HAZOP软件研究与应用进展赵劲松清华大学化工系教授

1、HAZOP软件研究与应用进展软件研究与应用进展赵劲松赵劲松 教授教授化工过程事故与预防研究中心化工过程事故与预防研究中心过程系统工程研究所过程系统工程研究所清华大学化工系清华大学化工系Email：电话：电话：010-627831092011年11月15日于北京内容提要内容提要HAZOP软件研究背景软件研究背景HAZOP软件流派简介软件流派简介HAZOP智能软件研究与应用智能软件研究与应用结束语结束语赵劲松，清华大学化工系HAZOP：Hazard and Operability危险和可操作性分析危险和可操作性分析是所有工艺（过程）安全评价方法中系统性、是所有工艺（过程）安全评价方法中系统性、全面

2、性最好的方法全面性最好的方法HAZOP软件研究背景软件研究背景2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系团队有团队有58人组成人组成领导团队的负责人领导团队的负责人（组长）（组长）工艺设计人员工艺设计人员装置操作人员装置操作人员仪表控制人员仪表控制人员安全安全/环境人员环境人员机械机械/电气电气HAZOP软件研究背景软件研究背景赵劲松，清华大学化工系HAZOP分析中的问题分析中的问题一项复杂并消耗大量人力资源的知识活动，人一项复杂并消耗大量人力资源的知识活动，人员容易疲劳员容易疲劳58个人的个人的HAZOP分析小组分析小组几个星期几个星期几个月几个月68个小时个小时/天天很多企业在推行

3、很多企业在推行HAZOP时往往半途而废时往往半途而废 人工分析，容易疏漏，导致分析结果不一致或人工分析，容易疏漏，导致分析结果不一致或不全面，形成安全隐患不全面，形成安全隐患安全评价不彻底、不全面是事故的主要原因安全评价不彻底、不全面是事故的主要原因之一之一HAZOP软件研究背景软件研究背景赵劲松，清华大学化工系HAZOP分析中的问题（续）分析中的问题（续）美国的费用美国的费用完成一个典型过程的危险分析需要完成一个典型过程的危险分析需要18 星期，有的长星期，有的长达达6个月个月美国一年在危险分析方面花费美国一年在危险分析方面花费40亿亿50亿美元亿美元 直接费用直接费用 间接费用间接费用对一

4、个大的化学公司来讲，这样的花费相当于对一个大的化学公司来讲，这样的花费相当于1的销的销售额或售额或10的利润的利润中国的费用中国的费用如果请国外专家如果请国外专家 一个过程一个过程34个星期个星期 一个专家的费用大约一个专家的费用大约200300美元美元/小时小时HAZOP软件研究背景软件研究背景赵劲松，清华大学化工系HAZOP软件研究背景软件研究背景如何提高如何提高HAZOP小组的工作效率？小组的工作效率？如何避免如何避免HAZOP分析小组在工作中的疏漏？分析小组在工作中的疏漏？随着计算机信息技术的发展，国际上从随着计算机信息技术的发展，国际上从80年代年代开始，开发、推广、使用计算机软件开

5、始，开发、推广、使用计算机软件大家注意：大家注意：早在早在60、70年代，年代，HAZOP分析没有软件分析没有软件记录员记录在纸上记录员记录在纸上HAZOP计算机软件流派简介计算机软件流派简介两大流派两大流派文档记录型软件文档记录型软件智能型软件智能型软件赵劲松，清华大学化工系商业化的商业化的HAZOP计算机软件流派计算机软件流派文档记录工具型文档记录工具型加拿大加拿大Dyadym公司的公司的PHAPro美国美国Primatech公司的公司的PHAWorks英国英国ISOGraph公司的公司的HAZOP+ Excel模板模板赵劲松，清华大学化工系加拿大加拿大Dyadym公司的公司的PHAPro

6、上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站赵劲松，清华大学化工系美国美国Primatech公司的公司的PHAWorks上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站赵劲松，清华大学化工系ISOGraph 公司的公司的HAZOP+上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站赵劲松，清华大学化工系13/65ioMosaics HAZOPtimizer上面图片是通过搜索引擎摘自有关网站赵劲松，清华大学化工系问题问题2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系记录软件可以节省一定量的时间，但是不记录软件可以节省一定量的时间，但是不能帮助能帮助HAZOP分析小组避免分析的疏漏。分析小组避免分析的疏漏。那么应该如何帮助那么应该如

7、何帮助HAZOP专家小组避免分专家小组避免分析中的疏漏，进一步提高析中的疏漏，进一步提高HAZOP小组的分小组的分析结果质量？析结果质量？2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系摘自：Jordi Dunja, Vasilis Fthenakisb,Juan A. Vlcheza, Josep Arnaldos.Hazard and operability (HAZOP) analysis. A literature review，Journal of Hazardous Materials, 2009HAZOP与其他PHA比较HAZOP在其他领域应用HAZOP经验分享可编程系统的HA

8、ZOPHAZOP自动化专家系统软件开发HAZOP与流程动态模拟的集成HAZOP智能型软件研究智能型软件研究HAZOP研究领域研究领域在所有公开发表的国际文献中所占百分比在所有公开发表的国际文献中所占百分比商业化的商业化的HAZOP计算机软件流派计算机软件流派智能型（利用人工智能技术）智能型（利用人工智能技术）第一代：基于第一代：基于SDG模型的模型的HAZOP软件软件美国普渡大学美国普渡大学PHASuite 本人于本人于1997年夏年夏2001年初负责完成了其商业化开发年初负责完成了其商业化开发英国拉夫堡大学（英国拉夫堡大学（Loughbourgh ）大学的）大学的HAZID 由由HAZID

9、公司商业化公司商业化第二代：基于案例推理技术和本体论的第二代：基于案例推理技术和本体论的HAZOP软件软件清华大学清华大学HAZOPSuite赵劲松，清华大学化工系HAZOP计算机软件流派计算机软件流派自自1956年斯坦福大学计算年斯坦福大学计算机专家约翰机专家约翰麦卡锡创立了麦卡锡创立了“人工智能人工智能”一词，过去一词，过去的半个多世纪以来，人工的半个多世纪以来，人工智能的发展脚步总是走走智能的发展脚步总是走走停停停停人类对人工智能充满了幻人类对人工智能充满了幻想，又充满了担心想，又充满了担心赵劲松，清华大学化工系计算机计算机Deep Blue（深蓝）（深蓝）1997年，计算机年，计算机“

10、深蓝深蓝”打败了打败了国际象棋冠军卡斯帕罗夫国际象棋冠军卡斯帕罗夫赵劲松，清华大学化工系但是但是 象棋是比较容易的象棋是比较容易的规则可以在一张纸上写完规则可以在一张纸上写完可能的路径仅有可能的路径仅有35种种化工厂的情况则远比象棋复杂化工厂的情况则远比象棋复杂赵劲松，清华大学化工系赵劲松，清华大学化工系普渡大学普渡大学HAZOP软件软件PHASuite美国普渡大学化工系智能过美国普渡大学化工系智能过程系统工程实验室程系统工程实验室1992-2000年完成年完成由本人于由本人于1997年年2001年领导年领导一个小组完成了商品化开发一个小组完成了商品化开发面向制药过程、精细化工过面向制药过程、

11、精细化工过程的基于程的基于SDG模型和规则的模型和规则的专家系统专家系统50万条万条C+计算机程序计算机程序通过了通过了20多个化工过程实例多个化工过程实例的测试的测试在在G.D.Searle （后被辉瑞公（后被辉瑞公司收购）、司收购）、Eli Lilly（礼来（礼来公司）得到了广泛应用公司）得到了广泛应用2011年11月15日于北京Venkat Venkatasubramanian教授一个典型的间歇化工过程流程一个典型的间歇化工过程流程TransferFilterDry Unload DryerProduct RecipeReactionFiltrationDryingTasks:Charg

12、e ACharge B HeatHoldTransferSubtasks:间歇生产步骤任务（主要步骤）反应过滤干燥子任务（小步骤）加入原料A加入原料B加热保持温度倒料过滤倒料干燥卸料赵劲松，清华大学化工系 2010.12.16赵劲松，清华大学化学工程系普渡大学普渡大学HAZOP软件软件PHASuite原理原理Initial stateTask-1Task-2Task-3ReactionFiltrationDrying任务任务Petri网网ChargeChargeMaterial-AMaterial-BHeatEmpty子任务子任务Petri网网SDG模型库（包括近百个模型）模型库（包括近百个模

13、型）8 种过程物料种过程物料反应物反应物, 溶剂溶剂, 氮气氮气,中和剂中和剂, 中间产物和产物中间产物和产物5 个过程设备个过程设备反应器、过滤器、干燥器、接收罐、净化塔反应器、过滤器、干燥器、接收罐、净化塔3 个大步骤个大步骤反应、过滤、干燥反应、过滤、干燥20 个小步骤个小步骤加热、搅拌、冷却、反应、倒空、过滤等加热、搅拌、冷却、反应、倒空、过滤等赵劲松，清华大学化学工程系普渡大学普渡大学HAZOP软件软件PHASuite应用实例应用实例学术成果早在学术成果早在2000年公开发表年公开发表2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系2002年被列为化学工程领域年被列为化学工程领域代

14、表性计算机软件工具之一代表性计算机软件工具之一摘自：Ralph Schneider, Wolfgang Marquardt. Information technology support in the chemical process design life cycle. Chemical Engineering Science, Volume 57, Issue 10, May 2002, Pages 1763-1792 赵劲松，清华大学化学工程系后续的研究工作在后续的研究工作在2005年发表年发表2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系普渡大学普渡大学HAZOP软件软件PHASu

15、ite产生报告很快产生报告很快但是但是所建模型不具有普遍适用性，很难推所建模型不具有普遍适用性，很难推广使用广使用结果可靠性如何？结果可靠性如何？HAZOP专家还要研判专家还要研判分析是否完全？分析是否完全？否否非常规的非常规的HAZOP分析仍然需要分析仍然需要HAZOP专家小组去分析专家小组去分析赵劲松，清华大学化学工程系赵劲松，清华大学化工系基于基于SDG模型的模型的HAZOP软件存在的问题软件存在的问题每次分析新的装置，都每次分析新的装置，都需要软件的开发方帮助需要软件的开发方帮助建立客户化模型建立客户化模型客户化工作量大客户化工作量大工作周期长工作周期长模型本身的验证困难模型本身的验证

16、困难直接影响了其分析结果直接影响了其分析结果的可靠性的可靠性现实：现实：这类软件在企业这类软件在企业上线运行的非常少上线运行的非常少氯化氢合成工段模型2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系基于基于SDG模型的模型的HAZOP软件问题软件问题仅能够自动化常规仅能够自动化常规HAZOP分析分析所谓常规所谓常规HAZOP分析并不是意味着简单的分析分析并不是意味着简单的分析或容易的分析或容易的分析常规常规HAZOP分析是指对各种不同的过程，问题分析是指对各种不同的过程，问题和逻辑类似的那些分析和逻辑类似的那些分析流量过大会怎么样？流量过大会怎么样？温度过低会怎么样温度过低会怎么样?一般来讲

17、，一般来讲，6080% 的分析是常规的分析是常规HAZOP分析分析赵劲松，清华大学化工系基于模型的基于模型的HAZOP专家系统问题专家系统问题2040% 的分析为非常规分析，的分析为非常规分析，仍然要由人来完成仍然要由人来完成在开车过程中投放错误的物料会怎么样？在开车过程中投放错误的物料会怎么样？在精馏塔的开车过程中操作顺序错误会怎么样？在精馏塔的开车过程中操作顺序错误会怎么样？吉化事故就是操作顺序错误吉化事故就是操作顺序错误操作顺序是一个排列组合问题，很难模型化操作顺序是一个排列组合问题，很难模型化设备的布置不合理会怎么样？设备的布置不合理会怎么样？基于基于SDG模型的模型的HAZOP软件大

18、多在回避这一关键问题软件大多在回避这一关键问题过分强调过分强调HAZOP软件的优势软件的优势这种说法，你们信吗？这种说法，你们信吗？2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系这种说法，你们信吗？这种说法，你们信吗？2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系HAZOP 分析的人分析的人机对决机对决2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系基于基于SDG模型的模型的HAZID软件软件HAZOP分析结果可靠性测试分析结果可靠性测试2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试由英国拉夫堡大学研究人员完该测试由英国拉夫堡大学研究人员完成成测试结果于测试结果于2000年

19、公开发表在英国化年公开发表在英国化学工程师协会（学工程师协会（IChemE）的会刊）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页页基于基于SDG模型的模型的HAZID软件测试实例软件测试实例1、氨吸收单元、氨吸收单元2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试实例摘自英国化学工程师协会该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页，

20、页，2000年年基于基于SDG模型的模型的HAZID软件测试实例软件测试实例2、三氯乙烷存贮单元、三氯乙烷存贮单元2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试实例摘自英国化学工程师协会该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页，页，2000年年基于基于SDG模型的模型的HAZID软件测试实例软件测试实例3、丙烷精馏、丙烷精馏2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试实例摘自英国化学工程师协会（该测试实例摘自英国化

21、学工程师协会（IChemE）的会刊的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页，页，2000年年基于基于SDG模型的模型的HAZID软件测试实例软件测试实例4、苯存贮单元、苯存贮单元2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试实例摘自英国化学工程师协会（该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页，页，2000年年基于基于SDG模型

22、的模型的HAZOP软件测试实例软件测试实例5、分离系统、分离系统2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系该测试实例摘自英国化学工程师协会（该测试实例摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷，第卷，第2期，第期，第91页页119页，页，2000年年赵劲松，清华大学化工系基于基于SDG模型的模型的HAZOP软件软件HAZID的测试结果的测试结果测试：五个化工单元测试：五个化工单元HAZOP专家小组先做一遍分析专家小组先做一遍分析再用再用HAZID软件做一遍分析，把两者的分析结果进行

23、对比软件做一遍分析，把两者的分析结果进行对比氨吸收单元三氯乙烷存贮单元丙烷精馏苯存贮单元 分离系统2011年11月15日于北京专家小组识别出的危险中被HAZID软件识别出的危险%HAZID软件识别的危险中被专家小组评价正确的危险%HAZID软件识别的危险中被专家小组评价正确的而又有意义的危险%该测试结果摘自英国化学工程师协会（该测试结果摘自英国化学工程师协会（IChemE）的会刊）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第第78卷卷第第2期，第期，第91页页119页，页，2000年年公开发表的论文公开发表的论文Cui Lin, Zhao J

24、insong. Process Safety Progress, 2008.27(4).293-305. 美国化学工程师学会（美国化学工程师学会（AIChE） 会刊会刊为提高模型的知识表达能力提出了为提高模型的知识表达能力提出了分层有向图分层有向图LDGLDG模型（三维模型）模型（三维模型）41赵劲松，清华大学化学工程系与流程设计软件与流程设计软件SmartPlant P&ID 的集成；的集成；公开发表的论文公开发表的论文 Cui Lin, Zhao Jinsong. Process Safety and Environmental Protection，2010,88(5)：327-

25、334.英国化学工程师学会英国化学工程师学会(IChemE) 会刊会刊分层有向图分层有向图LDGLDG模型的应用模型的应用42赵劲松，清华大学化学工程系赵劲松，清华大学化工系但是仍然没有解决的问题但是仍然没有解决的问题模型客户化工作量大模型客户化工作量大客户化工作周期长客户化工作周期长模型本身的验证困难模型本身的验证困难计算机软件产生的计算机软件产生的HAZOP分析结果不令人分析结果不令人满意满意氯化氢合成工段模型赵劲松，清华大学化工系HAZOPSuite简介简介为克服上述问题，将人工智能研究领域的案为克服上述问题，将人工智能研究领域的案例推理技术（例推理技术（Case based Reaso

26、ning CBR) 和本体论（和本体论（Ontology）引入）引入HAZOP分析，开分析，开发了新一代发了新一代HAZOP专家系统专家系统HAZOPSuite人类专家经常会发现通过把过去的案例联系起来人类专家经常会发现通过把过去的案例联系起来解决问题要比归纳出严密的规则或模型来解决问解决问题要比归纳出严密的规则或模型来解决问题更容易题更容易HAZOP分析也是如此分析也是如此很难归纳总结出很难归纳总结出“非常规问题非常规问题”模型模型赵劲松，清华大学化工系案例推理基本原理案例推理基本原理2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系案例相似度算法案例相似度算法本体论（本体论（Ontolog

27、y）本体论最早是一个哲学的范畴，后来随着人工本体论最早是一个哲学的范畴，后来随着人工智能的发展，被人工智能界给予了新的定义智能的发展，被人工智能界给予了新的定义定义定义(美国斯坦福大学的美国斯坦福大学的Thomas Gruber)概念体系的明确的规范说明概念体系的明确的规范说明Ontology 技术已成为异构环境下系统集成的技术已成为异构环境下系统集成的一个关键技术。一个关键技术。解决不同的用户工程术语习惯不同的问题解决不同的用户工程术语习惯不同的问题反应釜里的案例可以用于解决聚合釜中的问反应釜里的案例可以用于解决聚合釜中的问题题构建本体库构建本体库过程本体过程本体单元操作本体单元操作本体设备

28、本体设备本体HAZOP 本体本体赵劲松，清华大学化工系案例推理和本体论的案例推理和本体论的HAZOP 软件系统论文软件系统论文于于2009年在国际学术期刊上公开发表年在国际学术期刊上公开发表赵劲松，清华大学化工系HAZOPSuite软件平台简介软件平台简介可用于可用于企业集团企业集团石化公司石化公司工程公司工程公司化工企业化工企业制药企业制药企业.2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系应用情况应用情况系统已经安装在系统已经安装在独山子信息中心独山子信息中心开展了开展了90多个石油、化多个石油、化工流程的工流程的HAZOP分析分析项目项目中石油安全环保研究院中石油安全环保研究院完成了

29、近完成了近20个石油、化工个石油、化工过程的过程的HAZOP分析项目分析项目信息中心服务器信息中心服务器HAZOPSuite内网环境下实现内网环境下实现HAZOP的知识共享和的知识共享和HAZOP项目管理项目管理多个多个HAZOP小组之间可以互相学习小组之间可以互相学习多个分公司之间可以相互学习多个分公司之间可以相互学习不仅提高了不仅提高了HAZOP的效率和质量，还打消了的效率和质量，还打消了部分企业的部分企业的畏难畏难情绪情绪促进了企业的促进了企业的HAZOP人才培养人才培养赵劲松，清华大学化工系独山子现场工作照片独山子现场工作照片2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系独山子现场工作照片独山子现场工作照片2011年11月15日于北京赵劲松，清华大学化工系55HAZOP、LOPA、SIL的集成软件的集成软件HASILT已经在中石油集团上线运行已经在中石油集团上线运行危害识别危害识别风险评估概率，严重程度增加风险增加风险控制措施控制措施不实施是接受风险？接受风险？企业风险标准赵