CN104456092A - 一种石油天然气管道报警优先级多维评定方法 - Google Patents
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Abstract
一种石油天然气管道报警优先级多维评定方法，该方法包括如下步骤：(1)访问数据库，获取管道工艺数据；(2)用符号表达工艺过程和报警变量，建立报警树状图并找到关键报警；(3)根据工艺条件计算单个报警的工艺时间；(4)根据工艺时间评估报警响应时间，确定对应的MTTR因子；(5)分别评估单个报警的各项后果严重度，确定其对应权重；(6)计算初始优先级分值，以步骤(2)中的关键报警为节点，节点之前的初始分值依次加5分，节点之后的初始分值依次减5分，得到最终分值；(7)确定报警优先级等级及其显示、处理方式，并录入数据库。本发明针对管道报警系统中的报警形成一种多维优先级评分方法，提供更精确实用的优先级划分。
Description
技术领域
本发明涉及自动化报警系统的报警优先级评定方法，特别涉及石油天然气管道行业报警优先级的多维定级方法。
背景技术
管道作为一种重要的油气运输方式，具有距离长、范围广、生产指挥难度大等特点，为保证管道安全平稳运行，必须对管道运行进行实时监控，出现异常及时报警。然而，若短时间内出现大量报警会导致控制员无法辨识根本的报警原因，错过阻止事故发生的时机。报警优先级是一个帮助控制员区分报警重要性的参数，但是现存的优先级定级方法比较粗糙，在响应时间、后果严重度以及工艺关联上还有很大的改进空间。因此，采取一种多维的报警优先级评定方法对提高报警系统性能，最大限度降低事故影响具有重要意义。
国外对报警管理的研究比较早，涉及到报警优先级的标准有EEMUA-191《报警系统：一个对设计、管理和采购的指导》、ISA-18.2《过程工业的报警管理系统》和单独针对管道行业的API-1167《管道SCADA系统报警管理》。API-1167中提出一种优先级决策矩阵，把响应时间分为4等、后果严重度分为3等，对应着三个优先级，是现行优先级定级方法的基础。EXIDA公司开发的报警合理化工具SILAlarm提供了四种优先级定级依据：严重度矩阵、量化后果总和、最严重后果、根据紧急情况修正的严重度总和，其中严重度矩阵在API-1167的基础上增加了一个响应时间量化指标——平均响应时间因子(Mean Time To Respond，MTTR)，并把后果分类量化，从而通过一个分值来确定优先级。该方法现在较为流行，但其定级过程相对独立，未考虑大型集控系统中多报警之间的关联关系，使优先级在报警泛滥时失去效用。
国内对报警管理方面的研究起步较晚，但近年来已取得长足进展，但主要集中在减少报警数量、合理设置报警阈值方面，对报警优先级评定方法的研究也停留在风险矩阵的层面。大型管道公司虽然装配SCADA系统，但其报警功能仍然薄弱，作为一个被长期忽视的保护层，报警管理在管道行业已经引起重视。因此，引入关联关系分析的报警优先级多维评定方法研究具有积极意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一套针对管道行业报警系统中的报警优先级多维评定方法，相比现有的响应时间VS后果严重度的两维定级方法，考虑到多报警间在工艺上的因果联系，形成一种多维的优先级评分方法，提供更细致的优先级划分，从而强化管道报警系统性能。
为了达到以上目的，本发明提出了一种油气管道报警优先级多维评定方法，该方法包括如下步骤：
(1)访问数据库，获取管道站场分布、报警数据及其工艺过程；
(2)把工艺过程和报警变量用符号表达，建立报警树状图并找到关键报警，具体步骤如下：
(a)确定系统范围，包括报警泛滥的时间域和工艺域；
(b)确定首发报警，此报警不一定是关键报警，但报警泛滥中的大部分报警都因之而起；
(c)根据报警树模型的四种关联关系分析各报警之间的关系；
(d)编制报警树，把前面的分析结果通过树状图综合联络，构成报警树模型；
(e)选取树状图上交叉最多的节点为关键报警。
(3)根据报警参数及工艺条件计算单个报警的工艺时间；
(4)根据工艺时间评估报警响应时间，确定对应的MTTR因子；
(5)分别评估单个报警的各项后果严重度，确定其对应权重；
(6)根据步骤(4)、(5)中的量化结果计算初始优先级分值，以步骤(2)中的关键报警为节点，节点之前的初始分值依次加5分，节点之后的初始分值依次减5分，得到最终分值；
(7)查表确定报警优先级等级和其相应的显示、处理方式，并录入数据库。
上述的报警树模型的四种关联关系分别为：直线型、组合型、支链型和紧密型，详情见附图说明2。
上述的报警响应等级根据最大响应时间划分为缓存、正常、紧急、急促四级，及其相应的MTTR因子详情见附图说明5。
上述的后果严重度分人员安全、设备损失、公共影响、环境影响、经济损失、停工期六种，危害等级从Ⅰ-Ⅴ五个阶梯，定级附有建议标准，详情见附图说明6。
上述的优先级分值计算公式为：
优先级分值＝(MTTR因子)*∑(后果权重)±5*n； (1)
式中MTTR因子为平均响应时间对应的影响因子，后果权重取自可能后果的危害等级，n为该报警距关键报警的节点数。公式中的三个要素反映了响应时间、后果严重度、关联关系对报警优先级设定的影响程度。优先级按照API-1167的建议分布分成五级，具体分值划分及处理建议见附图说明5。
本发明的增益效果是：本发明针对管道行业的报警优先级进行多维评定，以使优先级更能表达报警情形的紧急梯队，保证报警系统发挥应有的保护作用。优先级多维评定综合考虑响应时间、后果严重度和报警间的关联关系，提高优先级准确性，在发生报警泛滥时，帮助控制员分析异常原因，为提高响应速度、减缓事故后果提供技术支持。
附图说明
图1是报警优先级多维评定方法流程图；
图2是报警树模型的四种关联关系图；
图3是报警树模型分析流程图；
图4是管道超压压力报警树状图；
图5是报警响应时间与对应响应等级和MTTR因子表；
图6是后果严重度分类评估标准及其权重表；
图7是报警优先级等级划分及建议分布表；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
(1)图1是实施本方法的步骤流程图。实施例针对某输油管道超压(截断阀误关闭)报警优先级进行多维评定，首先访问数据库获得管道、输送油品及站场参数，见表1
表1 管道、输送油品及站场参数
获得管道超压报警中的压力报警(本实施例考虑超压报警，对其他类型报警也适用)，见表2。
表2 管道超压时的压力报警
(2)根据报警树模型的分析流程，梳理管道超压报警的逻辑关系，其具体流程如下：
(a)确定系统范围，包括报警泛滥的时间域和工艺域；
(b)确定首发报警，此报警不一定是关键报警，但报警泛滥中的大部分报警都因之而起；
(c)根据报警树模型的四种关联关系分析各报警之间的关系；
(d)编制报警树，把前面的分析结果通过树状图综合联络，构成报警树模型；
(e)选取树状图上交叉最多的节点为关键报警。
在本示例中，由于报警泛滥时间集中，选取的时间域为30分钟，选取距离截断阀较近的上游站A站至下游站C站之前的压力报警；从时间先后考虑，选取由截断阀附近的压力传感器产生的管段A-B压力高报警为首发报警；按步骤分析各报警得到响应和无响应对其他报警的影响，根据结果编制报警树状图，其中除①号报警外交叉最多的节点为④号，选取④号报警为关键报警。图3为管道超压时的压力报警树模型。
(3)计算工艺时间
以④号报警为例计算工艺时间，截断阀据A站场43.4km，在憋压情况下的水击波波速为1019m/s，故信号报警的时间为42.6s，光纤信号的延迟为10s，因此④号报警的工艺时间为52.6s。
(4)根据工艺时间评估报警响应时间，确定对应的MTTR因子
根据ISA18.2对报警时间线的定义，完整的报警响应时间应包括以下过程：工艺信号产生报警、信号延迟、操作员确认报警、确认延迟、操作员响应及延迟。工艺时间只包含了工艺信号的产生及延迟；操作员确认及延迟时间与人机界面环境和操作员本人素质有关，此处取5min；操作员响应及延迟与报警性质和响应措施有关，对于管道压力报警一般的响应措施为调节有关站场的进出站阀和VFD泵转速，取时间为5min，因此④号报警的响应时间为10.88min，根据图3中对响应等级的规定查到④号报警为紧急响应，对应的MTTR因子为1。
(5)分别评估单个报警的各项后果严重度，确定其对应权重
仍以④号报警为例，管段压力过高可能造成管道破裂泄漏事故，是一项敏感的危险信号，也是发生超压时最需要响应的关键报警，其该可能事故的后果严重度评估如表3所示。
表3 ④号报警各项后果严重度评估权重表
(6)根据步骤(4)、(5)中的量化结果计算初始优先级分值，以关键报警为节点，节点之前的报警优先级分值依次加上5分，节点之后的报警优先级分值依次减去5分，得到最终分值；④号报警本身为关键报警节点，其最终分值计算如下：
④号报警的优先级分值＝1*∑(0.5+0.5+5+50+5+30)+0＝91
(8)查表确定报警优先级等级和其相应的显示、处理方式，并录入数据库
查找优先级划分原则及分布图中④号报警的优先级分值所对应的等级及建议处理方式，并录入数据库以备变更报警设置需要。
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者同等替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征包括如下步骤：
(1)访问数据库，获取管道站场分布、报警数据及其工艺过程；
(2)把工艺过程和报警变量用符号表达，建立报警树状图并找到关键报警，具体步骤如下：
(a)确定系统范围，包括报警泛滥的时间域和工艺域；
(b)确定首发报警，此报警不一定是关键报警，但报警泛滥中的大部分报警都因之而起；
(c)根据报警树模型的四种关联关系分析各报警之间的关系；
(d)编制报警树，把前面的分析结果通过树状图综合联络，构成报警树模型；
(e)选取树状图上交叉最多的节点为关键报警。
(3)根据报警参数及工艺条件计算单个报警的工艺时间；
(4)根据工艺时间评估报警响应时间，确定对应的MTTR因子；
(5)分别评估单个报警的各项后果严重度，确定其对应权重；
(6)根据步骤(4)、(5)中的量化结果计算初始优先级分值，以步骤(2)中的关键报警为节点，节点之前的初始分值依次加5分，节点之后的初始分值依次减5分，得到最终分值；
(7)查表确定报警优先级等级和其相应的显示、处理方式，并录入数据库。
2.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对报警树模型的关联关系分为如下4类：
(a)直线型：是指报警间的因果关系为一因一果；
(b)组合型：是指报警间的因果关系为多因一果；
(c)支链型：是指报警间的因果关系为一因多果；
(d)紧密型：是指报警间的因果关系为互为因果。
3.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(2)中，关键报警的选取标准为：
(a)一般情形下，除首发报警外，树状图上交叉最多的节点为关键报警；
(b)特殊情形下，直接以首发报警为关键报警，特殊情形包括：
①首发报警的后果严重度达到触发紧急停车系统；
②首发报警对不同性质(压力之于温度、液位)的其他报警树模型的影响超过其他报警；
③首发报警处于外界系统的关键节点上。
4.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(3)(4)中，报警响应时间应包括以下过程：工艺信号产生报警、信号延迟、操作员确认报警、确认延迟、操作员响应及延迟。
5.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(4)中，报警响应时间与MTTR因子的对应关系为：响应时间大于30分钟的MTTR因子取值为0.64，15-30分钟的取值为0.8，5-15分钟的取值为1，小于5分钟的取值为1.2。
6.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(5)中，报警的后果严重度包括人员安全、设备损失、公共影响、环境影响、经济损失、停工期六种，危害等级分为Ⅰ-Ⅴ五个阶梯，分级标准参照油气管道事故后果等级标准。
7.根据权利要求1所述的一种油气管道报警优先级多维评定方法，其特征在于，所述步骤(6)中，以报警响应时间和后果严重度为基础得到初始分值，以报警树状图上关键报警为节点，节点之前的初始分值依次加5分，节点之后的初始分值依次减5分，得到最终分值，即优先级分值＝(MTTR因子)*∑(后果权重)±5*n，其中，n为该报警距关键报警的节点数。
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