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1、一种石化过程半自动化HAZOP安全评价方法的研究pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 石 油 与 天 然 气 化 工 262 CHEMICAL ENGINEE RING OF OIL & GAS 2009 一种石化过程半自动化 H A ZO P 安全评价方法的研究 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( H AZ OP ) 是一种广泛应用于石化流程工业的危险分析方法。 但人工 H AZOP 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
2、于 SDG( 符号有向图) 的计算机自动 H AZOP 软件, 但 SDG 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 SDG - H AZOP 与人 工 H AZOP 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 H AZOP 方法, 经案例论证此方法兼具效率与完备性, 具有较高的工程应用价值。 关键词 H AZOP DOI: 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( H AZ
3、OP ) 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 化 工过 程安全 评价 危 险与可 操作性 分析 符 号有向 图( SDG ) 计算机 辅助 基本框 架, 兼有人工 H AZOP 的优点, 可应用于全 厂级全流程的 H AZOP 分析。 。但人工 H AZOP 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 H AZOP 安全分析, 仅一轮评价费用就约需 50 亿美 元 1 。针对人工 H AZOP 存在的缺点, 人们开始研 究利用计 算机自动进行 H AZ OP 分析。计算机 自 动 H AZO
4、P 软件 是指在 H AZOP 过程 中寻找危 险 的推理过程主要是由计算机自动完成。SDG( 符号 有向图) 是目前自动 完成 H AZOP 最有效的方法。 美国 普 渡 大 学 开 发 了 基 于 G2 平 台 的 H AZO P Expert 软件系统 件 3- 4 2 1 人工 H AZOP 分析 H AZOP 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
5、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 H AZOP 分析的核心内容 5 。人工 H AZ OP 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 。北京化工大学开发了国内第 一款具有智能推理功能 的 SDG- H AZOP 分 析软 。但 SDG- H AZOP 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 SDG- H AZ OP 和人工 H AZOP 的 基础上, 提出一种结合两者优点的计算机辅助半自 动化 H AZOP 方
6、法。此方法采用 SDG- H AZOP 的 基金项目: 黑龙江省科技攻关计划重点项目( GB06A 106) 。 。人工 H AZOP 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、 常常遗漏一 些事故; 人工 H AZOP 分析费时费力, 往往只能针 对关键工 段进 行分 析, 限制 了 H AZ OP 方法 的应 * 第 38 卷 第3期 一种石化过程半自动化 H AZOP 安全评价方法的研究 263 用 。 但人工 H AZOP 又有它难 以替代的 优势。人 工 H AZOP 可以 对
7、标准 H AZOP 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 7 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 SDG 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 SDG- H AZOP 利用计
8、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 SDG 方法 具有快速重复的能力 11 。 但 SDG- H AZ OP 的模型依赖性强, 若模型的 质量不好, 结果也自然不好。另外 SDG- H AZ OP 只能得到偏差的非正常原因与不利后果, 而无法得 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 SDG- H AZOP 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, SDG 只能对节 点的正状态( MORE) 或负状态( LESS) 进行推理, 而 人工 H AZO
9、P 可对所有引导词进行分析。 2 SDG- H AZOP 分析 SDG 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, 且 SDG 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。SDG 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 SDG 模型进行 H AZOP 分析, 首先建立系 统的 SDG 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 SDG 图
10、进行推理 ( 正向、 反向 ) 得到 不利后 果和 非正 常原 因。利 用 SDG 进行 H AZOP 分析的流程如图 2 所示。 SDG- H AZOP 中的节点是人工 H AZOP 中关 石 油 与 天 然 气 化 工 264 CHEMICAL ENGINEE RING OF OIL & GAS 2009 3 半自动化 H AZOP 研究 从上面的分析可以看出, 人工 H AZOP 与 SDG - H AZOP 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 H AZOP 最费时 费 力的偏差分析部分可以用 SDG 自动推理的方法来 替代, 而 SDG 方法难以分析后果
11、的风险等级和安全 防护措施等缺点可用人工 H AZOP 的方法来弥补。 H AZOP 不但要得出潜在的危险还要给出可操 作性建议, 利用 SDG 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。SDG 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 H A ZOP 的方法 分析 SDG- H AZ OP 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。 SDG- H AZOP 和人工 H AZOP 的分析流程是
12、 相似的, 分析模块之间有着对应关系。这样就可以 将人工 H AZOP 的某些模块与 SDG- H AZOP 中的 相对应模块互相替换, 利用计算机自动推理来完成 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 H A ZOP SDG- H A ZOP 划分节点 选择节点 提取关键变量 选择有意义的偏差( 引导词+ 关键变量) 专家对偏差进行分析 划分子系统 选择子系统 提取节点 拉偏节点 自动推理 建模的工作量。由于人工 H AZOP 中的关 键变量 是 SDG- H AZOP 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
13、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 SDG 自动推理完成对偏 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 H AZOP 方法为主线的分析 方法和以 SDG 方法为 主线的 H AZOP 方法。 3. 1 以人工 H AZOP 为主线的分析方法 以人工 H AZ OP 为主线的方法, 利用两种方法 中相对应的模块进
14、行信息共享。人工方法所选择的 关键变量可以直接添加到 SDG 节点中, 减少 SDG 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 SDG 自动推理来代替人工的偏差分析, 将人工 H AZOP 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 SDG 自动推理, 所以需要建 立 SDG 模型; 此方法复用了人工 H AZOP 中一些可 用于 SDG 建模的信息, 加快了建模速度, 减少了建 模难度。 3. 2 以 SDG- H AZOP 为主线的分析方法 此方法以 SDG- H AZOP 的分析流程为主线, 加入了人工 H AZ
15、OP 分析中的 某些模块。在分析 第 38 卷 第3期 一种石化过程半自动化 H AZOP 安全评价方法的研究 265 过程中首先建立系统的 SDG 模型, 然后对关键节点 进行拉偏, 关键节点对应着人工 H AZOP 中的关键 变量, 正 拉偏 对 应 M ORE 引 导 词, 负 拉 偏 对 应 L ESS 引导词。接下来利用 SDG 推理引擎自动对 偏差的原因后果进行分析, 对于 SDG 无法进行自动 推理的其它引导词 ( 除 M ORE/ 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 H AZOP 分析就完成了。 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 SDG- H AZOP 为 主线的方法具有 SDG 推理完备性高的特点。 4 案例应用 本案例应用 以 SDG- H AZOP 为
