缪永香

（江苏蓝天安全科技有限公司，江苏南通 226004）

在石油化工生产过程中涉及的原料、辅料以及产品较多，大多具有易燃、易爆和有毒害的特征。同时生产过程也具有连续性强、设备管线阀门多的特点，容易造成事故，因此需要坚持“安、稳、长、满、优”五字安全方针。统计发现2015年我国各类安全生产事故735 468起，其中化学品事故为185起。例如2005年吉林石化苯胺装置T-102塔发生堵塞，在不当处理下发生了爆炸，给当地的居民带来了较大的生命财产损失以及环境污染。

1 石油化工过程安全生产和事故预防关键技术研究进展

1.1 过程监测与故障诊断技术

1.1.1 基于定量模型的故障诊断方法

定量模型的故障诊断是比较被诊断对象的可测信息，与模型所表达的系统先验信息，发现二者的不同。一般来说定量模型可以分为基本原理模型和动态响应模型。

1.1.2 基于定性模型的故障诊断方法

从工业化过程系统中无法有效得到准确的数字模型，因此使用定性诊断方法则能够摆脱精确数学模型的弊端，通过对物理关系的描述来建立各个系统之间的定性关系。定性模型方法包括故障树法和符号有向图法（signed directed graph，SDG）。

故障树分析法（fault tree analysis，FTA）由Bell在20世纪60年代提出，是一种演绎方法，将系统不愿发生的事情放入到故障树的顶端，自上而下地分析所产生的直接和间接因素，找出原因并找到解决的方法。故障树分析法具有直观、易懂以及灵活的优势。

符号有向图（SDG）是对大规模复杂系统进行描述的方式，使用有向之路以及节点来对变量进行反映。SDG主要依靠流程图以及定量数学模型来建模，图1给出了如何从微分代数方程得到SDG模型。

图1 故障诊断方法分类图

1.1.3 基于过程历史的诊断方法

在工业过程中定量解析模型的建立难度较大，并且难以实现在线应用。而定性模型由于含有较多的不确定因素，使得无法得到有效的推理和诊断，无法准确找出故障的根本原因，可以从过程历史的角度来克服模型诊断的方法，前景非常广阔。

定性的趋势分析（qualitative trend analysis，QTA）是以数据推动的时间推理和形状分析方法，主要用于对慢过程的诊断与控制。1990年Cheung等引入三角形来建立其趋势描述的框架。1991年Janusz等对过程趋势的一阶和二阶进行组合，提出了趋势语言描述的几种基本语言形式

主元分析法（principal component analysis，PCA）是一种多元投影方法，主要是基于原始数据空间来构造相关的潜隐变量，使得原始数据空间的维度能够降低，随后从新的映射空间中抽取出主要变化信息，对其特征进行统计，对原始数据空间的系统特征进行推导。

1.2 过程关键装置风险评估技术

有效的安全保障技术以及完整的设备保障技术，对石油化工过程的安全稳定运行，能够起到非常重要的作用。而对风险的评估能够将事故发生的几率和影响降到最低，应采用科学的方法来对生产系统和装置可能存在的危险进行分析，评估分析的等级并采取有效的措施。在系统安全工程的发展中风险评估技术也不断提升，逐渐形成了危险指数法、公司方法以及冈山县方法等多个流派。这些不同的流派在对关键装置的风险评估中，使用的方法以及提出的风险评估等级都是不一样的。

1.3 化工过程柔性设计

不确定参数也会影响到化工的安全生产，一般来说主要的不确定因素包括材料质量、进料量、环境温度、传热系数以及设备的物理性质等。所以要求化工过程需要具有一定范围的变化，具有一定的柔性。美国学者Grossmann等使用柔性指数来度量化工过程系统的可操作性区域的范围，主要解决了以下两个问题：①通过给定设计变量，分析在不确定性参数的变化中，是否具有可行区。②对系统能够承受的不确定性参数进行描述，发现系统能够承受的上限。化工过程的柔性设计需要考虑到安全以及设备使用等因素。

1.4 化工过程的本质安全技术

本质安全（inherent safety）是指消除事故的最有效方法不是使用外部的安全措施，而是在设计阶段就消除或者降低危险，以降低事故发生的可能。陈丙珍强调从化工过程的源头来保证和设计本质安全，所以设计阶段非常重要。而Sanders通过对历史案例的分析来证明本质安全在化工过程设计中的重要性。本质安全生产思想在化工过程的设计中具有较大的影响。比如包括危害物质的最小化、使用低危害物质取代高危害物质、过程工艺精简化以及反应的温和化等。

对本质安全的评价，以及对本质安全的量化认识，不同的研究者具有不同的指标。比如Khan提出了I2SI的本质安全评估指数；Gupta认识使用图解的方式能够更好地对化工过程的本质安全进行测量，可以用模糊逻辑来建立关于本质安全指数，并使用if-then来验证化学物质的有效性。

2 石化及化工过程安全生产关键技术展望

2.1 灾害事故仿真培训系统

在石油化工的安全生产过程中，对运行过程的监测以及对故障的诊断、对关键设备风险的评估以及工艺的本质安全设计等，都会影响到石油的安全生产。这些外部技术以及装置并不是安全生产的关键，还需要加强对相关领域中的人才培养。因此开发灾害事故仿真培训体系就显得极为关键。应结合工业过程中产生的大量历史数据，对以后的操作运行进行指导。并且结合当前化工专家以及计算机技术的发展，能够预测在不仅的将来，石油化工行业中关键装置的仿真培训系统能够得到实现。

2.2 过程监测与故障诊断

在石油化工过程的安全生产中，对过程的监测以及诊断技术，将会从单一和简单的诊断方式，向着综合检测以及精密化方向发展。以后的诊断系统将能够在指明系统状态信息的基础上，对故障发生的性质、原因以及解决的方法等进行准确定位，为人们提供有效的解决措施。同时诊断技术也向着模块化以及高智能化、非线性系统等方向发展，并开发出将多种工艺故障检测技术集中于一种模块的系统。对故障预警方法的研究，能够有效对特定的缓变型故障进行预警，同时也能够对过程历史数据进行有效利用。

2.3 本质安全与柔性分析相结合的化工过程设计

系统柔性问题需要在设计时就充分考虑，给生产设备留有一定的弹性空间。应结合柔性理论以及本质安全性思想，对石油化工生产过程进行设计。同时需要考虑到系统运行时的控制作用，使得当前正在使用的系统能够与新设计系统不发生冲突。总而言之动态柔性分析以及本质安全设计相结合，将成为石油化工安全领域中的重大分析。

3 结束语

通过对石油化工过程安全技术的研究，以及对本质安全技术、柔性生产以及设备的完整性管理等的研究，能够发现我国当前石油化工过程安全生产中存在的问题，同时对预警技术的实际应用进行了预测，对过程安全技术进行了展望。企业应重视石油化工的安全生产，积极引入国外技术并实现本土化。