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1、HAZOP软件研究与应用进展,赵劲松 教授 化工过程事故与预防研究中心 过程系统工程研究所 清华大学化工系 Email： 电话2011年11月15日于北京,内容提要,HAZOP软件研究背景 HAZOP软件流派简介 HAZOP智能软件研究与应用 结束语,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP：Hazard and Operability 危险和可操作性分析 是所有工艺（过程）安全评价方法中系统性、全面性最好的方法,HAZOP软件研究背景,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,团队有58人组成 领导团队的负责人（组长） 工艺设计人员 装置操作人员 仪表控制人

2、员 安全/环境人员 机械/电气 ,HAZOP软件研究背景,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP分析中的问题 一项复杂并消耗大量人力资源的知识活动，人员容易疲劳 58个人的HAZOP分析小组 几个星期几个月 68个小时/天 很多企业在推行HAZOP时往往半途而废 人工分析，容易疏漏，导致分析结果不一致或不全面，形成安全隐患 安全评价不彻底、不全面是事故的主要原因之一,HAZOP软件研究背景,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP分析中的问题（续） 美国的费用 完成一个典型过程的危险分析需要18 星期，有的长达6个月 美国一年在危险分析方面花费40亿50亿美元 直接费用 间接费用 对一个大的化学公司来讲

3、，这样的花费相当于1的销售额或10的利润 中国的费用 如果请国外专家 一个过程34个星期 一个专家的费用大约200300美元/小时,HAZOP软件研究背景,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP软件研究背景,如何提高HAZOP小组的工作效率？ 如何避免HAZOP分析小组在工作中的疏漏？ 随着计算机信息技术的发展，国际上从80年代开始，开发、推广、使用计算机软件 大家注意： 早在60、70年代，HAZOP分析没有软件 记录员记录在纸上,HAZOP计算机软件流派简介,两大流派 文档记录型软件 智能型软件,赵劲松，清华大学化工系,商业化的HAZOP计算机软件流派,文档记录工具型 加拿大Dyadym公司的

4、PHAPro 美国Primatech公司的PHAWorks 英国ISOGraph公司的HAZOP+ Excel模板 ,赵劲松，清华大学化工系,加拿大Dyadym公司的PHAPro,上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站,赵劲松，清华大学化工系,美国Primatech公司的PHAWorks,上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站,赵劲松，清华大学化工系,ISOGraph 公司的HAZOP+,上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站,赵劲松，清华大学化工系,13/65,ioMosaics HAZOPtimizer,上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站,赵劲松，清华大学化工系,问题,2011年11月15日于北京,赵

5、劲松，清华大学化工系,记录软件可以节省一定量的时间，但是不能帮助HAZOP分析小组避免分析的疏漏。 那么应该如何帮助HAZOP专家小组避免分析中的疏漏，进一步提高HAZOP小组的分析结果质量？,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,摘自：Jordi Dunja, Vasilis Fthenakisb,Juan A. Vlcheza, Josep Arnaldos. Hazard and operability (HAZOP) analysis. A literature review，Journal of Hazardous Materials, 2009,HAZOP与其他 P

6、HA比较,HAZOP在其他 领域应用,HAZOP经验分享,可编程系统的 HAZOP,HAZOP自动化 专家系统软件开发,HAZOP与流程 动态模拟的集成,HAZOP智能型软件研究,HAZOP研究领域,在所有公开发表的国际文献中所占百分比,商业化的HAZOP计算机软件流派,智能型（利用人工智能技术） 第一代：基于SDG模型的HAZOP软件 美国普渡大学PHASuite 本人于1997年夏2001年初负责完成了其商业化开发 英国拉夫堡大学（Loughbourgh ）大学的HAZID 由HAZID 公司商业化 第二代：基于案例推理技术和本体论的HAZOP软件 清华大学HAZOPSuite,赵劲松，清

7、华大学化工系,HAZOP计算机软件流派,自1956年斯坦福大学计算机专家约翰麦卡锡创立了“人工智能”一词，过去的半个多世纪以来，人工智能的发展脚步总是走走停停 人类对人工智能充满了幻想，又充满了担心,赵劲松，清华大学化工系,计算机Deep Blue（深蓝）,1997年，计算机“深蓝”打败了国际象棋冠军卡斯帕罗夫,赵劲松，清华大学化工系,但是 象棋是比较容易的,规则可以在一张纸上写完 可能的路径仅有35种 化工厂的情况则远比象棋复杂,赵劲松，清华大学化工系,赵劲松，清华大学化工系,普渡大学HAZOP软件PHASuite,美国普渡大学化工系智能过程系统工程实验室 1992-2000年完成 由本人于

8、1997年2001年领导一个小组完成了商品化开发 面向制药过程、精细化工过程的基于SDG模型和规则的专家系统 50万条C+计算机程序 通过了20多个化工过程实例的测试 在G.D.Searle （后被辉瑞公司收购）、Eli Lilly（礼来公司）得到了广泛应用,2011年11月15日于北京,Venkat Venkatasubramanian教授,一个典型的间歇化工过程流程,间歇生产步骤,任务（主要步骤）,反应,过滤,干燥,子任务（小步骤）,加入原料A,加入原料B,加热,保持温度,倒料,过滤,倒料,干燥,卸料,赵劲松，清华大学化工系,2010.12.16,赵劲松，清华大学化学工程系,普渡大学HAZ

9、OP软件PHASuite原理,8 种过程物料 反应物, 溶剂, 氮气,中和剂, 中间产物和产物 5 个过程设备 反应器、过滤器、干燥器、接收罐、净化塔 3 个大步骤 反应、过滤、干燥 20 个小步骤 加热、搅拌、冷却、反应、倒空、过滤等,赵劲松，清华大学化学工程系,普渡大学HAZOP软件PHASuite 应用实例,学术成果早在2000年公开发表,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,2002年被列为化学工程领域代表性计算机软件工具之一,摘自：Ralph Schneider, Wolfgang Marquardt. Information technology support i

10、n the chemical process design life cycle. Chemical Engineering Science, Volume 57, Issue 10, May 2002, Pages 1763-1792,赵劲松，清华大学化学工程系,后续的研究工作在2005年发表,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,普渡大学HAZOP软件PHASuite,产生报告很快 但是 所建模型不具有普遍适用性，很难推广使用 结果可靠性如何？ HAZOP专家还要研判 分析是否完全？ 否 非常规的HAZOP分析仍然需要HAZOP专家小组去分析,赵劲松，清华大学化学工程系,赵

11、劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZOP软件存在的问题,每次分析新的装置，都需要软件的开发方帮助建立客户化模型 客户化工作量大 工作周期长 模型本身的验证困难 直接影响了其分析结果的可靠性 现实：这类软件在企业上线运行的非常少,氯化氢合成工段模型,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZOP软件问题,仅能够自动化常规HAZOP分析 所谓常规HAZOP分析并不是意味着简单的分析或容易的分析 常规HAZOP分析是指对各种不同的过程，问题和逻辑类似的那些分析 流量过大会怎么样？ 温度过低会怎么样? 一般来讲，6080% 的分析是常规HAZOP分析,赵劲松，

12、清华大学化工系,基于模型的HAZOP专家系统问题,2040% 的分析为非常规分析，仍然要由人来完成 在开车过程中投放错误的物料会怎么样？ 在精馏塔的开车过程中操作顺序错误会怎么样？ 吉化事故就是操作顺序错误 操作顺序是一个排列组合问题，很难模型化 设备的布置不合理会怎么样？ 基于SDG模型的HAZOP软件大多在回避这一关键问题 过分强调HAZOP软件的优势,这种说法，你们信吗？,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,这种说法，你们信吗？,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP 分析的人机对决,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,基于S

13、DG模型的HAZID软件HAZOP分析结果可靠性测试,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试由英国拉夫堡大学研究人员完成 测试结果于2000年公开发表在英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页,基于SDG模型的HAZID软件测试实例1、氨吸收单元,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78卷

14、，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例2、三氯乙烷存贮单元,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例3、丙烷精馏,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第7

15、8卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例4、苯存贮单元,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZOP软件测试实例5、分离系统,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78

16、卷，第2期，第91页119页，2000年,赵劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZOP软件HAZID的测试结果,测试：五个化工单元 HAZOP专家小组先做一遍分析 再用HAZID软件做一遍分析，把两者的分析结果进行对比,2011年11月15日于北京,专家小组识别出的危险中被HAZID软件识别出的危险%,HAZID软件识别的危险中被专家小组评价正确的危险%,HAZID软件识别的危险中被专家小组评价正确的而又有意义的危险%,该测试结果摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊 Process Safety and Environmental Protection 第78卷第2期，第91页1

17、19页，2000年,公开发表的论文 Cui Lin, Zhao Jinsong. Process Safety Progress, 2008.27(4).293-305. 美国化学工程师学会（AIChE） 会刊,为提高模型的知识表达能力提出了分层有向图LDG模型（三维模型）,41,赵劲松，清华大学化学工程系,与流程设计软件SmartPlant P&ID 的集成； 公开发表的论文 Cui Lin, Zhao Jinsong. Process Safety and Environmental Protection，2010,88(5)：327-334. 英国化学工程师学会(IChemE) 会刊,分

18、层有向图LDG模型的应用,42,赵劲松，清华大学化学工程系,赵劲松，清华大学化工系,但是仍然没有解决的问题,模型客户化工作量大 客户化工作周期长 模型本身的验证困难 计算机软件产生的HAZOP分析结果不令人满意,氯化氢合成工段模型,赵劲松，清华大学化工系,HAZOPSuite简介,为克服上述问题，将人工智能研究领域的案例推理技术（Case based Reasoning CBR) 和本体论（Ontology）引入HAZOP分析，开发了新一代HAZOP专家系统HAZOPSuite 人类专家经常会发现通过把过去的案例联系起来解决问题要比归纳出严密的规则或模型来解决问题更容易 HAZOP分析也是如此

19、 很难归纳总结出“非常规问题”模型,赵劲松，清华大学化工系,案例推理基本原理,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,案例相似度算法,本体论（Ontology）,本体论最早是一个哲学的范畴，后来随着人工智能的发展，被人工智能界给予了新的定义 定义(美国斯坦福大学的Thomas Gruber) 概念体系的明确的规范说明 Ontology 技术已成为异构环境下系统集成的一个关键技术。 解决不同的用户工程术语习惯不同的问题 反应釜里的案例可以用于解决聚合釜中的问题,构建本体库,过程本体 单元操作本体 设备本体 HAZOP 本体 ,赵劲松，清华大学化工系,案例推理和本体论的HAZOP 软

20、件系统论文于2009年在国际学术期刊上公开发表,赵劲松，清华大学化工系,HAZOPSuite软件平台简介,可用于 企业集团 石化公司 工程公司 化工企业 制药企业 .,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,应用情况,系统已经安装在 独山子信息中心 开展了90多个石油、化工流程的HAZOP分析项目 中石油安全环保研究院 完成了近20个石油、化工过程的HAZOP分析项目 ,HAZOPSuite,内网环境下实现HAZOP的知识共享和HAZOP项目管理 多个HAZOP小组之间可以互相学习 多个分公司之间可以相互学习 不仅提高了HAZOP的效率和质量，还打消了部分企业的畏难情绪 促进了企业的HAZOP人才培养,赵劲松，清华大学化工系,独山子现场工作照片,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,独山子现场工作照片,2011年11月15日于北京,赵