許 晶，劉 義，張 毅，趙文芳

(1.中國石化安全工程研究院，山東青島 266071)(2.中國石油大學(xué)(華東)，山東青島 266580)

基于HAZOP的應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)研究與開發(fā)

許 晶1，劉 義2，張 毅1，趙文芳1

(1.中國石化安全工程研究院，山東青島266071)(2.中國石油大學(xué)(華東)，山東青島266580)

基于HAZOP分析成果，構(gòu)建石油化工行業(yè)HAZOP風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，以HAZOP風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫為依據(jù)，開發(fā)應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能查詢、管理、更新等功能，同時(shí)利用HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)與DCS接口，在不影響中控室DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，以報(bào)警狀態(tài)下的DCS信號(hào)來觸發(fā)HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)并訪問數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)裝置非正常工況下的運(yùn)行指導(dǎo)和解決方案，有效地提高企業(yè)的工藝安全管理水平，使HAZOP分析成果的價(jià)值最大化、信息化，并能實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)共享。

HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫 非正常工況

HAZOP分析方法可有效地對(duì)裝置工藝流程、系統(tǒng)單元進(jìn)行危險(xiǎn)辨識(shí)與分析，其應(yīng)用范圍廣泛，適用于裝置、設(shè)備生命周期始終。經(jīng)過HAZOP分析后，提出建議措施并形成紙質(zhì)報(bào)告，督促企業(yè)整改落實(shí)，HAZOP分析成果可以用來對(duì)新員工、操作人員、管理者等進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)于指導(dǎo)裝置安全生產(chǎn)運(yùn)行具有重要意義。但目前各企業(yè)均以紙介質(zhì)的形式保存HAZOP分析報(bào)告，既不便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行查詢，又不利于為現(xiàn)場(chǎng)人員在應(yīng)急處置時(shí)提供實(shí)時(shí)的幫助。此外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中裝置出現(xiàn)變更等問題，紙質(zhì)的HAZOP報(bào)告也不便于對(duì)其進(jìn)行修改，目標(biāo)裝置HAZOP分析的后續(xù)適用性和準(zhǔn)確性將大大降低。而且生產(chǎn)過程中非正常工況的出現(xiàn)往往帶有很強(qiáng)的不可預(yù)見性和危險(xiǎn)性，在這些非正常工況即將出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)后，如何迅速地做出決策，在事故發(fā)生前及時(shí)遏制住參數(shù)的偏離，或者在事故發(fā)生時(shí)盡量減少破壞及傷亡，備受各生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，亟待研究和解決[1]。所以，基于HAZOP分析成果，構(gòu)建石油化工行業(yè)HAZOP風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，以HAZOP風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫為依據(jù)，開發(fā)應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能查詢、管理、更新等功能，實(shí)現(xiàn)為企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)處置人員在及時(shí)選擇應(yīng)急手段和處理辦法提供幫助，同時(shí)將HAZOP分析成果價(jià)值最大化，其意義十分重要。借助高科技產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，急需將HAZOP技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，跟上國際的研究步伐[2]。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

基于HAZOP的應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)采用Client/Server結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱C/S結(jié)構(gòu))，前者代表客戶機(jī)，后者代表服務(wù)器，客戶機(jī)是中間的橋梁，負(fù)責(zé)系統(tǒng)用戶與后臺(tái)服務(wù)器的信息傳遞，服務(wù)器相當(dāng)于后臺(tái)處理器，收到來自Client的請(qǐng)求后，迅速做出反應(yīng)，然后將結(jié)果傳遞給Client[3]。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)

應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)整個(gè)框架從技術(shù)上呈現(xiàn)4層結(jié)構(gòu)：分別是前臺(tái)展示層、中間業(yè)務(wù)層、輔助工具層以及后臺(tái)數(shù)據(jù)操作層，層級(jí)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

前臺(tái)展示層包括系統(tǒng)前臺(tái)界面模塊，實(shí)現(xiàn)輸入及輸出，主要提供系統(tǒng)各功能與前臺(tái)用戶的人機(jī)交互界面，負(fù)責(zé)提供HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)的用戶接口，包括用戶身份驗(yàn)證、用戶上傳案例、管理案例庫的操作界面及案例搜索結(jié)果顯示界面，每一部分在輔助工具層都會(huì)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的邏輯控制引擎；中間業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，包括HAZOP分析結(jié)果的導(dǎo)入、HAZOP分析結(jié)果檢索以及DCS系統(tǒng)接口模塊；輔助工具層為業(yè)務(wù)層提供公用的支撐模塊，包括用戶管理、系統(tǒng)維護(hù)、Database連接、日志等模塊。數(shù)據(jù)層是用來存放業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的，包括數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)，提供系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、配置等相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)服務(wù)，并集中管理這些數(shù)據(jù)，使用SQL Server數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)該功能，保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性及安全性[4]。

2 系統(tǒng)功能模塊

通過前期大量調(diào)研及系統(tǒng)需求分析，基于HAZOP的應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)包括人機(jī)交互界面子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)兩部分，如圖3所示。

圖3 HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)功能模塊

2.1 人機(jī)交互界面子系統(tǒng)

a)用戶登錄模塊：對(duì)需要登錄的用戶名進(jìn)行驗(yàn)證，為不同身份的用戶分配不同的訪問權(quán)限[5]。只有成功登錄到應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)才可以進(jìn)行后續(xù)的使用，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)的成功連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

b)案例上傳模塊：該模塊是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需功能的基礎(chǔ)，即將應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)所需資料通過該模塊上傳至數(shù)據(jù)庫，包括大量Excel格式的HAZOP分析結(jié)果，PID圖、裝置信息、word格式的操作規(guī)程等等，通過該模塊添加上述資料并進(jìn)行管理，以方便用戶查找調(diào)閱。

c)案例管理模塊：該模塊是根據(jù)用戶的需求對(duì)原有的案例進(jìn)行管理，如添加、修改和刪除功能等，從而使應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)保持知識(shí)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。同時(shí)擁有強(qiáng)大的案例推理引擎，在實(shí)現(xiàn)查詢功能時(shí)可以使系統(tǒng)具備強(qiáng)大的智能檢索和信息匹配能力，能保證推理時(shí)可以快速、準(zhǔn)確、高效地獲取案例。

d)應(yīng)急指導(dǎo)模塊：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某一工藝參數(shù)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致化工生產(chǎn)過程進(jìn)入非正常工況時(shí)，調(diào)用該模塊獲取此偏差的HAZOP分析成果，迅速讓現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員分析選定發(fā)生工藝參數(shù)偏離的可能原因、后果、嚴(yán)重度、保護(hù)措施，以及應(yīng)急處理辦法等，使現(xiàn)場(chǎng)人員能在最短的時(shí)間里判斷出阻止事故進(jìn)一步發(fā)生的手段，立即采取措施進(jìn)行阻斷，將偏離的參數(shù)逐步恢復(fù)，輔助現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行正確的決策、迅速的處理，預(yù)防事故的發(fā)生并將損失減到最小[6]。

e)系統(tǒng)維護(hù)模塊：該模塊包括用戶管理、密碼修改、配置數(shù)據(jù)庫連接信息等。

2.2 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫是基于HAZOP的應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)所需信息的承載體，是電子化信息資料的“檔案柜”，對(duì)于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮著不可替代的作用，根據(jù)需要合理的組織系統(tǒng)功能所需的案例信息，進(jìn)而滿足用戶對(duì)信息的處理要求[7]。

a)裝置類型庫模塊：按照不同公司、不同裝置進(jìn)行分類，方便后續(xù)使用時(shí)進(jìn)行查詢。

b)操作規(guī)程庫模塊：存放各個(gè)企業(yè)各個(gè)裝置的操作規(guī)程等信息，便于查詢、培訓(xùn)及指導(dǎo)工作。

c)PID圖庫模塊：HAZOP分析時(shí)所需要的圖紙經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的劃分，清晰地標(biāo)于圖中并導(dǎo)入應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)，便于日后查詢及在線提供指導(dǎo)。

d)HAZOP分析成果庫模塊：該模塊是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心部分，存放不同企業(yè)不同裝置的HAZOP分析結(jié)果，保存于經(jīng)過設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫表中并可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分類，方便查詢及檢索。

3 實(shí)例應(yīng)用

某丙烯腈裝置投產(chǎn)于1995年，采用BP國際化學(xué)公司的丙烯、氨氧化法生產(chǎn)丙烯腈工藝技術(shù)，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50 000 t/a丙烯腈，后改造為80 000 t/a丙烯腈，裝置主要包括原料蒸發(fā)系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、急冷塔系統(tǒng)、乙腈塔、脫氫氰酸塔、成品塔、回收塔等等，主要產(chǎn)物為丙烯腈，其他產(chǎn)品有HCN、粗乙腈、稀硫銨液。

3.1 離線應(yīng)急指導(dǎo)功能的實(shí)現(xiàn)

對(duì)丙烯腈裝置開展HAZOP分析工作，將PID圖、操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案、HAZOP分析結(jié)果上傳至應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)，隨著案例的上傳，應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將復(fù)雜的HAZOP分析結(jié)果按照不同公司、不同裝置以及不同參數(shù)、不同引導(dǎo)詞等信息進(jìn)行歸類，用戶使用該應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)，首先點(diǎn)擊菜單案例查詢，選擇查詢HAZOP分析成果，在條件檢索中可以通過點(diǎn)擊每個(gè)類別的下拉菜單選擇公司信息、裝置信息、不同的參數(shù)，如溫度變量、壓力變量、液位變量、流量變量等，選擇相應(yīng)的引導(dǎo)詞；每個(gè)條件的組合都可以進(jìn)行查詢，通過組合可以查到不同權(quán)限不同范圍的結(jié)果，如表1所示，及時(shí)獲取該偏差的非正常工況的原因、后果和安全措施，以及現(xiàn)有的安全措施和防范建議。

表1 不同條件組合檢索結(jié)果

3.2 在線應(yīng)急指導(dǎo)功能的實(shí)現(xiàn)

HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)提供了基于OPC的接口與現(xiàn)場(chǎng)DCS相連，通過搭建合理的現(xiàn)場(chǎng)通訊測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)與應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)的連接。為了不影響生產(chǎn)控制系統(tǒng)的工作，HAZOP專家系統(tǒng)的服務(wù)器、工作站與OPC Server單獨(dú)組網(wǎng)，HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)通過橫河OPC Server采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)在該裝置的在線應(yīng)用，試運(yùn)行效果顯著，系統(tǒng)總體運(yùn)行情況良好。當(dāng)工藝流程中發(fā)生了某些參數(shù)的偏離達(dá)到了一定的界定值時(shí)，信號(hào)可以觸發(fā)該HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，并訪問應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)工藝過程中的工藝參數(shù)發(fā)生偏離，即產(chǎn)生偏差時(shí)，及時(shí)獲取該偏差的原因、后果以及現(xiàn)有的安全措施和防范建議，從而達(dá)到事故預(yù)防的目的。

4 結(jié)語

針對(duì)HAZOP成果后續(xù)應(yīng)用存在的不便于現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行查詢、也不能在應(yīng)急處置時(shí)提供幫助等問題，設(shè)計(jì)并開發(fā)出了基于HAZOP的應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的前臺(tái)界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)HAZOP分析成果一鍵上傳、智能檢索、更新、管理等功能，并利用HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)DCS接口，在不影響中控室DCS系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，從中控室獲取到DCS的報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)會(huì)觸發(fā)HAZOP應(yīng)急指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功便會(huì)迅速訪問HAZOP分析成果的數(shù)據(jù)庫。通過設(shè)定的推理機(jī)制，智能提取到相應(yīng)偏差的原因、后果、應(yīng)急措施等信息，達(dá)到利用已有的專家知識(shí)解決遇到的問題的目的，使HAZOP成果與實(shí)際工藝流程進(jìn)一步結(jié)合，大大增加HAZOP成果的實(shí)用性功能。

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TheResearchandDevelopmentofEmergencyGuidanceSystemBasedonHAZOP

Xu Jing1, Liu Yi2, Zhang Yi1，Zhao Wenfang1

(1.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong Qingdao, 2660712.China University of Petroleum (East China), Shandong, Qingdao, 266580)

Based on the results of HAZOP analysis, build petrochemical industry HAZOP risk database. The emergency guidance system which can realize functions of intelligent query, management, update based on it. At the same time, using the HAZOP emergency guidance system and DCS interface, without affecting the normal operation of the DCS system in the control room, if the DCS system send out the alarm signal, the signal triggers the HAZOP emergency guidance system and database access, real-time access to the operation guidance and solutions for equipment in abnormal conditions. The system will provide efficient technical support for process safety management which can maximize the value of the results of HAZOP and realize the sharing of experiences.

HAZOP; emergency guidance system; database; abnormal conditions

2015-10-20

許晶，助理工程師，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)安全工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油化工企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。