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      基于LOPA/SIL定級(jí)的化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

      2024-01-01 00:00:00張上張曉東岳強(qiáng)高芳閆洋
      化工自動(dòng)化及儀表 2024年4期
      關(guān)鍵詞:報(bào)警系統(tǒng)化工設(shè)備智能化

      摘 要 針對(duì)石油化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)存在報(bào)警信息不準(zhǔn)確、操作人員響應(yīng)不及時(shí)的問題,基于保護(hù)層分析(LOPA)和SIL定級(jí)相結(jié)合的分析方法,識(shí)別已有保護(hù)措施降低風(fēng)險(xiǎn)的能力,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)提出工藝生產(chǎn)報(bào)警智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。為驗(yàn)證該方案的可行性,以某工藝流程的化工設(shè)備報(bào)警功能設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化為例,表明經(jīng)過優(yōu)化的報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)脫乙烷塔低液位的初始事件進(jìn)行修正,修正后的初始事件概率為0.13,財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)降低因子(RRF)為75,SIL定級(jí)為SIL1。

      關(guān)鍵詞 報(bào)警系統(tǒng) 化工設(shè)備 智能化 保護(hù)層分析 SIL定級(jí)

      中圖分類號(hào) TH862 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B " 文章編號(hào) 1000-3932(2024)04-0725-05

      石油化工行業(yè)的工藝流程具有復(fù)雜性和危險(xiǎn)性[1],因此在操作規(guī)范性方面具有較高的要求。為順應(yīng)國家“十四五”計(jì)劃發(fā)展潮流,加強(qiáng)企業(yè)數(shù)字化到智能化的轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全生產(chǎn),運(yùn)用智能化技術(shù)提高石油化工設(shè)備的安全性已迫在眉睫[2]。

      在石油化工設(shè)備安全管理體系下,報(bào)警管理是一種降低風(fēng)險(xiǎn)以防止過程危險(xiǎn)發(fā)生的有效方法,在維護(hù)安全方面發(fā)揮著重要作用。因此,將智能化技術(shù)應(yīng)用于工藝生產(chǎn)報(bào)警系統(tǒng)中,對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行識(shí)別篩選,同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化操作以減少人員響應(yīng)時(shí)間,不僅可以提高安全儀表系統(tǒng)(SIS)的安全完整性等級(jí)(SIL),還可以進(jìn)一步滿足安全儀表功能(SIF)的完整性要求。

      1 SIL定級(jí)和LOPA分析

      IEC 61508和IEC 61511對(duì)SIS劃分了SIL,從低到高共分為SIL1~SIL4共4個(gè)等級(jí)[3,4]。對(duì)SIS的評(píng)估,就是對(duì)SIL的驗(yàn)證。同時(shí),SIF應(yīng)具有相應(yīng)的SIL。

      SIL定級(jí)方法主要分為風(fēng)險(xiǎn)圖表法、風(fēng)險(xiǎn)矩陣法和保護(hù)層分析法(LOPA)。其中,LOPA是一種簡化定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,基于相對(duì)保守的規(guī)則對(duì)發(fā)生頻率、發(fā)生可能性以及發(fā)生后果的嚴(yán)重性進(jìn)行評(píng)估,以進(jìn)一步評(píng)估化工過程各種保護(hù)層的有效性,同時(shí)判斷風(fēng)險(xiǎn)是否在可接受范圍內(nèi),并根據(jù)差距確定是否采取減緩風(fēng)險(xiǎn)的措施。

      在LOPA分析中,滿足一定前提條件時(shí),關(guān)鍵報(bào)警加人員響應(yīng)可作為獨(dú)立保護(hù)層,但目前存在兩個(gè)問題:一是報(bào)警的有效性得不到保證,即存在大量的無用報(bào)警信息,重要的報(bào)警信息可能被忽略,導(dǎo)致報(bào)警名存實(shí)亡;二是操作人員接收到報(bào)警信息后是否有足夠的響應(yīng)時(shí)間,關(guān)鍵報(bào)警加人員響應(yīng)可以作為獨(dú)立保護(hù)層,還需要滿足其他前提條件,例如,相關(guān)的測(cè)量儀表是否具有獨(dú)立性、有效性和可審查性,相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否具有獨(dú)立性、有效性和可審查性,都需要在管理層面進(jìn)行評(píng)估并制定相關(guān)準(zhǔn)則,單獨(dú)評(píng)估每個(gè)報(bào)警信息所需要的響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)方式,才能夠確定關(guān)鍵報(bào)警加人員響應(yīng)能否作為獨(dú)立保護(hù)層進(jìn)行LOPA分析,從而對(duì)SIL進(jìn)行定級(jí)。

      2 化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

      化工設(shè)備報(bào)警智能化方案(圖1)為:通過先進(jìn)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、智能算法等手段,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)工藝設(shè)備故障準(zhǔn)確、高效地識(shí)別和處理,同時(shí)通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方式找出故障位置、發(fā)生原因并向操作人員給出建議的解決方案來減少工藝設(shè)備的停機(jī)檢修時(shí)間,提高化工設(shè)備的利用效率和工藝的生產(chǎn)效率[5]。

      2.1 數(shù)據(jù)獲取

      建立廠區(qū)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)平臺(tái)中心,利用傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置全面采集來自工藝設(shè)備的信號(hào),同時(shí)建立數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析奠定良好基礎(chǔ)。建立具有主動(dòng)數(shù)據(jù)備份功能的分布式數(shù)據(jù)庫,采用目前主流的HDFS文件系統(tǒng),保證數(shù)據(jù)的可讀性和可靠性[6]。

      2.2 信號(hào)處理

      由于噪聲干擾等影響,原始監(jiān)測(cè)信號(hào)無法直接使用,需要進(jìn)行信號(hào)處理,以突出故障信息。在信號(hào)降噪過程中,將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換至其他空間,同時(shí)將不需要的信號(hào)歸零,隨后將信號(hào)轉(zhuǎn)換回時(shí)域空間,常見的方法有傅里葉變換(FT)、小波變換(WT)等。但這些方法需要預(yù)先確定奇函數(shù),具有經(jīng)驗(yàn)性和局限性。

      近年來,信號(hào)降噪算法得到了極大的發(fā)展,2002年,勝利油田與天津大學(xué)合作[7]開發(fā)了一種基于小波變換信號(hào)處理的負(fù)壓波泄漏檢測(cè)系統(tǒng),并成功應(yīng)用于臨濟(jì)線中,泄漏報(bào)警時(shí)間小于200 s,泄漏位置預(yù)測(cè)的最大誤差小于所測(cè)管長的2%;2014年,劉光曉等基于小波分析和盲源分離的方法處理聲波信號(hào),并對(duì)比了兩種算法的降噪效果,結(jié)果表明,盲源分離降噪方法的信噪比為73.5,優(yōu)于小波分析[8]。

      2.3 特征提取

      在對(duì)特征向量進(jìn)行構(gòu)造前,首先要提取敏感特征,以此區(qū)分各種故障。常用短時(shí)傅里葉變換(STFT)、WT和希爾伯特-黃變換(HHT)來分析信號(hào)本身的瞬時(shí)頻率,在最初的報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中,將采集到的參數(shù)構(gòu)造成特征向量,輸入到分類器中識(shí)別故障信息[9]。在沒有噪聲的情況下,以上方法均可以識(shí)別故障信息,但當(dāng)有噪聲存在時(shí),這些方法對(duì)故障信息的識(shí)別精度并不高。近年來,故障識(shí)別常以信號(hào)的時(shí)域特征作為特征向量,包括信號(hào)的均值、方差、波形因子及脈沖因子等,除此以外,還將時(shí)域信號(hào)變換到其他空間中,以提取小波熵、EMD能量熵等特征參數(shù)。2014年,劉翠偉等基于HHT對(duì)音波信號(hào)進(jìn)行了變換,并在勝利油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),通過三維平面譜得到了聲波信號(hào)的HHT特征[10]。

      2.4 特征選擇

      特征選擇包括數(shù)據(jù)降維和數(shù)據(jù)融合。對(duì)提取的特征向量進(jìn)行降維和融合,可以方便計(jì)算實(shí)現(xiàn)可視化,并保留最有區(qū)分性的特征,從而提升分類效率、防止過擬合[11]。常見方法有主成分分析(PCA)、獨(dú)立成分分析(ICA)及t-分布隨機(jī)鄰域嵌入(t-SNE)等。2015年,劉嘯奔等通過提取信號(hào)方差、峰值因子等特征向量,使用PCA方法對(duì)其進(jìn)行降維,再基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)調(diào)閥、停泵、啟泵和泄漏工況均進(jìn)行了識(shí)別,得到了100%的識(shí)別率[12]。

      2.5 故障分類

      故障分類的本質(zhì)是模式識(shí)別問題,可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)的分類器加以實(shí)現(xiàn),如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、支持向量機(jī)(SVM)及極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)等。2016年,焦敬品等結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行了處理識(shí)別,識(shí)別率為92.5%[13]。

      3 應(yīng)用實(shí)例

      化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)的智能化優(yōu)化方案可以篩選出錯(cuò)誤報(bào)警信號(hào),通過綜合分析各種參數(shù),提高報(bào)警的有效性,同時(shí)利用大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)算法,基于歷史數(shù)據(jù)庫識(shí)別出發(fā)生的故障并給予操作人員可行的解決方案,從而降低關(guān)鍵報(bào)警加人員響應(yīng)這一獨(dú)立保護(hù)層的失效概率,優(yōu)化SIL定級(jí)[14]。

      某煉化企業(yè)乙烷外輸干線超壓的LOPA/SIL定級(jí)分析情況見表1,其風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為乙烷外輸干線出站高,后果為乙烷外輸干線及下游設(shè)備、管道破裂,天然氣泄漏,火災(zāi)爆炸。

      對(duì)于上游來氣壓力升高問題,可以使用流量計(jì)、壓力計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)變化進(jìn)行多模態(tài)融合,利用敏感特征判定事故發(fā)生。具體過程為:系統(tǒng)檢測(cè)到壓力升高,對(duì)流量參數(shù)進(jìn)行判斷,同時(shí)結(jié)合上游數(shù)據(jù)判斷事故緣由,進(jìn)而對(duì)操作人員進(jìn)行報(bào)警,因此可以設(shè)置化工設(shè)備上游壓力高的初始事件IPL的PFD為0.1;同理,下游堵塞可以通過上下游流量差異及使用特定傳感器檢測(cè)壓力波,從而判斷下游堵塞工況,并準(zhǔn)確無誤地對(duì)操作人員報(bào)警,因此可以設(shè)置化工設(shè)備下游堵塞或管道閥門誤關(guān)閉的初始事件IPL的PFD為0.1。作為IPL的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng),結(jié)合智能化技術(shù),可以通過壓力信號(hào)與其他關(guān)聯(lián)故障信號(hào)耦合,采用大數(shù)據(jù)智能分類算法判斷故障原因,從而更有效地調(diào)用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng),因此設(shè)置化工設(shè)備壓力調(diào)節(jié)IPL的PFD為0.05。

      采用優(yōu)化后的化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)對(duì)某脫乙烷塔低液位的初始事件進(jìn)行修正,修正后的初始事件概率為0.13,財(cái)產(chǎn)損失RRF為75,定級(jí)為SIL1。報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化前后的參數(shù)(初始事件概率、IPL的PFD、財(cái)產(chǎn)損失RRF、人員傷亡RRF、環(huán)境影響RRF和SZL定級(jí))對(duì)比結(jié)果見表2。由表中數(shù)據(jù)可以看出,化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化后,石油化工企業(yè)可以針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)有更優(yōu)化的管理,可以提高生產(chǎn)效率,節(jié)省管理成本。

      4 結(jié)束語

      LOPA分析是SIL定級(jí)的主流方法,與其他方法相比具有風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別詳細(xì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。在LOPA分析中,以關(guān)鍵報(bào)警加人員響應(yīng)的方式作為獨(dú)立保護(hù)層,但其存在大量無用的報(bào)警信號(hào),導(dǎo)致人員響應(yīng)不足,進(jìn)而影響其作為獨(dú)立保護(hù)層的功能。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展,智能化方法與化工設(shè)備廣泛應(yīng)用于工藝生產(chǎn)中。筆者基于先進(jìn)傳感器、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和智能算法,提出了一種化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,通過對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)的處理、清洗和分類,從而提高報(bào)警的有效性和人員對(duì)事故的可控性。將優(yōu)化后的化工設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于某煉化企業(yè)乙烷外輸干線超壓的LOPA/SIL定級(jí)分析中,結(jié)果表明,該系統(tǒng)可對(duì)初始事件概率、SIL定級(jí)進(jìn)行修正,并通過優(yōu)化報(bào)警降低事故發(fā)生概率。

      參 考 文 獻(xiàn)

      [1] 劉奎,申滿對(duì).石油化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)中初步工藝安全危害分析[J].煉油技術(shù)與工程,2021,51(7):69-72.

      [2] 黨昊馳.淺談石油化工智能化工廠在企業(yè)安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2021,57(S1):107-110.

      [3] 鄧銳,劉美佳,平洋,等.安全儀表系統(tǒng)SIL定級(jí)及LOPA的應(yīng)用研究[J].石油化工自動(dòng)化,2023,59(1):57-60.

      [4] 范詠峰,唐彬.LOPA在石油化工裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2021,57(3):31-34.

      [5] 鄭蓉.基于測(cè)量參數(shù)的化工機(jī)械漏電故障排查方法研究[J].化工機(jī)械,2021,48(3):473-479.

      [6] 唐光艷.基于大數(shù)據(jù)與人工智能的大數(shù)據(jù)獲取方法研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(11):191-192.

      [7] 程家銘,張漢國.輸油管道負(fù)壓波法測(cè)漏原理及實(shí)現(xiàn)[J].石油機(jī)械,2002,30(9):28-30.

      [8] 劉光曉,孟令雅,劉翠偉,等.基于盲源分離技術(shù)的泄漏音波信號(hào)濾波方法分析[J].振動(dòng)與沖擊,2014,33(24):192-199.

      [9] BELSITO S,ANDREUSSI P,BANERJEE S,et al.Leak detection in liquefied gas pipelines by artificial neural networks[J].AIChE Journal,1998,44(12):2675-2688.

      [10] 劉翠偉,李玉星,孟令雅,等.基于希爾伯特黃變換的輸氣管道泄漏音波時(shí)頻特性分析[J].振動(dòng)與沖擊,2014,33(16):42-49.

      [11] 周立國,王勇,李明,等.基于多源數(shù)據(jù)融合的油氣管道診斷預(yù)警技術(shù)[J].石油化工自動(dòng)化,2022,58(5):68-72.

      [12] 劉嘯奔,張宏,夏夢(mèng)瑩,等.基于主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏識(shí)別方法[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2015,34(7):737-740.

      [13] 焦敬品,李勇強(qiáng),吳斌,等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏聲信號(hào)識(shí)別方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2016,37(11):2588-2596.

      [14] 范宗海,賀文敏,冀曉舉,等.先進(jìn)報(bào)警管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施與應(yīng)用研究[J].石油化工自動(dòng)化,2018,54(1):7-17.

      (收稿日期:2023-07-17,修回日期:2024-05-31)

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