王春利　李傳坤

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)了 “石化系統(tǒng)定性定量復(fù)雜故障診斷技術(shù)研發(fā)”等3項(xiàng)國(guó)家863課題，10多項(xiàng)企業(yè)研究課題，獲得了8項(xiàng)發(fā)明專利，開(kāi)發(fā)出能夠適應(yīng)各種不同工況，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石化裝置異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警診斷系統(tǒng)，填補(bǔ)了在國(guó)家這一方面的技術(shù)及產(chǎn)品空白。

石化生產(chǎn)過(guò)程工藝連續(xù)性強(qiáng)、控制條件異常苛刻，生產(chǎn)在高溫、高壓、易燃、易爆等危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行，發(fā)生異常工況后如果處理不當(dāng)，極易造成設(shè)備損壞甚至事故發(fā)生。而石化生產(chǎn)過(guò)程異常工況具有隱蔽性強(qiáng)、危害大、關(guān)聯(lián)因素多等特點(diǎn)，目前企業(yè)對(duì)異常工況的監(jiān)測(cè)預(yù)警手段還大多停留在依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析處置的水平，并且現(xiàn)有控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記錄無(wú)法在異常狀況發(fā)生時(shí)為操作人員提供足夠的支持，造成操作人員很難快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其根原因，從而造成誤判或是誤操作，嚴(yán)重的甚至造成事故發(fā)生。因此，如何準(zhǔn)確判斷出異常工況并控制異常工況的發(fā)生是避免事故發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隨著裝置的大型化、復(fù)雜化，過(guò)去傳統(tǒng)的靜態(tài)、局部、滯后、單一因素的報(bào)警和分析的方法已無(wú)法適應(yīng)安全管理的需要，正逐步發(fā)展為針對(duì)動(dòng)態(tài)工況的實(shí)時(shí)、系統(tǒng)化、多因素的監(jiān)控預(yù)警和分析的方法，輔助操作人員全面有效地分析當(dāng)前狀態(tài)和診斷過(guò)程異常。中國(guó)石化青島安全工程研究院為了解決生產(chǎn)中異常工況所帶來(lái)的問(wèn)題，密切跟蹤國(guó)際上異常工況管理技術(shù)的最新研究成果，自2004年組建了石化裝置安全運(yùn)行智能監(jiān)測(cè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在廣泛研究比較了國(guó)外同類型研究成果基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)工程、化學(xué)工程、系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)等多學(xué)科交叉，充分利用軟件領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在異常工況基礎(chǔ)理論方法研究、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)及工業(yè)應(yīng)用等多方面的創(chuàng)新。所開(kāi)發(fā)的異常工況診斷技術(shù)充分利用DCS控制系統(tǒng)、MES系統(tǒng)及LIMS系統(tǒng)等海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從中挖掘有效的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置異常，并提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)安全操作措施，幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除由于異常工況等原因造成的安全隱患，有效避免誤操作，降低生產(chǎn)過(guò)程的擾動(dòng)，保障生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)石化裝置異常工況智能監(jiān)測(cè)預(yù)警與安全操作管理。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)了 “石化系統(tǒng)定性定量復(fù)雜故障診斷技術(shù)研發(fā)”等3項(xiàng)國(guó)家863課題，10多項(xiàng)企業(yè)研究課題，獲得了8項(xiàng)發(fā)明專利，開(kāi)發(fā)出能夠適應(yīng)各種不同工況、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石化裝置異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警診斷系統(tǒng)，填補(bǔ)了國(guó)家在這一方面的技術(shù)及產(chǎn)品空白。

該系統(tǒng)主要包括工藝狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與性能分析、故障根原因分析、報(bào)警等級(jí)評(píng)估、安全專家知識(shí)庫(kù)等功能模塊。針對(duì)大型復(fù)雜動(dòng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化和多參數(shù)耦合的復(fù)雜特性，根據(jù)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，采用多維空間狀態(tài)分析技術(shù)建立設(shè)備運(yùn)行正常工況和實(shí)時(shí)運(yùn)行的“相似度曲線”，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線智能監(jiān)測(cè)。針對(duì)一般的單元操作設(shè)備（如換熱器、加熱爐、泵、壓縮機(jī)、塔、罐等），按照物料平衡與熱量平衡的計(jì)算，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，從而在設(shè)備性能下降的情況下，提前通知設(shè)備人員進(jìn)行維護(hù)，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低設(shè)備突然發(fā)生事故的概率。

針對(duì)石化裝置異常工況的多變性和復(fù)雜性，研究形成了基于專家系統(tǒng)和機(jī)理模型的確定型異常工況識(shí)別、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和狀態(tài)空間分析的不確定型異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)，建立了基于特征融合的異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異常工況的智能識(shí)別與監(jiān)測(cè)預(yù)警。針對(duì)石化生產(chǎn)過(guò)程中異常工況多變性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，將異常工況分為確定型和不確定型兩類，開(kāi)發(fā)基于專家系統(tǒng)的確定型和基于多維空間狀態(tài)分析的不確定型異常工況識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異常工況的準(zhǔn)確識(shí)別，從而為異常工況的診斷及安全操作提供可靠基礎(chǔ)。

針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程異常工況觸發(fā)因素多、參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了基于故障樹(shù)和基于符號(hào)有向圖的異常工況根原因分析技術(shù)，建立了異常工況判斷專家知識(shí)庫(kù)。該知識(shí)庫(kù)集成了優(yōu)秀操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)和完善各種事故（異常）情況處理方案，當(dāng)裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，通過(guò)該系統(tǒng)操作人員還可以及時(shí)記錄操作和處理異常情況（包括事故）的過(guò)程，并作為專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入專家知識(shí)庫(kù)，從而幫助操作人員及時(shí)積累操作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合裝置危險(xiǎn)與可操作性分析、事故應(yīng)急預(yù)案、操作規(guī)程等涉及工藝、設(shè)備及儀表的相關(guān)信息等構(gòu)成專家知識(shí)庫(kù)。在后續(xù)裝置運(yùn)行過(guò)程中，一旦出現(xiàn)類似情況，即可自動(dòng)提示相關(guān)專家指導(dǎo)建議，指導(dǎo)操作人員對(duì)裝置的運(yùn)行控制從事后被動(dòng)干預(yù)型變?yōu)槭轮小⑹虑爸鲃?dòng)預(yù)防型，保障裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升裝置智能化操作水平。同時(shí)系統(tǒng)每天自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析高低報(bào)警參數(shù)、平均報(bào)警個(gè)數(shù)、工段報(bào)警個(gè)數(shù)、班組報(bào)警個(gè)數(shù)等，提供評(píng)價(jià)生產(chǎn)過(guò)程操作水平和裝置運(yùn)行水平的定量依據(jù)，為安全操作及優(yōu)化管理提供指導(dǎo)。

石油化工裝置自身具有很大的危險(xiǎn)性，異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)是針對(duì)裝置在非正常工況、甚至是在事故狀態(tài)下的運(yùn)行情況，在實(shí)際的裝置上進(jìn)行試驗(yàn)是不允許的。所以，構(gòu)建一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程高度逼近的仿真試驗(yàn)系統(tǒng)是非常必要的。石化生產(chǎn)異常工況分析測(cè)試仿真試驗(yàn)平臺(tái)借助高速計(jì)算機(jī)及仿真技術(shù)，通過(guò)對(duì)石化生產(chǎn)裝置的工藝、控制方案的模擬，構(gòu)造與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相類似的試驗(yàn)平臺(tái)，能夠在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)工藝的操作優(yōu)化、控制方案的優(yōu)化、故障設(shè)置及診斷，并可應(yīng)用該平臺(tái)對(duì)開(kāi)發(fā)的異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警模型與算法進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)證。該平臺(tái)主要實(shí)驗(yàn)裝備由服務(wù)器、仿真計(jì)算機(jī)、DCS控制系統(tǒng)、ESD緊急停車系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、過(guò)程仿真模擬軟件、異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)等軟硬件設(shè)施組成，形成了完整的石化生產(chǎn)過(guò)程模擬、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷的安全研究中心。該平臺(tái)可用于研究、開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)、測(cè)試和驗(yàn)證危險(xiǎn)識(shí)別與分析技術(shù)，故障診斷技術(shù)，非正常工況指導(dǎo)信息系統(tǒng)技術(shù)等，同時(shí)也是所開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的示范環(huán)境和技術(shù)培訓(xùn)環(huán)境。在該綜合試驗(yàn)平臺(tái)不僅可以進(jìn)行單裝置的試驗(yàn)，還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全廠性的安全工程解決方案研究。

所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)已經(jīng)在鎮(zhèn)海煉化、燕山石化等大型煉化企業(yè)的常減壓、催化裂化、乙烯及已內(nèi)酰胺等裝置上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。系統(tǒng)通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并對(duì)各種異常工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警和根原因分析，幫助現(xiàn)場(chǎng)人員迅速處置，使生產(chǎn)異常的處理模式由事后的經(jīng)驗(yàn)分析處理變成事前、事中的實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)與分析指導(dǎo)，大大提高異常工況的處置效率與成功率，有效地避免了由于異常工況造成的緊急狀態(tài)甚至事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了異常工況的智能診斷與精細(xì)化管理，提高了企業(yè)的生產(chǎn)決策科學(xué)性與安全生產(chǎn)管理水平。

鏈接：

團(tuán)體簡(jiǎn)介：牟善軍領(lǐng)導(dǎo)的石化裝置運(yùn)行動(dòng)態(tài)智能監(jiān)控技術(shù)團(tuán)隊(duì)先后承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)課題，以及中國(guó)石化科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目20多項(xiàng)。成功開(kāi)發(fā)并推廣了異常工況監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、泄漏監(jiān)測(cè)智能預(yù)警、防爆EXPAD及移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)等系列技術(shù)和產(chǎn)品。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的“石化裝置異常工況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警與安全操作指導(dǎo)系統(tǒng)”已被列入了國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局2013年安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)，以及國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局安全科技“四個(gè)一批”推廣應(yīng)用項(xiàng)目；成果先后獲得國(guó)家安全監(jiān)督管理總局科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和中國(guó)石化集團(tuán)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并已在燕山石化、齊魯石化等特大型煉化企業(yè)數(shù)十套裝置實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)的發(fā)展目標(biāo)是力爭(zhēng)成為中國(guó)石化裝置安穩(wěn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的支撐單位，在掌握裝置運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的挖掘，建立中國(guó)石化的裝置過(guò)程安全數(shù)據(jù)中心。 責(zé)編/萬(wàn)海濱