基于HAZOP的应急指导系统研究与开发

许 晶，刘 义，张 毅，赵文芳

(1.中国石化安全工程研究院，山东青岛 266071)(2.中国石油大学(华东)，山东青岛 266580)

基于HAZOP的应急指导系统研究与开发

许 晶1，刘 义2，张 毅1，赵文芳1

(1.中国石化安全工程研究院，山东青岛266071)(2.中国石油大学(华东)，山东青岛266580)

基于HAZOP分析成果，构建石油化工行业HAZOP风险数据库，以HAZOP风险数据库为依据，开发应急指导系统，从而实现智能查询、管理、更新等功能，同时利用HAZOP应急指导系统与DCS接口，在不影响中控室DCS系统正常运行的情况下，以报警状态下的DCS信号来触发HAZOP应急指导系统并访问数据库，实时获取生产装置非正常工况下的运行指导和解决方案，有效地提高企业的工艺安全管理水平，使HAZOP分析成果的价值最大化、信息化，并能实现经验共享。

HAZOP应急指导系统 数据库 非正常工况

HAZOP分析方法可有效地对装置工艺流程、系统单元进行危险辨识与分析，其应用范围广泛，适用于装置、设备生命周期始终。经过HAZOP分析后，提出建议措施并形成纸质报告，督促企业整改落实，HAZOP分析成果可以用来对新员工、操作人员、管理者等进行培训，对于指导装置安全生产运行具有重要意义。但目前各企业均以纸介质的形式保存HAZOP分析报告，既不便于现场操作人员进行查询，又不利于为现场人员在应急处置时提供实时的帮助。此外，在实际生产过程中装置出现变更等问题，纸质的HAZOP报告也不便于对其进行修改，目标装置HAZOP分析的后续适用性和准确性将大大降低。而且生产过程中非正常工况的出现往往带有很强的不可预见性和危险性，在这些非正常工况即将出现或已经出现后，如何迅速地做出决策，在事故发生前及时遏制住参数的偏离，或者在事故发生时尽量减少破坏及伤亡，备受各生产企业的重点关注，亟待研究和解决[1]。所以，基于HAZOP分析成果，构建石油化工行业HAZOP风险数据库，以HAZOP风险数据库为依据，开发应急指导系统，从而实现智能查询、管理、更新等功能，实现为企业现场处置人员在及时选择应急手段和处理办法提供帮助，同时将HAZOP分析成果价值最大化，其意义十分重要。借助高科技产业的迅速发展，急需将HAZOP技术与自动化技术相结合，跟上国际的研究步伐[2]。

1 系统总体构架

基于HAZOP的应急指导系统采用Client/Server结构(简称C/S结构)，前者代表客户机，后者代表服务器，客户机是中间的桥梁，负责系统用户与后台服务器的信息传递，服务器相当于后台处理器，收到来自Client的请求后，迅速做出反应，然后将结果传递给Client[3]。结构如图1所示。

图1 Client/Server(客户机/服务器)结构

应急指导系统整个框架从技术上呈现4层结构：分别是前台展示层、中间业务层、辅助工具层以及后台数据操作层，层级结构见图2所示。

图2 系统逻辑结构

前台展示层包括系统前台界面模块，实现输入及输出，主要提供系统各功能与前台用户的人机交互界面，负责提供HAZOP应急指导系统的用户接口，包括用户身份验证、用户上传案例、管理案例库的操作界面及案例搜索结果显示界面，每一部分在辅助工具层都会对应相应的逻辑控制引擎；中间业务层实现HAZOP应急指导系统的业务逻辑，包括HAZOP分析结果的导入、HAZOP分析结果检索以及DCS系统接口模块；辅助工具层为业务层提供公用的支撑模块，包括用户管理、系统维护、Database连接、日志等模块。数据层是用来存放业务数据的，包括数据库和文件系统，提供系统业务数据、配置等相关数据的存储服务，并集中管理这些数据，使用SQL Server数据库来实现该功能，保证业务数据的完整性及安全性[4]。

2 系统功能模块

通过前期大量调研及系统需求分析，基于HAZOP的应急指导系统功能模块设计包括人机交互界面子系统和数据库子系统两部分，如图3所示。

图3 HAZOP应急指导系统功能模块

2.1 人机交互界面子系统

a)用户登录模块：对需要登录的用户名进行验证，为不同身份的用户分配不同的访问权限[5]。只有成功登录到应急指导系统才可以进行后续的使用，实现与后台数据库子系统的成功连接，实现系统功能。

b)案例上传模块：该模块是实现系统所需功能的基础，即将应急指导系统所需资料通过该模块上传至数据库，包括大量Excel格式的HAZOP分析结果，PID图、装置信息、word格式的操作规程等等，通过该模块添加上述资料并进行管理，以方便用户查找调阅。

c)案例管理模块：该模块是根据用户的需求对原有的案例进行管理，如添加、修改和删除功能等，从而使应急指导系统保持知识结构的准确性。同时拥有强大的案例推理引擎，在实现查询功能时可以使系统具备强大的智能检索和信息匹配能力，能保证推理时可以快速、准确、高效地获取案例。

d)应急指导模块：当现场某一工艺参数出现偏差，导致化工生产过程进入非正常工况时，调用该模块获取此偏差的HAZOP分析成果，迅速让现场技术人员分析选定发生工艺参数偏离的可能原因、后果、严重度、保护措施，以及应急处理办法等，使现场人员能在最短的时间里判断出阻止事故进一步发生的手段，立即采取措施进行阻断，将偏离的参数逐步恢复，辅助现场人员进行正确的决策、迅速的处理，预防事故的发生并将损失减到最小[6]。

e)系统维护模块：该模块包括用户管理、密码修改、配置数据库连接信息等。

2.2 数据库子系统

数据库是基于HAZOP的应急指导系统所需信息的承载体，是电子化信息资料的“档案柜”，对于系统功能的实现发挥着不可替代的作用，根据需要合理的组织系统功能所需的案例信息，进而满足用户对信息的处理要求[7]。

a)装置类型库模块：按照不同公司、不同装置进行分类，方便后续使用时进行查询。

b)操作规程库模块：存放各个企业各个装置的操作规程等信息，便于查询、培训及指导工作。

c)PID图库模块：HAZOP分析时所需要的图纸经过节点的划分，清晰地标于图中并导入应急指导系统，便于日后查询及在线提供指导。

d)HAZOP分析成果库模块：该模块是实现系统功能的核心部分，存放不同企业不同装置的HAZOP分析结果，保存于经过设计的数据库表中并可以实现自动分类，方便查询及检索。

3 实例应用

某丙烯腈装置投产于1995年，采用BP国际化学公司的丙烯、氨氧化法生产丙烯腈工艺技术，原设计生产能力为50 000 t/a丙烯腈，后改造为80 000 t/a丙烯腈，装置主要包括原料蒸发系统、吸收塔系统、急冷塔系统、乙腈塔、脱氢氰酸塔、成品塔、回收塔等等，主要产物为丙烯腈，其他产品有HCN、粗乙腈、稀硫铵液。

3.1 离线应急指导功能的实现

对丙烯腈装置开展HAZOP分析工作，将PID图、操作规程、应急预案、HAZOP分析结果上传至应急指导系统，随着案例的上传，应急指导系统会自动将复杂的HAZOP分析结果按照不同公司、不同装置以及不同参数、不同引导词等信息进行归类，用户使用该应急指导系统时，首先点击菜单案例查询，选择查询HAZOP分析成果，在条件检索中可以通过点击每个类别的下拉菜单选择公司信息、装置信息、不同的参数，如温度变量、压力变量、液位变量、流量变量等，选择相应的引导词；每个条件的组合都可以进行查询，通过组合可以查到不同权限不同范围的结果，如表1所示，及时获取该偏差的非正常工况的原因、后果和安全措施，以及现有的安全措施和防范建议。

表1 不同条件组合检索结果

3.2 在线应急指导功能的实现

HAZOP应急指导系统提供了基于OPC的接口与现场DCS相连，通过搭建合理的现场通讯测试环境，进行现场DCS系统与应急指导系统的连接。为了不影响生产控制系统的工作，HAZOP专家系统的服务器、工作站与OPC Server单独组网，HAZOP应急指导系统通过横河OPC Server采集现场数据，实现HAZOP应急指导系统在该装置的在线应用，试运行效果显著，系统总体运行情况良好。当工艺流程中发生了某些参数的偏离达到了一定的界定值时，信号可以触发该HAZOP应急指导系统进行验证，并访问应急指导系统数据库。当工艺过程中的工艺参数发生偏离，即产生偏差时，及时获取该偏差的原因、后果以及现有的安全措施和防范建议，从而达到事故预防的目的。

4 结语

针对HAZOP成果后续应用存在的不便于现场操作人员进行查询、也不能在应急处置时提供帮助等问题，设计并开发出了基于HAZOP的应急指导系统，设计的前台界面可以实现对HAZOP分析成果一键上传、智能检索、更新、管理等功能，并利用HAZOP应急指导系统与现场DCS接口，在不影响中控室DCS系统正常运行的情况下，从中控室获取到DCS的报警信号，该信号会触发HAZOP应急指导系统进行验证，验证成功便会迅速访问HAZOP分析成果的数据库。通过设定的推理机制，智能提取到相应偏差的原因、后果、应急措施等信息，达到利用已有的专家知识解决遇到的问题的目的，使HAZOP成果与实际工艺流程进一步结合，大大增加HAZOP成果的实用性功能。

[1] 郭泳亨, 卢兴华, 刘云. 基于案例库的应急决策支持系统研究[J]. 微计算机信息, 2006(08X):148-150.

[2] 梁继. 基于Petri网模型的化工HAZOP分析专家系统研究与实现[D].北京：北京化工大学, 2007.

[3] 李潇. 采用CBR进行计算机辅助HAZOP方法的研究[D].北京：北京化工大学, 2009.

[4] 刘秋香, 张永胜. Visual C# 下利用 ADO. NET 访问 SQL Server 技术[J]. 计算机系统应用, 2013(11):66-69.

[5] 朱倩. 实验报告管理系统的设计与开发[D].西安：电子科技大学,2009.

[6] 冯坚. 基于案例的化工过程事故预防信息系统研究[D].北京：北京化工大学, 2010.

[7] 杨晓光,陈伟卫,崔艳清.大型应用项目中数据库设计模式的探研[J].商场现代化,2008,536:35.

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

许晶，助理工程师，2014年毕业于中国石油大学(华东)安全工程专业，现主要从事石油化工企业风险评估工作。