行正反两向推理；推理； （3）正反两向推理后得出产生偏差的非正常原因和不利后）正反两向推理后得出产生偏差的非正常原

11、因和不利后果，从而实现果，从而实现HAZOP分析。分析。 n个节点的个节点的SDG-HAZOP模型模型,用用nn维的状态转移矩阵维的状态转移矩阵T来描述来描述SDG-HAZOP模型中支路的情形。其中模型中支路的情形。其中T中的第中的第i行行表示从第表示从第i个节点出发到其他节点的支路个节点出发到其他节点的支路,“1”代表支路符号代表支路符号为为“+”,“-1”代表支路符号为代表支路符号为“-”,“0”代表节点间无支路连代表节点间无支路连接。接。SDG-HAZOP初始偏差节点为当初始偏差节点为当前节点，设置偏差前节点，设置偏差状态，状态，”1”正偏差正偏差”-1“负偏差负偏差用当前节点状态值乘用

12、当前节点状态值乘T中对应当前中对应当前节点所在行，得新一组节点状态，若状态与前不同，节点所在行，得新一组节点状态，若状态与前不同，选择前一推理状态为准选择前一推理状态为准记记B中非零状态中非零状态节点为当前状态节点为当前状态节点节点从当前节点退回上从当前节点退回上一个父辈节点，并一个父辈节点，并设为当前节点，重设为当前节点，重复复B,C,D 从当前节点出发，从当前节点出发，重复重复B,C直到直到B中所中所有新状态均非零有新状态均非零SDG-HAZOP推理过程SDG-HAZOPvSDG-HAZOP建模实例介绍：建模实例介绍：v依据依据AHP，得到火电厂生产设备的递阶层次结构，得到火电厂生产设备的

13、递阶层次结构v首先建立基于分系统、子系统的系统首先建立基于分系统、子系统的系统SDG-HAZOP模型，然后再建立基于设备、基于组件的模型，然后再建立基于设备、基于组件的各分系统、子系各分系统、子系 SDG-HAZOP子图集合子图集合v据分、子系统的非正常原因在其下一级子图集合据分、子系统的非正常原因在其下一级子图集合内查找设备、组件的不利后果内查找设备、组件的不利后果SDG-HAZOP 以设备层的除氧器为例以设备层的除氧器为例,依照前述建模方法依照前述建模方法,建立基于设备级的建立基于设备级的 SDG-HAZOP模型模型电站除氧系统简介SDG-HAZOPv 影响方程为：影响方程为： 电站除氧系

14、统的电站除氧系统的SDG-HAZOP模型：模型：SDG-HAZOPv 因此，电站除氧器系统的因此，电站除氧器系统的SDG-HAZOP模型有模型有11个节点，个节点，用用1111维的状态转移矩阵维的状态转移矩阵T来表示，其中行和列的元素来表示，其中行和列的元素依次是依次是v 设初始偏差节点设初始偏差节点V2为当前节点，设状态为负偏差为当前节点，设状态为负偏差”-1“；用当前节点状态值去乘用当前节点状态值去乘T中的第三行得到新的一组节电状中的第三行得到新的一组节电状态态：（：（000000-10000）v 将该组状态值为非零的节点将该组状态值为非零的节点F2记为当前节点，从记为当前节点，从F2出发

15、，出发，重复重复V2的步骤，得到一组新节点状态（的步骤，得到一组新节点状态（0000000000-1）v 将该组中状态值非零的节点将该组中状态值非零的节点L标记为当前节点，重复上述标记为当前节点，重复上述操作。操作。SDG-HAZOPv 得推理结果得推理结果SDG-HAZOPv 结论：结论： SDGHAZOP的建模和推理，可以找到所有可能的不利的建模和推理，可以找到所有可能的不利后果和非正常原因，完备性好，推理过程用到矩阵，方便后果和非正常原因，完备性好，推理过程用到矩阵，方便计算机实现，节省时间、人力、推理深度高，该方法对于计算机实现，节省时间、人力、推理深度高，该方法对于大型化、复杂化的其

16、它过程工业都有着十分重要的实际推大型化、复杂化的其它过程工业都有着十分重要的实际推广意义。广意义。汇报内容汇报内容HAZOP小小 结结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概概 述述LDG-HAZOPvLDG-HAZOP： 分层分层有向图有向图HAZOP评价模型评价模型vLDG-HAZOP： LDG模型是模型是SDG的拓展，基本表达方式与的拓展，基本表达方式与SDG类类似，但在似，但在LDG模型里，所有模型里，所有HAZOP关键词均可关键词均可以被表示出来，同时所有相互影响关系都可以被以被表示出来，同时所有相互影响关系都可以被描述出来。描述出来。LDG-HAZOP L

17、DG示例图示例图LDG-HAZOPvLDG里的节点对应的是偏差，且每个节点对应一里的节点对应的是偏差，且每个节点对应一个偏差。个偏差。v一个过程变量可以对应多个节点，几多个偏差，一个过程变量可以对应多个节点，几多个偏差，不同偏差放在不同层上，但每个变量在每一层上不同偏差放在不同层上，但每个变量在每一层上至多出现一次。至多出现一次。vLDG偏差之间的相互影响有节点之间的有向连线偏差之间的相互影响有节点之间的有向连线表示。表示。LDG-HAZOPv LDG模型中使用原因标签和后果标签来表达模型中使用原因标签和后果标签来表达HAZOP最终最终报告所描述的每个偏差的原因和后果。报告所描述的每个偏差的原

18、因和后果。 原因和后果标签图原因和后果标签图该图表示，偏差该图表示，偏差“容器压力下降容器压力下降”，可能有两个原因：，可能有两个原因：入口管线入口管线泄漏泄漏“，”容器泄露容器泄露“，带来的一个不利后果：，带来的一个不利后果：”物料泄漏物料泄漏“。LDG-HAZOP以加氢裂化的出口以加氢裂化的出口流量为中心研究参流量为中心研究参数，包括了若干与数，包括了若干与之有关的参数之有关的参数加氢裂化反应器的加氢裂化反应器的部分部分LDG-HAZOP 模型模型LDG-HAZOPvLDG-HAZOP小结：小结：v自动自动HAZOP分析中常用的模型分析中常用的模型LDG，引入了分，引入了分层的概念，使模型表达能力比层的概念，使模型表达能力比SDG有了很大的提有了很大的提升，能够表达升，能够表达HAZOP分析中用到的全部引导词，分析中用到的全部引导词，并可以表达复杂的映射型因果关系。并可以表达复杂的映射型因果关系。v因此，因此，LDG模型能够系统化、条理化地表达几乎模型能够系统化、条理化地表达几乎全部全部HAZOP分析中需要的知识。这样基于分析中需要的知识。这样基于LDG模型的自动推理方法可以实现