何娟娟

【摘 要】近幾年，石油化工安全生產(chǎn)成為社會(huì)熱門話題，民眾及政府越來越重視石油化工行業(yè)的安全問題。石油化工生產(chǎn)安全建模與仿真技術(shù)也隨之發(fā)展起來，通過仿真技術(shù)可以模擬真實(shí)生產(chǎn)過程，從而發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低石油化工類事故的發(fā)生率。本文針對(duì)石油化工行業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，闡述了建模與仿真技術(shù)對(duì)于石油化工生產(chǎn)安全的必要性，分析了現(xiàn)階段存在的問題，并對(duì)建模與仿真技術(shù)做了一定的研究，同時(shí)介紹了其在實(shí)際工作中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】石油化工；建模與仿真；研究；安全

石油化工行業(yè)由于其特殊的產(chǎn)品特性，往往是易燃易爆有毒產(chǎn)品，存在很大的安全隱患。發(fā)生事故會(huì)給企業(yè)、社會(huì)帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。建模與仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)模擬仿真場(chǎng)景，給企業(yè)提供有力的技術(shù)支持，防止事故的發(fā)生，從而確保石油化工行業(yè)的可持續(xù)性運(yùn)行。

1 石油化工行業(yè)引進(jìn)建模與仿真技術(shù)的必要性

我國(guó)石油儲(chǔ)備較為豐富，這就為石油化工行業(yè)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。隨著科技的進(jìn)步，對(duì)石油化工行業(yè)的需求增大，我國(guó)石油化工企業(yè)與隨之壯大起來。但是，由于石油化工行業(yè)產(chǎn)品的特殊性（產(chǎn)品的易燃易爆有毒性）、生成工藝的特殊性（某些生產(chǎn)過程需要極高的溫度及壓力），這種存在的安全隱患很難通過人為發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致我國(guó)近幾年來頻發(fā)石油化工重大事故，且比例呈上升趨勢(shì)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，使石油化工行業(yè)成為高危行業(yè)之一。我國(guó)政府針對(duì)石油化工行業(yè)安全生產(chǎn)問題，制定了極為嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)定，為了降低生產(chǎn)中可能發(fā)生的事故，并對(duì)可能的危害造成的損失進(jìn)行全面的分析并提出了解決辦法。

雖然更為嚴(yán)格的石化標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，但是由于石油化工生產(chǎn)安全領(lǐng)域所涉及的方面眾多，包括工藝流程的危險(xiǎn)事故仿真、事故蔓延、對(duì)于突發(fā)事故的應(yīng)急預(yù)案以及突發(fā)事故的應(yīng)急演練、設(shè)備安全監(jiān)測(cè)與監(jiān)督等等。企業(yè)內(nèi)部通過成立檢查小組來每天進(jìn)行安全生產(chǎn)方面的檢查以及企業(yè)內(nèi)部建立的半自動(dòng)化報(bào)警技術(shù)已經(jīng)落后，不能保證石油化工行業(yè)的安全生產(chǎn)。這就要求石油化工企業(yè)必須跟隨時(shí)代發(fā)展的要求，引進(jìn)更加先進(jìn)的技術(shù)，來確保安全生產(chǎn)。

近幾年，建模與仿真技術(shù)以逐漸發(fā)展成熟，被應(yīng)用到生命科學(xué)領(lǐng)域、生產(chǎn)制造領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域，由于石油化工行業(yè)的危險(xiǎn)性使得建模與仿真技術(shù)在石油化工行業(yè)也越來越被人們所重視。目前已經(jīng)被有些石化企業(yè)所引進(jìn)，成為保證安全生產(chǎn)的重要技術(shù)手段。安全建模與仿真技術(shù)可以真實(shí)的模擬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)工藝流程事故、突發(fā)事故實(shí)驗(yàn)等，它的最大優(yōu)勢(shì)就是可以仿真模擬，對(duì)于真實(shí)生產(chǎn)工藝的連續(xù)化不用被打斷，而且這種先進(jìn)的技術(shù)，省去了傳統(tǒng)的人為檢查的人力消耗，從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上來說，能夠?yàn)槭突て髽I(yè)高效、持續(xù)、穩(wěn)定的安全生產(chǎn)提供有利的技術(shù)支持，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)有更大的貢獻(xiàn)。

2 現(xiàn)階段石油化工行業(yè)安全建模與仿真存在的問題

隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)石油化工生產(chǎn)安全建模與仿真技術(shù)的研究已經(jīng)有了大量的成果與實(shí)際應(yīng)用，但該項(xiàng)技術(shù)還處于新興階段，仍然存在著一系列的問題，有待工作者們?cè)诮窈蟮膶?shí)踐工作中去完善。

2.1 復(fù)用性問題

目前安全建模與仿真在復(fù)用性上還不夠完善。該技術(shù)應(yīng)該根據(jù)石油化工生產(chǎn)安全特性對(duì)所模擬設(shè)備對(duì)象的屬性和行為進(jìn)行抽象集成，在系統(tǒng)解耦方面能否建立仿真組件模型還存在復(fù)用性的問題。

2.2 仿真場(chǎng)景完備性問題

石油化工生產(chǎn)安全領(lǐng)域范圍較廣，不僅包括生產(chǎn)工藝流程內(nèi)在事故模擬，還包括突發(fā)事故蔓延以及危險(xiǎn)事故應(yīng)急處理等等，這就要求仿真場(chǎng)景要更加多樣，且適用于各種不同的安全領(lǐng)域，仿真場(chǎng)景的完備性要進(jìn)一步適應(yīng)模擬對(duì)象的需求。

2.3 建模與仿真系統(tǒng)與其它系統(tǒng)兼容問題

在實(shí)際工作中，仿真系統(tǒng)需要與其它安全系統(tǒng)協(xié)同工作，才能發(fā)揮出最大的效用。這就要求該系統(tǒng)要與其它安全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容性，需要在今后的工作中重視起來。

3.石油化工生產(chǎn)安全建模與仿真技術(shù)研究

為了解決以上問題，現(xiàn)階段的面向?qū)ο蟮慕Ｅc仿真技術(shù)（OMT），是從靜態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型以及功能模型三個(gè)維度進(jìn)行系統(tǒng)建模。與其它技術(shù)比較，OMT具有三大優(yōu)勢(shì)：首先，它是實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一抽象，具有更高級(jí)的抽象方式；其次，復(fù)用性高，模型可配置型強(qiáng)，通用性好；最后，由于其模型封裝性好，維護(hù)系統(tǒng)起到了保護(hù)的作用。

3.1 石油化工生產(chǎn)安全建模方法研究

石油化工生產(chǎn)安全建模方法研究包括石油化工工藝流程生產(chǎn)安全建模研究及潛在危險(xiǎn)事故擴(kuò)散模型研究等等，這里只對(duì)后者做簡(jiǎn)單研究介紹。

3.1.1 危險(xiǎn)事故擴(kuò)散模型研究

由于石油化工生產(chǎn)的工藝特殊性，使得很多反應(yīng)設(shè)備之間都相互關(guān)聯(lián)，一旦發(fā)生事故后，很可能對(duì)與之相關(guān)聯(lián)的其他設(shè)備造成損害，形成事故的擴(kuò)散，造成更加嚴(yán)重的后果。對(duì)危險(xiǎn)事故擴(kuò)散建模流程研究為：明確初始事故→明確路徑因素及概率→構(gòu)建事件決策樹→計(jì)算次生事故概率→構(gòu)建事故擴(kuò)散概率模型→有效事故場(chǎng)景篩選模型。明確初始事故是第一步，有可能是機(jī)械故障、人為操作失誤、儲(chǔ)罐泄漏等等；明確路徑因素是決定事故演變的因素條件，建立事件決策樹，建模者需要輸入對(duì)事故可能造成蔓延的相關(guān)對(duì)象，并通過科學(xué)計(jì)算出可能發(fā)生事故蔓延的概率；事故擴(kuò)散是當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域發(fā)生事故后，可能對(duì)周圍相關(guān)危險(xiǎn)因素造成進(jìn)一步擴(kuò)散；有效事故場(chǎng)景是指事故連鎖擴(kuò)散形成的事故場(chǎng)景相當(dāng)復(fù)雜，需要利用相關(guān)的篩選標(biāo)準(zhǔn)來剔除掉不必要場(chǎng)景，降低計(jì)算分析復(fù)雜度。

3.2 石油化工生產(chǎn)安全仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)研究

仿真場(chǎng)景的設(shè)計(jì)研究涵蓋石油化工生產(chǎn)安全的方方面面，仿真環(huán)境通過配置不同命令來進(jìn)行不同的模擬場(chǎng)景，并通過命令輸出結(jié)果。這里只對(duì)危險(xiǎn)事故應(yīng)急演練場(chǎng)景仿真設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)單研究介紹。

3.2.1 危險(xiǎn)事故應(yīng)急演練場(chǎng)景仿真設(shè)計(jì)研究

危險(xiǎn)事故應(yīng)急演練場(chǎng)景的仿真研究對(duì)石油化工生產(chǎn)安全起到了非常重要的作用，可以模擬真實(shí)事故發(fā)生場(chǎng)景。主要包括事故報(bào)警與上報(bào)、應(yīng)急指令下達(dá)、應(yīng)急資源調(diào)配，應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)救援以及應(yīng)急記錄等環(huán)節(jié)，為企業(yè)全方位仿真演練和人員培訓(xùn)系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

通過對(duì)危險(xiǎn)源分類、以應(yīng)急腳本為基礎(chǔ)，來實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)事故應(yīng)急場(chǎng)景模擬。通過指令來設(shè)定危險(xiǎn)源事故從而觀察事故的演變，以及對(duì)整個(gè)安全系統(tǒng)的后續(xù)影響，然后根據(jù)仿真應(yīng)急腳本下達(dá)相應(yīng)的處理辦法到仿真算法模型模擬后續(xù)應(yīng)急效果，通過軟件分析得到最終的事故仿真應(yīng)急數(shù)據(jù)。通過對(duì)仿真場(chǎng)景來評(píng)估企業(yè)人員應(yīng)急處理能力和應(yīng)急腳本的效果，來不斷完善企業(yè)的實(shí)際事故應(yīng)急處理能力。

4 石油化工生產(chǎn)安全建模與仿真技術(shù)應(yīng)用

4.1 在設(shè)備安全監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

石油化工企業(yè)可以將建模與仿真技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)設(shè)備安全監(jiān)測(cè)上來。由于建模與仿真技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的，早期由于沒有先進(jìn)的軟件技術(shù)，限制了石油化工企業(yè)對(duì)設(shè)備損壞監(jiān)測(cè)程度，沒有技術(shù)支持監(jiān)測(cè)設(shè)備，一旦發(fā)生事故，將造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。由于我國(guó)石油化工類事故的頻發(fā)，企業(yè)越來越重視安全監(jiān)測(cè)，并開始加大了對(duì)安全監(jiān)測(cè)的投入?？萍嫉倪M(jìn)步帶來了新的技術(shù)支持，建模與仿真技術(shù)正是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過仿真技術(shù)，企業(yè)可以通過軟件建立仿真場(chǎng)景，在生產(chǎn)前就可以掌握設(shè)備運(yùn)行中可能受到的損壞，實(shí)現(xiàn)更有效的控制設(shè)備的安全，避免安全隱患，保證石油化工工業(yè)的生產(chǎn)安全。

4.2 在設(shè)備安全監(jiān)督方面的應(yīng)用

石油化工企業(yè)可以將建模與仿真技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)設(shè)備安全監(jiān)督上來，與安全監(jiān)測(cè)相同，也可以起到十分重要的作用。不同的是，石油化工企業(yè)安全監(jiān)督是一種動(dòng)態(tài)監(jiān)督，是以生產(chǎn)過程中設(shè)備的有效運(yùn)作為對(duì)象，建模仿真技術(shù)可以與安全監(jiān)測(cè)軟件相關(guān)聯(lián)，一起對(duì)在生產(chǎn)過程中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督。同時(shí)，企業(yè)員工還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)石油化工企業(yè)大型危險(xiǎn)設(shè)備的監(jiān)督，通過軟件技術(shù)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的效果進(jìn)行改善，降低危險(xiǎn)設(shè)備發(fā)生事故的概率，從而避免事故的發(fā)生。

4.3 在應(yīng)對(duì)突發(fā)事故方面的應(yīng)用

石油化工企業(yè)可以將建模與仿真技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)對(duì)突發(fā)事故上來，可以避免破壞設(shè)備和周圍環(huán)境，仿真事故發(fā)生場(chǎng)景，通過仿真技術(shù)可以對(duì)相關(guān)安全預(yù)警方面提供技術(shù)支持。石油化工企業(yè)可以通過建模與仿真技術(shù)對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行仿真場(chǎng)景模擬，使企業(yè)員工在模擬條件下解決突發(fā)事故，不僅可以加強(qiáng)員工的安全意識(shí)及對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力，還可以幫助企業(yè)在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)，提供更多的處理方式和處理措施，防止事故蔓延至更大范圍，有效降低事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[2]。

5 結(jié)論

綜上所述，石油化工生產(chǎn)建模與仿真技術(shù)的研究現(xiàn)在已成為國(guó)內(nèi)熱門研究對(duì)象，越來越多的石油化工企業(yè)開始重視這一仿真技術(shù)的應(yīng)用，石油化工企業(yè)必須把安全生產(chǎn)放在首位，通過合理使用建模與仿真技術(shù)，企業(yè)可以從仿真數(shù)據(jù)中得到技術(shù)支持?jǐn)?shù)據(jù)，確保石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn)，使我國(guó)石油化工安全生產(chǎn)更上一個(gè)水平，對(duì)我國(guó)石油化工安全生產(chǎn)具有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭齊勝.系統(tǒng)建模與仿真[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[2]高鵬飛，張川.對(duì)石油化工企業(yè)安全仿真技術(shù)應(yīng)用的分析[J].商業(yè)文化，2012，（10）：394.