一种石化过程半自动化HAZOP安全评价方法的研究

1、一种石化过程半自动化HAZOP安全评价方法的研究3张贝克李欣龙(北京化工大学化工安全教育部工程研究中心摘要危险与可操作性分析(HAZO P是一种广泛应用于石化流程工业的危险分析方法。但人工HA ZOP分析对分析人员要求较高,分析时易漏评、完备性差,且费时、费力、成本高。目前已有开发成功的基于SD G(符号有向图的计算机自动HA ZO P软件,但SD G方法难以得到后果的严重程度、发生概率和改进措施,无法替代专家的经验知识。针对这个问题,通过深入分析SD G -HA ZO P与人工HAZOP的机理特点,提出了一种结合两者优点的计算机辅助半自动化HAZO P方法,经案例论证此方法兼具效率与完备性,

2、具有较高的工程应用价值。关键词化工过程安全评价危险与可操作性分析符号有向图(SD G计算机辅助HAZO PDOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.03.022在石油化工安全分析和评价中,危险和可操作性分析(HAZOP是目前石化行业应用最为广泛的系统风险辨识方法之一1-2。但人工HA ZOP分析费时、费力、成本高。据美国最新统计,按美国国家安全与健康总署的规定,有25000个化工厂需要HAZOP安全分析,仅一轮评价费用就约需50亿美元1。针对人工HAZOP存在的缺点,人们开始研究利用计算机自动进行HAZO P分析。计算机自动HAZOP软件是指在HAZOP过程中寻找危险

3、的推理过程主要是由计算机自动完成。SD G(符号有向图是目前自动完成HAZOP最有效的方法。美国普渡大学开发了基于G2平台的HA ZO2 PExpert软件系统2。北京化工大学开发了国内第一款具有智能推理功能的SD G-HA ZOP分析软件3-4。但SD G-HA ZOP难以得到后果的严重程度、发生概率和改进措施,无法完全替代专家的经验知识。在深入分析SD G-HA ZO P和人工HAZOP的基础上,提出一种结合两者优点的计算机辅助半自动化HAZOP方法。此方法采用SD G-HAZOP的基本框架,兼有人工HAZOP的优点,可应用于全厂级全流程的HA ZOP分析。1人工HA ZO P分析HAZO

4、 P分析是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化、系统化分析方法,其分析的过程是由各专业人员组成的分析组按一定的原则将工艺过程划分为合理的分析节点(工艺单元,然后再针对每一个分析节点,识别出那些具有潜在危险的偏差。分析组对每个有意义的偏差都进行分析,分析它们的可能原因、后果、已有安全保护等,同时提出应该采取的措施和行动。这就是HA ZOP分析的核心内容5。人工HAZOP分析是一种基于浅层知识模型的,依赖于具体装置的方法6。人工HA ZO P流程如图1所示。这种方式强烈依赖于专家小组的素质。一个专家组长期在一起讨论问题容易陷入惯性思维;人的大脑难以遍历所有可能、不具有完备性、常常

5、遗漏一些事故;人工HAZOP分析费时费力,往往只能针对关键工段进行分析,限制了HA ZOP方法的应262CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS20093基金项目:黑龙江省科技攻关计划重点项目(G B06A106。用7。 但人工HAZOP 又有它难以替代的优势。人工HAZOP 可以对标准HAZOP 中所有的引导词进行分析。专家可对不利后果提出安全防护措施并分析其可能性与优先缓急来指导建议的实施8。 2SD G -HA ZO P 分析SD G 是一种基于深层知识、定性因果关系的表达方法,反映出当某变量状态发生正或负变化时引起其它过程变量状态变化的关系,

6、且SD G 模型易于构造故障的定性传播关系,能清晰、自然地表达变量之间的关系、易于事件的因果推理,是自动化推理分析的有效方法。SD G 模型由节点和支路组成,节点表示变量或事件,支路表示节点之间的相互作用关系9,10。利用SD G 模型进行HAZOP 分析,首先建立系统的SD G 模型,然后对关键节点进行拉偏,即假设节点状态为“+”或“-”,第三利用SD G 图进行推理(正向、反向得到不利后果和非正常原因。利用SD G 进行HAZO P 分析的流程如图2所示。SD G -HA ZOP 中的节点是人工HA ZO P 中关键变量的超集,利用计算机自动推理可以对所有的节点进行拉偏,从而具有对更多偏差

7、进行分析的能力,提高了分析的完备性。人工分析只能考虑与偏离点相邻的设备单元的非正常原因和不利后果,即使有经验的专家,也只能分析到与偏离点相近的几个设备单元的非正常原因和不利后果。而基于SD G 的分析,寻找非正常原因可以追溯到工艺过程的起始设备单元,判明不利后果可以追溯到工艺过程的末段设备单元。此外SD G -HAZO P 利用计算机自动推理其速度是非常快的,据论证,对于10万数量级的风险推理耗时在1秒之内,使得SD G 方法具有快速重复的能力11。但SD G -HA ZOP 的模型依赖性强,若模型的质量不好,结果也自然不好。另外SD G -HA ZOP 只能得到偏差的非正常原因与不利后果,而

8、无法得到危险的安全防护和风险等级。经过改进的基于风险的半定量SD G -HAZOP 方法又由于基础数据的缺乏及其有效性难以保证而使得推理得到的风险结论可信度差,难以实际应用。此外,SD G 只能对节点的正状态(MORE 或负状态(L ESS 进行推理,而人工HAZOP 可对所有引导词进行分析。3半自动化HA ZO P研究从上面的分析可以看出,人工HA ZOP与SD G -HAZOP都存在着本身难以克服的缺点,而它们的许多优势又是互补的。人工HAZO P最费时费力的偏差分析部分可以用SD G自动推理的方法来替代,而SD G方法难以分析后果的风险等级和安全防护措施等缺点可用人工HAZOP的方法来弥

9、补。HAZO P不但要得出潜在的危险还要给出可操作性建议,利用SD G方法完成前一半的工作,危险的风险等级、安全防护措施建议等后一半的工作采用人工方法进行。SD G方法通过计算机自动推理在很短的时间内(几秒就可对所有的偏差进行分析,且计算机具有记忆力好、表述明确的优势,弥补了人工方法的缺点,然后利用人工HAZOP的方法分析SD G-HA ZOP难以进行分析的非“正”、“负”偏差,并添加后果的风险等级与防护措施。SD G-HA ZOP和人工HA ZO P的分析流程是相似的,分析模块之间有着对应关系。这样就可以将人工HAZOP的某些模块与SD G-HA ZOP中的相对应模块互相替换,利用计算机自动

10、推理来完成大部分工作。可以相互替换的模块如表1所示。表1相对应模块列表人工HAZOP SD G-HAZOP划分节点划分子系统选择节点选择子系统提取关键变量提取节点选择有意义的偏差(引导词+关键变量拉偏节点专家对偏差进行分析自动推理在这些相对应的模块中,有的是完全等价的,可以直接替换,如:划分节点和划分子系统、选择节点和选择子系统。有些是可部分替换的,如:提取关键变量是提取节点的子集,需要进行补全或提取才能替换使用。它们的结合方式有两种,以人工HAZOP方法为主线的分析方法和以SD G方法为主线的HAZO P方法。3.1以人工HAZO P为主线的分析方法以人工HAZOP为主线的方法,利用两种方法

11、中相对应的模块进行信息共享。人工方法所选择的关键变量可以直接添加到SD G节点中,减少SD G 建模的工作量。由于人工HAZO P中的关键变量是SD G-HA ZO P中节点的子集,所以还需要补全其它节点。此方法流程图如图3所示,虚线部分表示被替代的模块、虚线双箭头表示等价模块、实线表示实际分析流程 。在分析的过程中,利用SD G自动推理完成对偏差的原因辨识和后果分析,再利用人工的方法添加对不利后果的风险分析、安全防护措施等。此方法采用SD G自动推理来代替人工的偏差分析,将人工HA ZOP中最费时费力的偏差分析部分交由计算机自动完成。由于要进行SD G自动推理,所以需要建立SD G模型;此方

12、法复用了人工HAZO P中一些可用于SD G建模的信息,加快了建模速度,减少了建模难度。3.2以SD G-HAZO P为主线的分析方法此方法以SD G-HA ZOP的分析流程为主线,加入了人工HAZO P分析中的某些模块。在分析462CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS2009过程中首先建立系统的SD G模型,然后对关键节点进行拉偏,关键节点对应着人工HA ZOP中的关键变量,正拉偏对应“MORE”引导词,负拉偏对应“L ESS”引导词。接下来利用SD G推理引擎自动对偏差的原因后果进行分析,对于SD G无法进行自动推理的其它引导词(除MORE/

13、L ESS采用人工的方法进行分析,由于其它引导词与变量组合产生的有意义偏差通常较少,所以这种方式并不会增加太多的工作量。接下来通过人工的方式分析风险等级和安全防护措施。这样直到所有子系统的所有偏差分析完毕,一次完整的HAZOP分析就完成了 此方法流程图见图4,虚线部分表示被替代的模块、虚线双箭头表示等价模块,实线表示分析路径。以SD G-HA ZOP为主线的分析方法相对于以人工HAZOP为主线的方法存在着诸多优点。首先此方法先建立了SD G模型,通过自动推理得到所有拉偏点的原因与后果,这个推理过程是连续的一次完成的。而以人工HA ZOP为主线的方法是对单个偏差进行SD G推理得到原因与后果再通

14、过人工的方法补全其它信息,如此循环直到所有偏差分析完毕,这个过程实质上是人工方法与自动推理交替进行,效率大大下降。其次以SD G-HA ZOP为主线的方法具有SD G推理完备性高的特点。4案例应用本案例应用“以SD G-HAZO P为主线”的方法进行分析,并将结果与人工HA ZOP和SD G-HA ZOP的结果从完备性、时效性等方面进行了比较。某厂煤气化工序将原料煤通过部分氧化的方法转化为合成气,由2个日投固量2000t的气化系列组成,有效气体(CO+H2总产量为2.84×106 m3/h。该工序采用壳牌公司的SCGP加压粉煤气化技术12。首先建立系统的SD G模型,然后将所有关键节

15、点一一拉偏,进行正向推理得到不利后果,反向推理得到非正常原因。推理共得到148条分析结论。接着采用人工的方式选择节点与其它引导词(除MORE/L ESS的组合并做出分析,得到7条结论。这7条结论的偏差部分如表2所示。表2人工添加的偏差列表偏差节点(变量引导词气化炉10EV1301维护气化炉10EV1301维护(SAFEGUARD高压储藏煤粉逆流高压储藏逆流(REV ERSE高压储藏助流氮气断流或堵塞高压储藏无(NON E无入炉氧气入炉氧气量无(NON E压缩机喘震压缩机出口激冷气流量逆流(REV ERSE无煤粉进料煤粉进料量无(NON E开工烧嘴无法点燃开工烧嘴燃烧情况无(NON E这些偏差的

16、引导词为维护、逆流、无,是SD G-HA ZOP无法进行推理的,也是本方法相对于SD G 方法的优势所在。最后利用人工方法对所有结论逐一添加安全防护措施和风险信息。表3是对三种方法做出的比较。从结论数量上看“半自动化HAZO P”最多,证明其完备性最高。由于“半自动化HAZOP”中加入(下转第268页可以使原水的COD值及色度等在很大程度上降低,达到较好的处理效果。(2钻井废水混凝过程的影响因素有:混凝剂的类型、加量、p H值以及高分子絮凝剂的加量。(3本试验中,混凝预处理能使COD值由原水的69748mg/L降为4547mg/L,去除率达93.48%;色度由混凝前的4500倍降低到100倍,

17、处理效果较明显。(4本试验中,混凝预处理絮凝剂聚铝约为7.5元/m3,高分子絮凝剂约为0.25元/m3,再加上p H 值调节所用试剂,总成本约为8元/m3,对钻井废水处理来说,预处理成本较低。(5因经混凝预处理后的COD值还是比较高,不符合废水排放标准,应进一步进行氧化处理,甚至用吸附等深度处理,使出水达标排放。(6混凝过程会产生大量的污泥,建议采用机械脱水之后,和废泥浆一起进行固化处理6。参考文献1闫毓霞.钻井废水达标处理技术研究.石油与天然气化工,2007 (5:429-4312邹享高等.钻井废水中主要污染物的研究J.油气田保护,1993,3 (2:10-143奚旦立等.环境监测.高等教育

18、出版社,19954王兵,冯英.水污染控制工程实验.西南石油大学.化学化工学院,2004,25周芳,等.钻井废水酸化-中和-混凝处理的试验研究.石油与天然气化工,2004(1:67-706李桂菊,王峰,徐娜,章川波.污泥固化技术的进展.三废治理. 2005(10:38-40收稿日期:2008-11-10;收修改稿:2008-11-25;编辑:冯学军(上接第265页了人工操作,所以花费时间比SD G-HAZOP多2天,但相对于“人工HA ZOP”则大大缩短了工期。此外“半自动化HA ZO P”也具有安全防护和风险信息分析能力。此案例证明了本文所提出的方法结合了传统人工HAZOP与SD G-HAZO

19、 P的优点,具有实际应用的能力。表3三种HAZOP方法对比人工HAZOP SD G-HAZOP半自动化HAZOP结论数量96个148个155个花费时间23日5日7日安全防护建议有无有风险信息有无有5结论本文提出的计算机辅助半自动化HA ZOP方法将SD G-HAZOP与人工HAZOP相结合,兼具两者的优点。经案例论证说明此方法具有速度快、效率高、完备性高、可进行风险等级及安全防护分析等优点。在提高化工安全水平、减少重大事故发生、防止环境污染、保障人员生命健康等方面具有重要意义。参考文献1Venkat Venkatasubramanian,Jinsong Zhao,Shankar Viswana

20、t han.Intelligent Systems for HAZOP Analysis of Com2 plex Process Plant sJ.Computers and Chemical Engineering, 2000,24:2291-23022TrevorA Kletz.Hazop-past and futureJ.Reliability Engineer2 ing and System Safety,1997,55:263-2663张贝克,夏涛,吴重光.集成化SD G建模、推理与信息处理软件平台J.系统仿真学报,2003:104吴重光,夏涛,张贝克.基于符号定向图(SD G深层

21、知识模型的定性仿真J.系统仿真学报,2003,15(10:16-185Vaidhyanat han&Venkat Venkatasubramanian A semi-quantita2 tive reasoning met hodology for filtering and ranking HAZOP re2 sult s in HAZOPExpertJ.Reliability Engineering and System Safety,1996,53:185-2036Venkat Venkatasubramanian,Jinsong Zhao,Shankar Viswanat ha

22、n Intelligent systems for HAZOP analysis of com2 plexprocess plant sJ.Computers and Chemical Engineering, 2000,24:2291-23027李映年,袁树海.浅析HAZOP分析在气田地面工程建设中的应用J.石油与天然气化工,2008,S1:146-1538郑贤斌.井控作业HAZOP技术及其模拟分析J.石油与天然气化工,2007,04:347-3529吴重光,夏涛,张贝克.基于符号定向图(SD G深层知识模型的定性仿真J.系统仿真学报,2003,15(10:16-1810李安峰,夏涛,张贝克

23、,等.化工过程SD G建模方法J.系统仿真学报,2003,15(10:1364-1368.Li An-feng,Xia Tao, Zhang Bei-ke,etc.SD G Modeling Approach forChemical Engi2 neering ProcessJ.Journal of Systerm Simulation,2003,15(10:1364-136811张贝克,夏涛,吴重光.SD G标准测试图及推理引擎论证J.系统仿真学报,2003:1012汪寿建.壳牌煤气化关键设备浅析J.化工设计通讯,2003,29(3:1-3作者简介张贝克:男,1976生,浙江人。博士,副教授

24、,主要从事研究系统仿真、安全评价工作。收稿日期:2008-07-22;编辑:冯学军862CHE MICA L E NGI NEERI NG OF OI L&G AS20096 C H EM I CA L EN GI N E ER I N G O F O IL & GA S J un. 2009 ,V ol . 38 , N o. 3 Measurement of the Oil Content in Oily Waste water Using Fluorescence Spectrophotometry Xu Shiro ng1 ,2 ,Duan Ming1 , Zhang

25、J ian3 , et al ( 1. College of Chemical Engineering , Normal U ni2 versit y of West of China , Nancho ng 637003 , Si2 chuan ,China ; 2. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitatio n , So ut h2 west Pet roleum U niversit y , Chengdu 610500 , Si2 chuan ,China ; 3. Research Ce

26、nter CNOOC , Beijing 100027 . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p258 261 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E Abstract : The linear relatio nship bet ween t he different co mpo nent s of crude oil and it s fluo res2 cence intensit y has been in

27、vestigated p reliminarily in t his paper . The result s show t hat t he correlatio n bet ween t he oil co ntent and it s fluorescence inten2 sit y is poo r as bot h t he st rengt h of t he fluorescence quench and t he oil co ncent ratio n are high ,t hen it is difficult in quantitative analysis usin

28、g standard curve met hod . But , t he correlatio n is good in t he low co ncent ratio n range of 0100mg/ L ( r > 0. 99 ,n = 8 . The range of t he goo d correlatio n depends o n t he co mpo nent s of t he sat urated f ragrance of t he oil . The liner relatio nship of t he Nanhai standard oil C co

29、ntaining high sat urated f ragrance , is still good in t he co ncent ratio n range of 0 160mg/ L ( r = 0. 9916 , n = 11 . The determinatio n of t he oil co ntent in oily wastewater using fluorescence spec2 t rop hoto met ry is accurate ( wit h t he relative stand2 ard deviatio n 3. 6 % , n = 5 , fas

30、t and co nvenient co mpared wit h visible spect rop hoto met ry. Keywords : fluorescence , fluorescence spect ro2 p hoto met ry , standard curve , oily wastewater , oil co ntent Abstract : HA ZO P is a widely used indust rial chemical p rocess in risk analysis. However , t he manual HA ZO P analysis

31、 is time co nsuming , st ren2 uo us and co stly. At p resent , a kind of co mp uter aided auto matic HA ZO P met hod based o n sign di2 rected grap h ( SD G has been developed successf ul2 ly. However , t he SD G - HA ZO P can get t he t risk - level , incidence and imp rovement measures got f ro m

32、t he expert s. For t his p ro blem , t he mech2 anism of SD G - HA ZO P and artificial HA ZO P is analyzed in dept h , and a co mp uter - aided semi Study of a Semi - automatic Chemical Process HAZOP Safety Evaluation Method Zhang Beike , Li Xinlo ng (Beijing U niver sit y of Chemical Technology , R

33、esearch Center of t he Minist ry of Educatio n for Chemical Safet y Engi2 neering , Beijing 100029 , China . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p262 265 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publ

34、ishing House. All rights reserved. Primary Disposal Study of Drill ing Waste w ater in Tarim Oil Field Du Guoyo ng1 , Mo u J ingfang1 , He Na2 ( 1. So ut hwest Pet roleum U niver sit y , Chengdu 610500 ; 2. Research Instit ute of Nat ural Gas Tech2 nology , So ut hwest Oil and Gasfield Co mpany of P

35、et ro China . C H EM I CA L E N GI N E ER I N G O F O IL & GA S , V OL . 38 , N O. 3 , p p266 268 , 2009 ( I S S N 1007 - 3426 , I N C H I N ES E Abstract : Coagulatio n sedimentatio n was co n2 firmed t he p rimary dispo sal met hod of drilling wa2 ter in Tarim oil field. The met ho d was resul

36、ted f ro m t he analysis of t he characteristics , so urce and p resent t reat ment co nditio n of t he drilling wastewater. Meanwhile , t he p ractical circum2 stance of t he drilling wastewater in Tarim was co n2 sidered , and t he water qualit y characteristics was determined by a lot of test s.

37、U sing coagulatio n sedimentatio n met hod , t he removal rate of COD in t he drilling wastewater can get 93. 48 %. It has a certain referential applicatio n value in t he drilling wastewater t reat ment of Tarim oil field. Keywords : drilling wastewater , wastewater t reat ment , coagulatio n sedimentatio n Preparation and Perf ormance of the ZY - 1 Multi2 f unctional Se wage Disposal Agent Guo Hui1 , Ou Tianxio ng1 , Zhao J iajun2 , et al ( 1. Oil Productio n Engineering Technology I