CN103955182A - 安全运行监测与指导方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全运行监测与指导方法，主要解决现有技术尚缺少专门针对催化裂化装置运行异常或故障判别并快捷有效的将装置的异常或故障的判别征兆管理起来，且无法直接显示到操作工面对的DCS画面上的问题。本发明通过采用一种安全运行监测与指导方法，用户通过网络与在线安全运行监测与指导平台相连，实现对催化裂化装置的安全运行监测与指导，所述在线安全运行监测与指导平台包括安全运行监测与指导系统软件和硬件，所述软件是装置的动态监测与专家诊断系统；硬件主要包括服务器、无线路由器、移动设备的技术方案较好地解决了上述问题，可用于催化裂化装置的安全运行监测与指导中。

Description

安全运行监测与指导方法

技术领域

本发明涉及一种安全运行监测与指导方法。

背景技术

目前，工业装置的安全问题引起大家越来越多的关注，尤其是石油、化工等类型的装置，由于目前的DCS（Distributed Control System）报警仅能给出简单的报警信息，无法提供深层次的故障原因，一旦出现传感器漂移、设备失效、工艺波动或误操作等原因导致的复杂故障，操作员难以及时准确判断，甚至可能做出错误决策，轻则影响产品质量、生产调度计划，重则会出现生产事故，造成人员伤亡和巨大的经济损失。

如催化裂化装置，既有微球催化剂流化，还有化学反应，又是在高温、压力下操作，物料大部分为甲类危险品，生产过程产生有毒气体H₂S等，在炼油厂中是易出现事故的装置。催化裂化重点设备机组为主风机、增压机、气压机。此外，还有许多的特殊阀门如控制催化剂循环量的电液滑阀，控制烟机流量的高温蝶阀等，这些阀门出现问题会使装置部分停工或全装置停工，处理不当也有可能导致恶性事故发生。从工艺运行和操作上来看，催化裂化反应是极其复杂的化学反应，控制参数多且相互关联（如反应沉降器、再生器的压力平衡控制等），一旦出现较大操作波动，将带来一系列严重问题，如结焦、催化剂跑损等，对工艺操作有着很高的要求。因此，开展催化裂化装置事故分析与工艺风险研究，从工艺安全角度出发，以工艺危害分析入手，结合事故分析，提出一套行之有效的催化裂化装置工艺风险分析与管理方法，系统全面的辨识评估催化裂化装置生产过程中的相关危害，并根据现场海量的生产数据中挖掘出的有效信息，及时发现生产过程中出现的异常工况，为操作人员提供对装置运行状态准确及时的分析，是确保装置安全运行的重要环节。

上述过程的核心技术是对工业过程的故障诊断。目前，国际上故障诊断技术的研究主要以定性仿真、神经网络、模糊数学和数据融合等方法为主，同时结合专家系统的理论。定性仿真方法，是关于建立当系统的结构、参数和状态不完全已知条件下的数学模型（称为定性数学模型）和求取定性数学模型的近似解、行为预测或趋势展望的应用问题及方法。神经网络模拟人脑神经网络的方式来处理信息，以其非线性映射能力为工程界提供了一条有潜力的解决问题的途径；模糊理论的出现解决了不确定性问题；这些工具的成功运用，解决了传统的诊断技术不能解决的问题，给诊断领域的发展带来了新的活力。但是，在实际应用中，需要将多种诊断方法有机地结合在一起，这样可以发挥出各种诊断方法的优势，弥补单一诊断方一法的不足，因此，对于复杂的过程工业系统宜采用基于定性定量集成智能诊断策略。

CN02154759中涉及了一种生产装置的故障诊断方法，其特征在于包括下列步骤：对于进行与成为诊断对象的被诊断生产装置相同或类似的处理的参照生产装置，进行特征量的时间系列数据的测定，将该测定结果作为装置信息数据库记录在装置信息存储装置中；读出在过程管理信息存储装置中记录的过程管理信息数据库中记载的方法；根据该方法驱动控制上述被诊断生产装置，将上述特征量的时间系列数据作为试验数据进行测定，实时输出该试验数据；对上述负荷试验数据进行运算处理制作故障诊断数据；使用该故障诊断数据和上述装置信息数据库进行上述被诊断生产装置的故障诊断。该方法诊断方法单一，过分依赖标准装置的运行数据，难以及时准确的发现风险状况。

本发明有针对性的解决了该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术尚缺少专门针对催化裂化装置运行异常或故障判别并快捷有效的将催化裂化装置的异常或故障的判别征兆管理起来，且无法直接显示到操作工面对的DCS画面上的问题，提供一种新的安全运行监测与指导方法。该方法用于催化裂化装置的安全运行监测与指导中，具有异常或故障判别征兆库统一管理且可以将故障信息和判别结果直接无线发送至操作员面前的移动设备上的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种安全运行监测与指导方法，用户通过网络与在线安全运行监测与指导平台相连，实现对催化裂化装置的安全运行监测与指导，所述在线安全运行监测与指导平台包括安全运行监测与指导系统软件和硬件，所述安全运行监测与指导系统软件是基于对催化裂化装置进行危险和可操作性（HAZOP）和故障树分析，实现对催化裂化装置风险较大的关键部位的常见异常及故障深度分析，并图形化建模，然后根据催化裂化装置工艺技术特点及故障模式，应用多维状态空间分析、专家系统等异常工况分析诊断技术，开发出的催化裂化装置动态监测与专家诊断系统；所述安全运行监测与指导系统硬件主要包括服务器、无线路由器、移动设备，服务器负责异常工况征兆库的建立与维护、安全运行监测模型的组态、采集现场实时数据、分析数据以进行安全运行状态监测与指导的计算推理、发送计算结果到无线路由器，无线路由器作为连接服务器与移动设备的媒介，在移动设备和服务器之间建立起无线连接来传输数据，将监测信息及操作指导方案用移动设备展示给用户。

上述技术方案中，优选地，所述安全运行监测与指导系统软件系统通过采集DCS系统的实时数据，对生产过程进行实时的监测和故障诊断，帮助现场操作人员及时发现催化裂化装置中存在的问题并做出快速反应。

上述技术方案中，优选地，移动设备为平板电脑、手机中的至少一种。

本专利中按照“总结运行中的异常或故障-基于工艺参数的现象表征-图形化的征兆库构建”的思路，构建一个工艺风险管理工具，以图形化方式建立和管理征兆库，根据催化裂化装置工艺技术特点及故障模式，应用多维状态空间分析及专家系统等异常工况分析诊断技术，开发催化裂化装置动态监测与专家诊断系统，实现在线监测与提示，开发基于移动设备的应用，将移动设备放置在操作人员面前的工作台上，该移动设备通过与服务器建立无线连接来传输数据，将异常工况监测与指导结果用移动设备展示给操作人员。提供一个开放式的平台，使用户（技术人员、操作人员）可以将催化裂化装置安全运行中的关键问题的判别信息保留，并进行在线监测，及时判别催化裂化装置运行中存在的问题，辅助操作人员的判定，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图；

1为催化裂化装置实时数据；2为服务器；3为无线路由器；4为中控机房；5为移动设备；6为中控室。

图2为“原油带水”故障逻辑推理分析模型；

图3为工艺风险管理工具示意图；

图4为异常工况监测与诊断技术路线图；

图5为催化裂化装置的安全运行监测与指导系统功能运行示意图。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

在某200万吨/年催化裂化装置上，建立安全运行监测与指导方法，用户通过网络与在线安全运行监测与指导平台相连，实现对装置的安全运行监测与指导，所述在线安全运行监测与指导平台包括安全运行监测与指导系统软件和硬件，所述安全运行监测与指导系统软件是基于对装置进行HAZOP和故障树分析，实现对装置风险较大的关键部位的常见异常及故障深度分析，并图形化建模，然后根据装置工艺技术特点及故障模式，应用多维状态空间分析、专家系统等异常工况分析诊断技术，开发出的装置动态监测与专家诊断系统；所述安全运行监测与指导系统硬件主要包括服务器、无线路由器、移动设备，服务器负责异常工况征兆库的建立与维护、安全运行监测模型的组态、采集现场实时数据、分析数据以进行安全运行状态监测与指导的计算推理、发送计算结果到无线路由器，无线路由器作为连接服务器与移动设备的媒介，在移动设备和服务器之间建立起无线连接来传输数据，将监测信息及操作指导方案用移动设备展示给用户。

下面详细叙述安全运行监测与指导平台的建立方法和主要构成。

1.硬件环境

硬件结构如图1所示。在中控机房配置一台服务器，通过网线与IP21实时数据库服务器相连，安装并运行“催化裂化装置安全运行监测与指导系统”服务器版，采集来自生产现场的实时数据，实时推理分析当前工艺的状态，保存并发布，供Browser端客户机查看。Browser端客户机为平板电脑。

2.系统研发

1）催化裂化装置工艺风险分析与管理方法及工具

（1）工艺风险分析与管理方法

根据催化裂化装置的工艺流程图及操作规程，以HAZOP分析方式，与车间工艺技术人员进行风险分析工作；根据催化裂化装置风险分析，确定装置风险分布及程度，确定需要重点监测的工艺异常工况，如待生催化剂结焦等“异常工况”、确定需要重点监测的关键参数与设备，如反应器出口温度、出口压力等，并采用故障逻辑推理分析方法，根据催化裂化的工艺流程、操作规范以及操作人员的实践经验，建立了装置主要风险的故障逻辑推理分析模型。如“原料带水”的模型如图2所示。从引起原料带水的表征，一步步推理得到“原料带水”的后果。在线监测时，通过对实时数据的分析，根据已经触发的表征，来判断风险是否已经发生。

（2）工艺风险管理工具

根据建立的工艺风险分析与管理方法，建立工艺风险管理工具（如图3所示）。用户可将图形化的模块拖到绘图区，配置风险触发的条件属性，完成建模，最终形成工艺风险征兆库。

2）安全运行监测与指导系统软件

根据催化裂化装置工艺技术特点及故障模式，应用基于过程模态自适应的异常工况智能诊断技术，开发催化裂化装置动态监测与专家诊断系统。

由于装置现场的复杂性，实时数据在采集、传输过程中，可能不同程度地受到随机噪声和粗大误差的污染，因此要进行数据预处理，即数据滤波。本专利基于插值细分方法的提升小波的原理，设计了相应的预测与更新算子克服传统小波变换存在的边界问题，并采用中值法去除数据中包含的粗大误差，然后通过一个滑动的时间窗，将提升小波阈值去噪应用于数据的预处理中。

采用滑动窗口鲁棒主元分析和自适应聚类算法，形成多维空间状态分析模块：研究石化生产过程异常工况，提出过程模态自适应划分模型；针对各模态样本簇中心在空间的分布位置会随时间变化而变化的问题，研究应用外部变量（人为设定的控制变量）与内部变量之间的分段偏最小二乘法来进行模型动态更新的方法。同时，结合建立的风险征兆库，形成催化裂化生产过程的异常工况监测与诊断技术。其技术路线如图4所示。

在此基础上，开发了“催化裂化装置的安全运行监测与指导系统”。其主要功能如图5所示。

（1）实时监测

连接DCS控制系统，系统开始实时监测。此处实现两大功能：

1）工艺监测

对现场采集的DCS实时数据，计算得到工艺装置目前的状态。

2）异常诊断

如果装置发生异常，则根据各工艺参数已经产生的表征，到工艺风险征兆库去匹配相应的异常工况。如能匹配到相关信息，则根据专家知识，指出导致异常发生的根原因。

（2）知识管理

为了丰富系统中的知识，为构建风险征兆库提供参考，将与装置有关的以下信息内置的到系统：

①开停工知识

对装置开停工中相关的知识与遇到的各种问题进行归档分类，实现电子化管理，用户可在线查看。

②设备知识

对装置中各种设备相关的知识与遇到的各种问题进行归档分类，实现电子化管理，用户可在线查看。

③操作知识

对工艺操作规程、管理制度等，实现电子化管理，用户可在线查看。

④事故预案

对装置的事故预案电子化管理，并将其作为工艺监测的知识库，监测到事故发生时，自动调用相关事故预案给操作人员以提示。

⑤HAZOP知识库

通过人工HAZOP分析，搜集建立装置的异常工况的信息。

3）客户端

为操作工配置的平板电脑采用微软Surface系列产品，便于与使用Windows操作系统的PC用户使用同一类客户端。

所开发的客户端，既有B/S架构的，便于用户在企业使用办公网上的任一电脑，即可了解装置运行情况，适用于装置管理人员；又有C/S架构的，使用户能查看装置的详细运行状况，适用于操作工面前的平板电脑、工艺员办公室的PC电脑。

Claims (3)

1.一种安全运行监测与指导方法，用户通过网络与在线安全运行监测与指导平台相连，实现对催化裂化装置的安全运行监测与指导，所述在线安全运行监测与指导平台包括安全运行监测与指导系统软件和硬件，所述安全运行监测与指导系统软件是基于对催化裂化装置进行危险和可操作性（HAZOP）和故障树分析，实现对催化裂化装置风险较大的关键部位的常见异常及故障深度分析，并图形化建模，然后根据催化裂化装置工艺技术特点及故障模式，应用多维状态空间分析、专家系统等异常工况分析诊断技术，开发出的催化裂化装置动态监测与专家诊断系统；所述安全运行监测与指导系统硬件主要包括服务器、无线路由器、移动设备，服务器负责异常工况征兆库的建立与维护、安全运行监测模型的组态、采集现场实时数据、分析数据以进行安全运行状态监测与指导的计算推理、发送计算结果到无线路由器，无线路由器作为连接服务器与移动设备的媒介，在移动设备和服务器之间建立起无线连接来传输数据，将监测信息及操作指导方案用移动设备展示给用户。

2.根据权利要求1所述安全运行监测与指导方法，其特征在于所述安全运行监测与指导系统软件系统通过采集DCS系统的实时数据，对生产过程进行实时的监测和故障诊断，帮助现场操作人员及时发现催化裂化装置中存在的问题并做出快速反应。

3.根据权利要求1所述安全运行监测与指导方法，其特征在于所述移动设备为平板电脑、手机中的至少一种。