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1、HAZOP软件研究与应用进展,赵劲松 教授化工过程事故与预防研究中心过程系统工程研究所清华大学化工系Email：电话：,2011年11月15日于北京,内容提要,HAZOP软件研究背景HAZOP软件流派简介HAZOP智能软件研究与应用结束语,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP：Hazard and Operability危险和可操作性分析是所有工艺（过程）安全评价方法中系统性、全面性最好的方法,HAZOP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58人组成领导团队的负责人（组长）工艺设计人员装置操作人员仪表控制人员安全/环境人员机械/电气,HAZOP软件研究背景,
2、赵劲松，清华大学化工系,HAZOP分析中的问题一项复杂并消耗大量人力资源的知识活动，人员容易疲劳58个人的HAZOP分析小组几个星期几个月68个小时/天很多企业在推行HAZOP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之一,HAZOP软件研究背景,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP分析中的问题（续）美国的费用完成一个典型过程的危险分析需要18 星期，有的长达6个月美国一年在危险分析方面花费40亿50亿美元直接费用间接费用对一个大的化学公司来讲，这样的花费相当于1的销售额或10的利润中国的费用如果请国外专家一个过程34个星期
3、一个专家的费用大约200300美元/小时,HAZOP软件研究背景,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP软件研究背景,如何提高HAZOP小组的工作效率？如何避免HAZOP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80年代开始，开发、推广、使用计算机软件大家注意：早在60、70年代，HAZOP分析没有软件记录员记录在纸上,HAZOP计算机软件流派简介,两大流派文档记录型软件智能型软件,赵劲松，清华大学化工系,商业化的HAZOP计算机软件流派,文档记录工具型加拿大Dyadym公司的PHAPro美国Primatech公司的PHAWorks英国ISOGraph公司的HAZOP+Excel模
4、板,赵劲松，清华大学化工系,加拿大Dyadym公司的PHAPro,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Primatech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,13/65,ioMosaics 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,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，但是不能帮助HAZOP分析小组避免分析的疏漏。那么应该如何帮助
5、HAZOP专家小组避免分析中的疏漏，进一步提高HAZOP小组的分析结果质量？,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,2009,HAZOP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HAZOP,HAZOP自动化专家系统软件开发,HAZOP与流程动态
6、模拟的集成,HAZOP智能型软件研究,HAZOP研究领域,在所有公开发表的国际文献中所占百分比,商业化的HAZOP计算机软件流派,智能型（利用人工智能技术）第一代：基于SDG模型的HAZOP软件美国普渡大学PHASuite本人于1997年夏2001年初负责完成了其商业化开发英国拉夫堡大学（Loughbourgh）大学的HAZID 由HAZID 公司商业化第二代：基于案例推理技术和本体论的HAZOP软件清华大学HAZOPSuite,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP计算机软件流派,自1956年斯坦福大学计算机专家约翰麦卡锡创立了“人工智能”一词，过去的半个多世纪以来，人工智能的发展脚步总是走走停
7、停人类对人工智能充满了幻想，又充满了担心,赵劲松，清华大学化工系,计算机Deep Blue（深蓝）,1997年，计算机“深蓝”打败了国际象棋冠军卡斯帕罗夫,赵劲松，清华大学化工系,但是 象棋是比较容易的,规则可以在一张纸上写完可能的路径仅有35种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HAZOP软件PHASuite,美国普渡大学化工系智能过程系统工程实验室1992-2000年完成由本人于1997年2001年领导一个小组完成了商品化开发面向制药过程、精细化工过程的基于SDG模型和规则的专家系统50万条C+计算机程序通过了20多个化工过程实例的测试在G.
8、D.Searle（后被辉瑞公司收购）、Eli Lilly（礼来公司）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,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,赵劲松，清华大学化学工程系,普渡大学HAZOP软件PHASuite原理,8 种过程物料反应物,溶剂,氮气,中和剂,中间产物和产物5 个过程设备反应器、过滤器、干燥器、接收罐、净化塔3 个大步骤反应、过滤、干燥20 个小步骤加热、搅拌、冷却、
9、反应、倒空、过滤等,赵劲松，清华大学化学工程系,普渡大学HAZOP软件PHASuite应用实例,学术成果早在2000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 1763-179
10、2,赵劲松，清华大学化学工程系,后续的研究工作在2005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HAZOP软件PHASuite,产生报告很快但是所建模型不具有普遍适用性，很难推广使用结果可靠性如何？HAZOP专家还要研判分析是否完全？否非常规的HAZOP分析仍然需要HAZOP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SDG模型的HAZOP软件存在的问题,每次分析新的装置，都需要软件的开发方帮助建立客户化模型客户化工作量大工作周期长模型本身的验证困难直接影响了其分析结果的可靠性现实：这类软件在企业上线运行的非常少,氯化氢合成工段模型,2
11、011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZOP软件问题,仅能够自动化常规HAZOP分析所谓常规HAZOP分析并不是意味着简单的分析或容易的分析常规HAZOP分析是指对各种不同的过程，问题和逻辑类似的那些分析流量过大会怎么样？温度过低会怎么样?一般来讲，6080%的分析是常规HAZOP分析,赵劲松，清华大学化工系,基于模型的HAZOP专家系统问题,2040%的分析为非常规分析，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？基于SD
12、G模型的HAZOP软件大多在回避这一关键问题过分强调HAZOP软件的优势,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？,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP 分析的人机对决,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZID软件HAZOP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成测试结果于2000年公开发表在英国化学工程师协会（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Prot
13、ection 第78卷，第2期，第91页119页,基于SDG模型的HAZID软件测试实例1、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例2、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protectio
14、n 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例3、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZID软件测试实例4、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第
15、78卷，第2期，第91页119页，2000年,基于SDG模型的HAZOP软件测试实例5、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第78卷，第2期，第91页119页，2000年,赵劲松，清华大学化工系,基于SDG模型的HAZOP软件HAZID的测试结果,测试：五个化工单元HAZOP专家小组先做一遍分析再用HAZID软件做一遍分析，把两者的分析结果进行对比,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
16、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（IChemE）的会刊Process Safety and Environmental Protection 第78卷第2期，第91页119页，2000年,公开发表的论文Cui Lin,Zhao Jinsong.Process Safety Progress,2008.27(4).293-305.美国化学工程师学会（AIChE）会刊,为提高模型的知识表达能力提出了分层有向图LDG模型（三维模型）,41,赵劲松，清华大学化学工程系,与流程设
17、计软件SmartPlant P&ID 的集成；公开发表的论文Cui Lin,Zhao Jinsong.Process Safety and Environmental Protection，2010,88(5)：327-334.英国化学工程师学会(IChemE)会刊,分层有向图LDG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,模型客户化工作量大客户化工作周期长模型本身的验证困难计算机软件产生的HAZOP分析结果不令人满意,氯化氢合成工段模型,赵劲松，清华大学化工系,HAZOPSuite简介,为克服上述问题，将人工智能研究领域的案例推理技术（Ca
18、se based Reasoning CBR)和本体论（Ontology）引入HAZOP分析，开发了新一代HAZOP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HAZOP分析也是如此很难归纳总结出“非常规问题”模型,赵劲松，清华大学化工系,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,本体论（Ontology）,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定义(美国斯坦福大学的Thomas Gruber)概念体系的明确的规范说明Ontology
19、 技术已成为异构环境下系统集成的一个关键技术。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题,构建本体库,过程本体单元操作本体设备本体HAZOP 本体,赵劲松，清华大学化工系,案例推理和本体论的HAZOP 软件系统论文于2009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,可用于企业集团石化公司工程公司化工企业制药企业.,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,应用情况,系统已经安装在独山子信息中心开展了90多个石油、化工流程的HAZOP分析项目中石油安全环保研究院完成了近20个石油、化工过程的HAZOP分析项
20、目,HAZOPSuite,内网环境下实现HAZOP的知识共享和HAZOP项目管理多个HAZOP小组之间可以互相学习多个分公司之间可以相互学习不仅提高了HAZOP的效率和质量，还打消了部分企业的畏难情绪促进了企业的HAZOP人才培养,赵劲松，清华大学化工系,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,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,55,HAZOP、LOPA、SIL的集成软件HASILT已经在中石油集团上线运行,赵劲松，清华大学化工系,HAZOP是一种定性的风险评价方法，对危险程度高的隐患情景，需要定量风险评价,HAZOP,
21、保护层分析（LOPA）LOPA是一种比较简单的定量风险评价方法,LOPA,企业安装的安全仪表系统（联锁系统）的SIL等级一般需要验证计算、评估；为此，我们提出了一种新的基于马尔可夫模型的SIL验证算法。,安全完整性水平（SIL）验证,56,赵劲松，清华大学化工系,我们开发的SIL验证模块与美国SIL验证软件exSILentia的对比检验结果令人满意通过了中石油专家组的验收,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,结束语,重视工艺（过程）安全是事故预防的关键HAZOP是挖掘工艺(过程）安全隐患的重要方法，应尽快培养一大批掌握该方法的可持续的人才队伍开发HAZOP软件不是替代HAZOP专家小组，而是提高工作效率、降低工作负荷提高分析结果的全面性、一致性促进HAZOP知识的利用和管理促进HAZOP人才队伍建设切忌用HAZOP软件走“捷径”！不经过HAZOP专家小组的辛苦劳动，直接利用HAZOP软件产生HAZOP报告了事，这是漠视安全和生命的表现！,致谢,感谢教育部、环保部、科技部、中国石油等项目资金支持！感谢国家安监总局、中国化学品安全协会的邀请！感谢我的同事和学生！,赵劲松，清华大学化工系,谢谢！,2011年11月15日于北京,赵劲松，清华大学化工系,
