牟善军、储运与安控研究室张卫华主任、项目组组长王春利在催化裂化装置现场调研系统运行情况 项目团队先后承担了 “石化系统定性定量复杂故障诊断技术研发”等3项国家863课题，10多项企业研究课题，获得了8项发明专利，开发出能够适应各种不同工况，具有自主知识产权的石化装置异常工况监测预警诊断系统，填补了在国家这一方面的技术及产品空白。 石化生产过程工艺连续性强、控制条件异常苛刻，生产在高温、高压、易燃、易爆等危险环境下进行，发生异常工况后如果处理不当，极易造成设备损坏甚至事故发生。而石化生产过程异常工况具有隐蔽性强、危害大、关联因素多等特点，目前企业对异常工况的监测预警手段还大多停留在依靠人工经验来分析处置的水平，并且现有控制系统和数据记录无法在异常状况发生时为操作人员提供足够的支持，造成操作人员很难快速、准确地发现其根原因，从而造成误 判或是误操作，严重的甚至造成事故发生。因此，如何准确判断出异常工况并控制异常工况的发生是避免事故发生的关键环节。 随着装置的大型化、复杂化，过去传统的静态、局部、滞后、单一因素的报警和分析的方法已无法适应安全管理的需要，正逐步发展为针对动态工况的实时、系统化、多因素的监控预警和分析的方法，辅助操作人员全面有效地分析当前状态和诊断过程异常。中国石化青岛安全工程研究院为了解决生产中异常工况所带来的问题，密切跟踪国际上异常工况管理技术的最新研究成果，自2004年组建了石化装置安全运行智能监测创新团队，在广泛研究比较了国外同类型研究成果基础上，进行了系统工程、化学工程、系统仿真、计算机软硬件技术等多学科交叉，充分利用软件领域的先进技术，实现了在异常工况基础理论方法研究、监测预警系统软件开发、实验平台建设及工业应用等多方面的创新。所开发的异常工况诊断技术充分利用DCS控制系统、MES系统及LIMS系统等海量生产数据，从中挖掘有效的信息，及时发现装置异常，并提出相应的标准安全操作措施，帮助操作人员及时发现和排除由于异常工况等原因造成的安全隐患，有效避免误操作，降低生产过程的扰动，保障生产的安全稳定运行，实现对石化装置异常工况智能监测预警与安全操作管理。 项目团队先后承担了 “石化系统定性定量复杂故障诊断技术研发”等3项国家863课题，10多项企业研究课题，获得了8项发明专利，开发出能够适应各种不同工况、具有自主知识产权的石化装置异常工况监测预警诊断系统，填补了国家在这一方面的技术及产品空白。 团队照片 该系统主要包括工艺状态监测与预警、设备状态监测与性能分析、故障根原因分析、报警等级评估、安全专家知识库等功能模块。针对大型复杂动设备的动态变化和多参数耦合的复杂特性，根据设备的历史数据，采用多维空间状态分析技术建立设备运行正常工况和实时运行的“相似度曲线”，实现对设备运行状态的在线智能监测。针对一般的单元操作设备（如换热器、加热炉、泵、压缩机、塔、罐等），按照物料平衡与热量平衡的计算，对设备运行的关键性能指标进行在线监测，从而在设备性能下降的情况下，提前通知设备人员进行维护，在提高生产效率的同时，降低设备突然发生事故的概率。 针对石化装置异常工况的多变性和复杂性，研究形成了基于专家系统和机理模型的确定型异常工况识别、基于神经网络和状态空间分析的不确定型异常工况监测预警等关键技术，建立了基于特征融合的异常工况监测预警运行机制，实现了对异常工况的智能识别与监测预警。针对石化生产过程中异常工况多变性和复杂性等特点，将异常工况分为确定型和不确定型两类，开发基于专家系统的确定型和基于多维空间状态分析的不确定型异常工况识别技术，实现了对异常工况的准确识别，从而为异常工况的诊断及安全操作提供可靠基础。 针对生产过程异常工况触发因素多、参数间相互关联性强等特点，重点研究了基于故障树和基于符号有向图的异常工况根原因分析技术，建立了异常工况判断专家知识库。该知识库集成了优秀操作人员的操作经验和完善各种事故（异常）情况处理方案，当装置在运行过程中出现异常情况，通过该系统操作人员还可以及时记录操作和处理异常情况（包括事故）的过程，并作为专家经验 进入专家知识库，从而帮助操作人员及时积累操作经验，结合装置危险与可操作性分析、事故应急预案、操作规程等涉及工艺、设备及仪表的相关信息等构成专家知识库。在后续装置运行过程中，一旦出现类似情况，即可自动提示相关专家指导建议，指导操作人员对装置的运行控制从事后被动干预型变为事中、事前主动预防型，保障装置的安全稳定运行，提升装置智能化操作水平。同时系统每天自动统计分析高低报警参数、平均报警个数、工段报警个数、班组报警个数等，提供评价生产过程操作水平和装置运行水平的定量依据，为安全操作及优化管理提供指导。 石油化工装置自身具有很大的危险性，异常工况监测预警技术的研究与开发是针对装置在非正常工况、甚至是在事故状态下的运行情况，在实际的装置上进行试验是不允许的。所以，构建一个与实际生产过程高度逼近的仿真试验系统是非常必要的。石化生产异常工况分析测试仿真试验平台借助高速计算机及仿真技术，通过对石化生产装置的工艺、控制方案的模拟，构造与企业实际生产过程相类似的试验平台，能够在该平台上实现工艺的操作优化、控制方案的优化、故障设置及诊断，并可应用该平台对开发的异常工况监测预警模型与算法进行检验与验证。该平台主要实验装备由服务器、仿真计算机、DCS控制系统、ESD紧急停车系统、实时数据库、过程仿真模拟软件、异常工况监测预警系统等软硬件设施组成，形成了完整的石化生产过程模拟、状态监测与诊断的安全研究中心。该平台可用于研究、开发、试验、测试和验证危险识别与分析技术，故障诊断技术，非正常工况指导信息系统技术等，同时也是所开发应用系统的示范环境和技术培训环境。在该综合试验平台不仅可以进行单装置的试验，还可以在此基础上进行全厂性的安全工程解决方案研究。 所开发的系统已经在镇海炼化、燕山石化等大型炼化企业的常减压、催化裂化、乙烯及已内酰胺等装置上实现了工业应用，取得了良好的应用效果。系统通过采集现场的实时数据并对各种异常工况进行监测预警和根原因分析，帮助现场人员迅速处置，使生产异常的处理模式由事后的经验分析处理变成事前、事中的实时智能监测与分析指导，大大提高异常工况的处置效率与成功率，有效地避免了由于异常工况造成的紧急状态甚至事故的发生，实现了异常工况的智能诊断与精细化管理，提高了企业的生产决策科学性与安全生产管理水平。 项目组长王春利与装置工艺技术人员进行交流 团体简介：牟善军领导的石化装置运行动态智能监控技术团队先后承担了多项国家级课题，以及中国石化科技开发项目20多项。成功开发并推广了异常工况监测预警技术、泄漏监测智能预警、防爆EXPAD及移动应用平台等系列技术和产品。团队开发的“石化装置异常工况动态监测预警与安全操作指导系统”已被列入了国家重点新产品计划、国家安全生产监管总局2013年安全生产重大事故防治关键技术，以及国家安全生产监管总局安全科技“四个一批”推广应用项目；成果先后获得国家安全监督管理总局科技进步一等奖和中国石化集团科技进步二等奖，并已在燕山石化、齐鲁石化等特大型炼化企业数十套装置实现了应用。 团队的发展目标是力争成为中国石化装置安稳运行动态监测预警技术的支撑单位，在掌握装置运行规律的基础上，进行大数据的挖掘，建立中国石化的装置过程安全数据中心。