石油化工過程安全技術(shù)的研究進(jìn)展

李劍(廣東省安全生產(chǎn)技術(shù)中心有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引言

石油化工以及化工生產(chǎn)的原料大部分都是非常高危的，有的遇見明火或者高溫會發(fā)生規(guī)模龐大的爆炸事故，有的產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)對工人的身體健康造成傷害，更甚者會嚴(yán)重破壞環(huán)境，因此需要格外注意。而且許多石油生產(chǎn)過程復(fù)雜、規(guī)模龐大，稍微出現(xiàn)一點(diǎn)差錯，就會引發(fā)事故，一旦引起事故的發(fā)生，破壞規(guī)模大，后果比較嚴(yán)重，所以說技術(shù)安全的保證在石油化工過程中顯得尤為重要。安全是最重要的，保證安全是石油化工過程中最為重要的。多年來，石油化工工程頻頻發(fā)生意外，這不僅給企業(yè)帶來損失，還會對石油化工工人和周邊居民的生命造成威脅，污染環(huán)境。相關(guān)研究人員需要深入研究石油化工過程安全技術(shù)問題，保證技術(shù)安全，降低石油化工事故的發(fā)生頻率。

1 安全生產(chǎn)技術(shù)和預(yù)防事故技術(shù)進(jìn)展

1.1 石油化工過程故障監(jiān)測以及診斷技術(shù)

石油化工過程中首先要保證的是生產(chǎn)技術(shù)的安全，利用故障檢測和診斷技術(shù)在石油化工過程中是保證安全的重要手段，實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)過程，及時診斷故障，假如出現(xiàn)故障能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取補(bǔ)救措施，盡量不耽誤生產(chǎn)進(jìn)程。

第一種方法是定量模型法。定量模型法就是依賴于定量模型的故障診斷方法，它的原理是借助所要研究的對象曾經(jīng)測取的有用信息與系統(tǒng)的原有信息進(jìn)行詳細(xì)的比較，分析總結(jié)出結(jié)果，從而檢測故障。這種模型可以從大體上分為兩種模型，第一種是基本原理模型，第二種是動態(tài)響應(yīng)模型。第一種模型因?yàn)樗挠?jì)算難度太大，不好操作，近年來逐漸淘汰，不能廣泛的應(yīng)用于石油化工程；因此比較經(jīng)常使用的是狀態(tài)空間模型。

第二種方法是定性模型法。此種模型法和前文所描述的定量模型法有一定的區(qū)別，定量模型法是必須依賴于精確的數(shù)學(xué)模型才能運(yùn)作，然而定性模型法就不用受制于數(shù)學(xué)模型，這種模型法是以物理模型為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)作的。那種比較復(fù)雜或者規(guī)模龐大的系統(tǒng)出現(xiàn)的故障適合用符號向圖法，這種方法大多數(shù)情況下適用于出現(xiàn)同時多處故障的檢測和分析。故障樹分析法是按照邏輯關(guān)系，層層分析，找到導(dǎo)致故障的根源，從而進(jìn)行檢測和分析的方法。

第三種方法是過程歷史法。但是上面描述的兩種方法都有不足之處，定量模型比較復(fù)雜難以操作實(shí)行，定型模型又非常多變性，所以說上述兩種方法存在分析不出故障的可能。過程歷史法可以彌補(bǔ)這兩種方法的不足之處，對于故障檢測和分析更加精準(zhǔn)，運(yùn)用更加廣泛。

1.2 石油化工過程中重要設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險評估技術(shù)

想要石油化工過程的安全得到保障，首先需要保證的是基礎(chǔ)設(shè)置的穩(wěn)定運(yùn)行，同時還需要深入研究技術(shù)安全問題，提前準(zhǔn)備好防護(hù)措施。不管做什么事情都會存在一定的風(fēng)險，只是風(fēng)險高低的不同，也就是危險程度的不同。風(fēng)險評估技術(shù)是用一些技術(shù)提前檢測設(shè)備和系統(tǒng)可能存在的危險，做好相應(yīng)的防護(hù)措施去應(yīng)對。

1.3 石油化工過程對不確定因素的柔性分析技術(shù)

石油化工工程是一個龐大的工程，它受很多因素影響，并不是非常穩(wěn)定不容易受到侵害，在這種情況下，如果不提前做好十足的準(zhǔn)備，就沒辦法應(yīng)對可能出現(xiàn)的多種事故的發(fā)生，所以說需要提前制定好一個穩(wěn)定的計(jì)劃從而防止出現(xiàn)事故而不能及時的應(yīng)對，保證石油化工過程的順利進(jìn)行。因此當(dāng)化工過程的系統(tǒng)能靈活變化去迎合不斷發(fā)生變化的情況，具有一定的柔性。將系統(tǒng)中引入柔性指數(shù)的理念，可以更好的進(jìn)行柔性分析。

1.4 化工過程的本質(zhì)安全技術(shù)

所以本質(zhì)安全的概念就被提出了，通過在設(shè)計(jì)中清楚危險降低危險系數(shù)從而代替附加的安全裝置，這樣就能有效的降低事故發(fā)生的頻率。陳丙珍認(rèn)為化工過程安全的保證的關(guān)鍵是本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，所以說應(yīng)該在設(shè)計(jì)過程中消除潛在的危害。Sanders通過研究以前的事故案例分析總結(jié)出本質(zhì)安全起到的關(guān)鍵作用。在這之后，本質(zhì)安全在化工過程設(shè)計(jì)中所起到的作用越來越顯著，從相關(guān)研究中可以總結(jié)出化工過程本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的基本策略，其中包括反應(yīng)溫和化、過程工藝從簡化、傷害物質(zhì)最小化、低危害物質(zhì)取代高危害物質(zhì)的替代化這四個方面。Goraya等總結(jié)出的調(diào)查事故的方案是來源于本質(zhì)安全理論的啟發(fā)，普及本質(zhì)安全思想可以很好的預(yù)防事故的發(fā)生。

從相關(guān)文獻(xiàn)中可以看出環(huán)保、健康、本質(zhì)安全這三個方面的在化工過程中的研究進(jìn)展。Palaniappan等創(chuàng)新探索目的在于總結(jié)出一種以物料為中心的對環(huán)境更環(huán)保、本質(zhì)更安全的方案，這有賴于廢物最小化、本質(zhì)安全的理念。本質(zhì)安全問題脫離不開化工過程的設(shè)計(jì)原理，總結(jié)出化工過程的特點(diǎn)，汲取過去研究的經(jīng)驗(yàn)，從而使得化工生產(chǎn)更加綠色環(huán)保。那些已經(jīng)存在的過程系統(tǒng)，對其進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計(jì)困難重重，所需要損耗的資源巨大，容易造成資源浪費(fèi)，這是需要引起重視的，Hendershot等研究出了把本質(zhì)安全設(shè)計(jì)應(yīng)用于已有裝置的方案。這些年來，本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的理念和方法不斷發(fā)展創(chuàng)新，目前已經(jīng)已較成熟，Hendershot 等對其進(jìn)行一系列全面的整理和詳細(xì)的分析，對更好的保證化工過程中的本質(zhì)安全提供了有利的條件。不過不同研究人員的看法都不相同，比如Gupta等利用圖解法測量化工過程的本質(zhì)安全；Khan等研究出的I2SI的本質(zhì)安全評估指數(shù)，這就可以顯著的提高本質(zhì)安全評估指數(shù)的利用率。還有一些文獻(xiàn)對石油化工過程的技術(shù)安全問題做出了系統(tǒng)的總結(jié)，詳細(xì)的進(jìn)行分析，從而精確的找到對化工過程本質(zhì)安全影響最大的因素。

2 石化及化工過程安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)展望

當(dāng)今石油化工企業(yè)大多都沒有節(jié)制的開發(fā)環(huán)境資源，環(huán)境的自然資源并不是用不完的，甚至用了之后不會再生，所以說，石油化工過程不應(yīng)該大量開發(fā)環(huán)境資源。不僅如此，石油化工過程還產(chǎn)生許許多多的污染氣體和有害物質(zhì)，這也會對環(huán)境造成非常惡劣的影響，因此，千萬不能為了發(fā)展石油化工工程而不顧及環(huán)境的承受能力。

現(xiàn)在越來越對化工過程安全生產(chǎn)和故障監(jiān)測技術(shù)方面的要求越來越高，石油化工過程關(guān)鍵技術(shù)的展望包括兩個方面，這就是化工過程監(jiān)測和非正常情況診斷技術(shù)、災(zāi)難仿真培訓(xùn)技術(shù)。過程監(jiān)測和故障診斷逐漸完美的結(jié)合起來，發(fā)展更加完善，更加精確迅速的找到故障并及時分析做出相應(yīng)的應(yīng)對策略。過去對于災(zāi)難仿真培訓(xùn)這方面研究很少，因此目前需要進(jìn)行大量的研究，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將這個領(lǐng)悟發(fā)展擴(kuò)大，給我國經(jīng)濟(jì)帶來收益，一定程度上可以促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

雖然說現(xiàn)今石油化工過程安全技術(shù)問題已經(jīng)有了一些研究進(jìn)展，與之同時帶來的不利影響是環(huán)境越來越惡劣，因此石油化工過程技術(shù)仍需要精進(jìn)，并且隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和時代的進(jìn)步，石油化工過程的安全技術(shù)也需要相應(yīng)的提高去更好的順應(yīng)時代。從當(dāng)前石油化工生產(chǎn)過程情況來看，已經(jīng)在一定程度上學(xué)習(xí)了西方的先進(jìn)技術(shù)，對石化生產(chǎn)過程中的技術(shù)安全問題有了一些研究進(jìn)展，由此可以看出一些發(fā)展趨勢。

2.1 過程監(jiān)測與故障診斷

當(dāng)前階段下，過程監(jiān)測與故障診斷技術(shù)已經(jīng)要向更加精準(zhǔn)嚴(yán)密的方向發(fā)展下去，而不是停留在從前的單一模式由此可以看出，接下來的幾年里，以指明或者預(yù)報系統(tǒng)和設(shè)備的狀態(tài)信息為基礎(chǔ)改良監(jiān)測診斷技術(shù)。從而快速的找出故障的精確位置，及時的采取補(bǔ)救措施，快速的解決問題，盡量保證不耽誤化工工程的進(jìn)展。診斷技術(shù)方面研究發(fā)明出適用于多種工藝故監(jiān)測與診斷的通用模塊集中于同一種功能之中，使得診斷技術(shù)更加純熟。

工業(yè)過程需要應(yīng)用故障預(yù)警方法，減少化工過程的事故的發(fā)生，特別是要有效的避免重大災(zāi)害性事故。總結(jié)記錄一些過程歷史數(shù)據(jù)，用新的概念理論去進(jìn)行升華，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，優(yōu)化創(chuàng)新，這樣就很好的解決了專家系統(tǒng)獲取知識的艱難問題，從而更加充分的利用歷史數(shù)據(jù)的潛在價值。

2.2 本質(zhì)安全與柔性分析相結(jié)合的化工過程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)化工過程裝置之前，就需要提前思考系統(tǒng)的柔性問題，大體上了解生產(chǎn)運(yùn)作過程中的可變范圍，做好一定的心理預(yù)期。進(jìn)行柔性分析當(dāng)然離不開系統(tǒng)的本質(zhì)安全，兩者結(jié)合對化工過程設(shè)計(jì)進(jìn)行輔助，提高化工過程的安全系數(shù)。不僅僅如此，考慮系統(tǒng)運(yùn)行時的控制作用在化工生產(chǎn)過程中也是不能缺少的一步，首先分析系統(tǒng)的動態(tài)柔性，保證已經(jīng)存在的化工系統(tǒng)和新設(shè)計(jì)出來的化工系統(tǒng)的運(yùn)行更加環(huán)保和安全。所以說，研究化工系統(tǒng)的動態(tài)柔性分析是非常有先見之明的，從目前的發(fā)展趨勢來看，把本質(zhì)安全設(shè)計(jì)和動態(tài)柔性分析融合在一起的新方法即將會廣泛的應(yīng)用于化工過程運(yùn)行安全的研究之中。

2.3 災(zāi)害事故仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)好本質(zhì)安全對于保證石油化工過程的安全是十分重要的，其他一些影響因素包括運(yùn)行過程的監(jiān)測與故障診斷、關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險評估與自愈調(diào)控技術(shù)以及先進(jìn)傳感器技術(shù)的應(yīng)用，但是在這一個完整的過程中起主要作用的是輸送專業(yè)技能人才這一項(xiàng)。照這樣發(fā)展下去，開發(fā)災(zāi)害事故仿真培訓(xùn)系統(tǒng)將會成為一個很有發(fā)展價值的項(xiàng)目，工業(yè)過程一般都規(guī)模龐大，有大量的歷史數(shù)據(jù)，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的整理分析，為接下來的操作提供思路，減少進(jìn)入化工過程系統(tǒng)運(yùn)行的誤區(qū)，有效的提高運(yùn)行速度。結(jié)合石油化工研究人員的以往經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)今時代的高科技技術(shù)，石油化工行業(yè)關(guān)鍵裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用很有可能實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

高科技目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)和領(lǐng)域，想要對石油化工過程的技術(shù)安全有所保障，并且精確且迅速的檢測出故障，有效的避免耽誤石油化工工程的進(jìn)程，這就需要先進(jìn)的監(jiān)測診斷技術(shù)、風(fēng)險評估技術(shù)、柔性分析技術(shù)作為支撐，與此同時，這些技術(shù)也應(yīng)該順應(yīng)時代的發(fā)展不斷優(yōu)化。如果在石油化工過程中沒有這些先進(jìn)安全技術(shù)的應(yīng)用，事故發(fā)生的概率就很大，這就沒有辦法保障工人以及周圍居民的安全。