安全仿真技术在石化行业中的应用探究

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1、引言仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。例如，汽车或飞机的驾驶训练模拟器，就是应用仿真技术的成果。信息处理技术和网络技术的发展，实际上已经完全改变为仿真的概念。随着科技的进步，生产逐步向集中化、复杂化、连续化发展，生产过程中的自动化程度越来越高，随之对生产过程中的操作人员素质的要求也越来越高，特别是对于那些高危生产过程的企业来讲，高素质的操作人员对于安全生产显得尤为重要。目前，仿真模拟技术在国外安全科学技术领域已有大量研究和应用，用以加强安全系统设计、安全教育培训，进行事故

2、调查、诊断和研究、安全评价，应急预案演练等，以达到减少安全事故的目的。美国及其他发达国家通过采用计算机仿真模拟、虚拟现实技术，预测建设项目施工过程中由于操作失误、控制系统故障或设备故障等非正常原因导致的危险事故，以及故障在流程中传播的不利后果，并将施工过程和安全控制融合在一起，发挥各自的长处，从而增强了对安全隐患的预见性，大幅度减少了工程施工过程中的意外险情，同时还可以设定十扰，以确定最佳的安全控制方案和救援预案。国内仿真技术的研究与应用较早，发展迅速。随着安全科学技术特别是安全系统科学的发展成热，安全模拟与安全仿真学已成为其重要学科分支。随着信息技术和计算机技术的发展，仿真技术在安全评

3、价、安全监测、安全控制与安全训练等多领域多层面，正在或即将发挥着越来越大的作用。目前，仿真技术已成功地应用于揭示工艺过程内在危险;设备结构疲劳分析;毒物泄漏、扩散、爆炸、燃烧三维可视化分析;故障识别与诊断;辅助安全训练。仿真技术已成为系统安全工程中的关键技术之一。石油化工是危险性极高的行业之一。科技和经济的发展使得石油化工过程日益大型化、复杂化，生产中一旦发生火灾、爆炸、毒气泄漏等重大恶性事故，其损失将极为惨重。据专家统计，一年内仅美国而言，由于事故在石油化工领域造成的经济损失就达200亿美元。据我国不完全统计，石油化工企业自1983年至1988年发生重大事故达647起，死亡人数达117

4、人，造成巨大的经济损失。为了预防事故保障人员、物资和设备安全、保障环境不受污染，自二十世纪八十年代以来许多国家开始立法。国际安全标准要求，对石油化工过程的潜在危险及危险可能造成的损失，必须进行定期全面深入的分析与评价。严格的与伤害、溢出和废物生成有关的标准规范，以及越来越严格的违反法规的处罚，使得石油化工在设计阶段就必须考虑工厂的工艺、设备及控制方案应当是木质安全的，进而必须保障装置运行直到装置报废全生命周期的安全及环保。石油化工安全评价和安全监控涉及:工艺过程中的危险识别、风险评估、失效分析、事故预案、事故分析、故障诊断、安全检测与监控等多项内容。仿真技术在石油化工安全评价和安全监控中

5、的作用越来越显重要。我国国家学科分类标准(GB/T13745-92)将安全利科学技术列为一级学科，其中安全模拟与安全仿真学是安全学的重要学科之一。仿真技术在安全学中之所以如此重要，其原因在于，大型工业过程不可能也不允许进行真实的事故实验。此类实验不但要耗用巨大的人力、物力和投资，而且会造成严重的破坏及环境污染。近十年来，仿真技术在石油化工安全领域得到广泛应用，主要体现在如下五方面:工艺过程内在危险的仿真；设备结构的危险仿真;爆炸、燃烧、毒物扩散对环境影响的仿真；安全仿真训练；基于仿真技术的故障诊断。1.工艺工程内在仿真一般来讲，在石油企业生产工艺的过程中潜在的主要危险有来自装置操作失误产

6、生的危险、控制系统故障产生的危险、超压超温等产生的危险。对于生产工艺过程中潜在危险的仿真技术主要有:首先是定量模型的仿真。该仿真模型的工作原理是，用代数方程或者是微分方程来描述石油化工在反映过程中能量、动能、质量等内在的变化规律。当前对定量模型仿真采用的软件HYSYS:一是借助于该软件能够对石油化工生产的运行特征进行有效分析，有助于对运行过程中产生的小稳定状态等状况进行研究和模拟;二是借助于该软件能够对石油化工安全控制的方案进行有效研究。采用该软件可以有效实现石油化工相关工艺与控制实现有效融介，实现对石油化工的装置的有效研究;三是借助于该软件能够确定石油化工平稳的开工方案。在石油化工企业

7、中，开工方案是否平稳，自接关系到化工企业的安全生产状况;确定平稳的开工方案，可以有效解决在温度等相关负荷小容易确定的问题。其次是定性模拟仿真。定性模拟仿真是相对于定量仿真而言的;该种模型仿真的工作原理主要是运用一些非数学方法表达信息、结果输出等环节，在定性模型的支持下推到出系统定性行为。这种模型仿真相对于定量仿真模型来讲，要简单的多。当前主要借助于HAZOP安全分析法。这种方法在石油化工企业中的应用比较广泛。定性仿真技术操作简单、在