互联网计算机辅助HAZOP课件

1、 计算机辅助HAZOP 第1页，共33页。汇报内容HAZOP小 结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概 述第2页，共33页。概述HAZOP: Hazard and Operability Study (危险性与可操作性研究) HAZOP分析方法是英国帝国化学工业公司（ICI）为解决除草剂制造过程中的危害于1960年代发展起来的一套以引导词为主体的危害分析方法，用来检查设计的安全以及危害的因果来源。第3页，共33页。概述它通过系统分析新设计或已有工厂的生产工艺流程和工艺功能，来评价设备、装置的个别部位因误操作或机械故障而引起的潜在危险，并评价其对整个工厂的影响。基本

2、思路是： 引导词+工艺参数=偏差第4页，共33页。概述常用的生产工艺参数有：流量、压力、温度、液位、时间、成分、PH值、速度、频率、粘度、浓度、电压、混合、分离和反应引导词意 义注 释没有或不 较大 较小 也，又 部分 反向 不同于 非完全否定量的增加量的减少量的增加量的减少意图相反完全替代 意图全部没有实现，也没有其他事情发生 量正增长，或活动增加 量负增长，或活动减少 与某些附加活动一起，实现全部设计或操作意图 只实现一些意图，没有实现另一些意图 与意图相反的活动或物质 全部没有实现的意图 发生完全另外的事情第5页，共33页。国家油气安全研究中心对分析人员要求较高；难于处理大规模的数据、信

3、息和计算；人工分析大规模系统时无法得到完备的结果；口头讨论方式不严格，讨论时易出现概念错误；人工评价费时、费力，成本高；人工评价得出的文本说明不规范，事后难于看懂。基于历史数据的方法数据滤波法、定性趋势分析法、统计分析法、小波分析法、神经元网络法基于专家系统的方法基于规则的专家系统（RBES）、神经元网络知识自动识别法、神经元网络仿真联合法、Petri网模型推理等；基于模型及仿真方法标识有向图法（SDG）、观测器法、定性仿真法、定量仿真法、定性及定量混合仿真法、仿真剧情摄动法。人工HAZOP存在的问题计算机辅助HAZOP分析HAZOP分析主要应用于化工系统，针对工艺过程、人的可靠性、操作程序、

4、软件都可以进行HAZOP分析。概述第6页，共33页。国家油气安全研究中心结束HAZOP分析小组设备参数P&ID物性数据从P&ID中选一个节点生成一个过程偏离识别导致该偏离的原因确定该偏离的所能产生的后果安全保护设施是否齐备？还有过程偏离吗？还有另外的节点吗？给出能够减缓这些后果的建议否是否否是是人工HAZOP研究工作流程概述第7页，共33页。国家油气安全研究中心用户HAZOP知识库HAZOP常规过程模型过程单元的分类及定义过程单元的HAZOP有向图特殊过程知识库处理物质的属性厂区P&ID确定偏离原因的方法确定不利结果的方法推广的方法HAZOP推理机制用户图形界面P&ID图解编缉器HAZOP有向

5、图模型开发计算机辅助HAZOP架构图概述第8页，共33页。汇报内容HAZOP小 结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概 述第9页，共33页。SDG-HAZOP 层次SDG-HAZOP分析流程第10页，共33页。SDG-HAZOP SDG一种基于定性因果关系的由节点和节点之间有向连线构成的网络图SDG-HAZOPHAZOP是通过对关键变量的偏差的研究，来寻找该偏差导致的所有不利后果以及所有导致该偏差的非正常原因.HAZOP过程与SDG方法有着天然的联系，研究利用SDG模型及基于图论的推理方法，进行计算机自动HAZOP分析，这就是SDG-HAZOP方法。第11页，共3

6、3页。SDG-HAZOPSTEP1STEP2STEP3STEP4对每一设备单元定义变量确定SDG模型的节点列出单元各变量之间的“影响方程”确定支路状态建立单元SDG模型确定单元异常状态原因及后果构建设备单元评价后果第12页，共33页。SDG-HAZOP“影响方程组”，就是将设备单元中的所有变量列在左侧，每一变量的右侧列出与之相关的变量，中间用指向左侧的箭头相连。右侧变量中与左侧变量为增量影响的在变量前用“+”表示，减量影响的用“-”表示。若左侧变量没有任何相关的变量，则说明该变量只与外部设备单元的变量相关，其右侧用“0”表示构建单元评价模型时，将相应单元的非正常原因作为原因节点，不利后果作为后

7、果节点，引入模型即可得到设备单元的评价模型。第13页，共33页。SDG-HAZOPSDG-HAZOP推理策略 （1）首先假设所有节点处于正常状态； （2）在层次SDG-HAZOP模型中，选择关键变量作为原始拉偏点，进行正反两向拉偏，然后由计算机进行正反两向推理； （3）正反两向推理后得出产生偏差的非正常原因和不利后果，从而实现HAZOP分析。 n个节点的SDG-HAZOP模型,用nn维的状态转移矩阵T来描述SDG-HAZOP模型中支路的情形。其中T中的第i行表示从第i个节点出发到其他节点的支路,“1”代表支路符号为“+”,“-1”代表支路符号为“-”,“0”代表节点间无支路连接。第14页，共3

8、3页。SDG-HAZOPSDG-HAZOP 推理BECDA初始偏差节点为当前节点，设置偏差状态，”1”正偏差”-1“负偏差用当前节点状态值乘T中对应当前节点所在行，得新一组节点状态，若状态与前不同，选择前一推理状态为准记B中非零状态节点为当前状态节点从当前节点退回上一个父辈节点，并设为当前节点，重复B,C,D 从当前节点出发，重复B,C直到B中所有新状态均非零SDG-HAZOP推理过程第15页，共33页。SDG-HAZOPSDG-HAZOP建模实例介绍：依据AHP，得到火电厂生产设备的递阶层次结构首先建立基于分系统、子系统的系统SDG-HAZOP模型，然后再建立基于设备、基于组件的各分系统、子

9、系 SDG-HAZOP子图集合据分、子系统的非正常原因在其下一级子图集合内查找设备、组件的不利后果第16页，共33页。SDG-HAZOP 以设备层的除氧器为例,依照前述建模方法,建立基于设备级的 SDG-HAZOP模型电站除氧系统简介第17页，共33页。SDG-HAZOP影响方程为： 电站除氧系统的SDG-HAZOP模型：第18页，共33页。SDG-HAZOP因此，电站除氧器系统的SDG-HAZOP模型有11个节点，用1111维的状态转移矩阵T来表示，其中行和列的元素依次是设初始偏差节点V2为当前节点，设状态为负偏差”-1“；用当前节点状态值去乘T中的第三行得到新的一组节电状态：（000000

10、-10000）将该组状态值为非零的节点F2记为当前节点，从F2出发，重复V2的步骤，得到一组新节点状态（0000000000-1）将该组中状态值非零的节点L标记为当前节点，重复上述操作。第19页，共33页。SDG-HAZOP得推理结果第20页，共33页。SDG-HAZOP结论： SDGHAZOP的建模和推理，可以找到所有可能的不利后果和非正常原因，完备性好，推理过程用到矩阵，方便计算机实现，节省时间、人力、推理深度高，该方法对于大型化、复杂化的其它过程工业都有着十分重要的实际推广意义。第21页，共33页。汇报内容HAZOP小 结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概

11、 述第22页，共33页。LDG-HAZOPLDG-HAZOP： 分层有向图HAZOP评价模型LDG-HAZOP： LDG模型是SDG的拓展，基本表达方式与SDG类似，但在LDG模型里，所有HAZOP关键词均可以被表示出来，同时所有相互影响关系都可以被描述出来。第23页，共33页。LDG-HAZOP LDG示例图第24页，共33页。LDG-HAZOPLDG里的节点对应的是偏差，且每个节点对应一个偏差。一个过程变量可以对应多个节点，几多个偏差，不同偏差放在不同层上，但每个变量在每一层上至多出现一次。LDG偏差之间的相互影响有节点之间的有向连线表示。第25页，共33页。LDG-HAZOPLDG模型中

12、使用原因标签和后果标签来表达HAZOP最终报告所描述的每个偏差的原因和后果。 原因和后果标签图该图表示，偏差“容器压力下降”，可能有两个原因：入口管线泄漏“，”容器泄露“，带来的一个不利后果：”物料泄漏“。第26页，共33页。LDG-HAZOP以加氢裂化的出口流量为中心研究参数，包括了若干与之有关的参数加氢裂化反应器的部分LDG-HAZOP 模型第27页，共33页。LDG-HAZOPLDG-HAZOP小结：自动HAZOP分析中常用的模型LDG，引入了分层的概念，使模型表达能力比SDG有了很大的提升，能够表达HAZOP分析中用到的全部引导词，并可以表达复杂的映射型因果关系。因此，LDG模型能够系统化、条理化地表达几乎全部HAZOP分析中需要的知识。这样基于LDG模型的自动推理方法可以实现更全面更彻底的HAZOP分析。第28页，共33页。汇报内容HAZOP小 结DBN-HAZOPLDG-HAZOPSDG-HAZOPHAZOP概 述第29页，共33页。DBN-HAZOPDBN-HAZOP技术主要用于复杂动态系统安全预警技术。利用HAZOP的系统全面的分析技术，得出系统可能出现的故障模型，并作为动态贝叶斯网络（DBN）的数据源。由于DBN具有自学习和自适应能力，即使在部分数据缺失的情况下也可以模拟人思维方式，建立准确的系统预测结论。第30页，共3