基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析及应用研究

论文摘要

随着科学技术的发展,过程系统生产规模不断扩大,工艺流程越来越复杂,使得事故发生几率和危害程度大大增加,安全问题已经成为政府和企业面临的重大核心问题。本文“基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析及应用研究”,主要是研究开发一套系统的基于SDG深层知识模型的安全分析方法,主要包括SDG模型建模、SDG模型推理和分析结果表达；此外,对所提出的方法进行了工业化应用研究。本文具体内容包括以下几个部分：第一章论述了过程工业面临的安全问题和项目背景,阐明了问题的由来；然后,研究分析了现有的各种系统安全分析方法,特别研究了危险与可操作性分析方法;随后,对SDG技术展开了深入研究,这包括：提出了SDG及相关概念的精确数学定义、提出了运用矩阵表达SDG模型、研究分析了近二十多年来SDG技术在安全工程领域的进展。第二章是研究SDG评价模型建模。首先对SDG评价模型提出了要求,然后研究分析了国外SDG模型建模方法。现有的建模方法没有区分安全评价和故障诊断,而且存在模型复杂、推导繁琐等不足,因此,本文提出了一套基于主危险的专用于安全评价的SDG评价模型建模方法,克服了现有建模方法的不足,并以烷基转移反应器为例研究分析了其建模过程。第三章研究SDG评价模型的优化。SDG模型为定性模型,定性模型的模糊性容易带来伪相容通路：另外,基于SDG模型的HAZOP分析结果复杂、容易导致信息爆炸。为解决这两问题,本文提出从建模过程简化、建模后化简以及反复案例试验三个方面对模型进行优化,并给出了具体的优化规则和方法。第四章研究SDG评价模型推理和SDG-HAZOP分析结果表达。人工HAZOP分析为双向推理,美国普渡大学进行SDG-HAZOP分析也沿用这种推理方式,但是这种推理方式存在没有针对性、费时费力、容易遗漏重要故障等弊端。本文经过研究对比,提出采用基于主危险的反向推理进行SDG-HAZOP分析,克服了双向推理的弊端。另外,在研究人工HAZOP报表的基础上,本文设计了SDG-HAZOP分析结果报表格式,该表不仅能显示非正常原因和不利后果,还能显示危险剧情的发生演变过程。此外,SDG-HAZOP分析结果Word报表能够由软件自动生成。第五章研究基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析。首先研究分析了近二十多年计算机辅助HAZOP分析的发展。目前,对于SDG-HAZOP分析,国内外均面临缺乏一个专用实验工具的难题,严重制约了该技术的发展。本文根据研究需要提出开发一套SDG建模推理软件平台,并提出了详细的功能需求。另外,通过前期研究,本文对计算机辅助SDG-HAZOP与人工HAZOP两种分析方法进行了详细的对比研究。第六章为20万吨／年苯乙烯装置的计算机辅助SDG-HAZOP分析。在前期研究的基础上,对齐鲁石化塑料厂苯乙烯装置进行了计算机辅助SDG-HAZOP分析,通过案例试验研究,验证了建模方法、模型推理、结果表达等的正确性以及计算机辅助SDG-HAZOP分析的可行性。通过与人工HAZOP分析结果对比,进一步证实了本文提出的计算机辅助SDG-HAZOP分析方法的优越性。第七章对本文主要研究成果和创新点进行了总结,并对计算机辅助SDG-HAZOP分析下一步的研究工作进行了展望。本文的研究工作覆盖了从建模、推理、分析结果表达等一套完整的基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析方法,并在实际工业中进行了应用。本研究取得的研究成果和创新点包括以下几个方面：（1）提出一套系统的基于主危险的SDG评价模型建模方法本文以主危险为核心,以SDG模型增加原因后果节点变为SDG评价模型的建模思路,提出了一套系统完整的专用于安全评价的SDG评价模型建模方法。（2）提出一套SDG评价模型优化方法本文从建模过程简化、模型建成后化简以及反复进行案例试验三个方面提出了一套切实可行的SDG评价模型优化方法。（3）提出一种新的SDG-HAZOP推理方式本文未沿用前人采用的HAZOP推理方式,而是提出了一种新的SDG-HAZOP推理方式：基于主危险的反向推理。经与双向推理、正向推理比较分析,该推理方式更适用于SDG-HAZOP分析。（4）提出一套系统完整的计算机辅助SDG-HAZOP分析方法本文研究开发出一种计算机辅助SDG-HAZOP分析,包括SDG建模、模型优化、模型推理、分析结果表达等一套系统完整的方法,并且已经达到了实用化水平。该方法不仅克服了人工HAZOP分析的弊端,而且具有完备性高、系统性强、推理深度高、省时省力、复用性好、继承性好等优点。（5）完成了20万吨／年苯乙烯装置计算机辅助SDG-HAZOP分析在论文前期研究的基础上,完成了20万吨／年苯乙烯装置计算机辅助SDG-HAZOP分析。在国内首次进行了全流程级的计算机自动HAZOP推理,同时实现了计算机自动生成SDG-HAZOP安全评价报表。分析结果不仅包含了人工分析的所有主要内容,而且包含了近几年塑料厂发生的相关事故；此外,与人工HAZOP分析相比,SDG-HAZOP分析在推理深度、分析结果表达、复用性、继承性等方面都有明显的优越性。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 引言
• 1.1 问题与现状
• 1.2 系统安全分析
• 1.3 危险与可操作性分析
• 1.3.1 基本概念
• 1.3.2 HAZOP分析
• 1.4 SDG技术
• 1.4.1 SDG定义
• 1.4.2 SDG建模示例
• 1.4.3 SDG模型矩阵表示
• 1.4.4 SDG在安全工程领域的发展史
• 1.5 论文的研究内容
• 第二章 SDG评价模型建模方法
• 2.1 引言
• 2.2 SDG评价模型要求
• 2.3 国外SDG模型建模方法
• 2.3.1 基于流程图的方法
• 2.3.2 基于数学模型的方法
• 2.4 基于主危险的建模
• 2.5 SDG评价模型建模方法
• 2.5.1 建模步骤
• 2.5.2 工程文档
• 2.6 建模实例
• 2.7 小结
• 第三章 SDG评价模型优化
• 3.1 引言
• 3.2 建模过程的简化
• 3.3 建模后的化简
• 3.4 案例试验
• 3.5 小结
• 第四章 SDG评价模型推理与SDG-HAZOP分析结果表达
• 4.1 引言
• 4.2 SDG评价模型推理
• 4.2.1 盲目遍历算法
• 4.2.2 SDG模型推理基本算法
• 4.2.3 SDG评价模型推理方式
• 4.3 SDG-HAZOP分析结果表达
• 4.4 防护层
• 4.4.1 防护层分类
• 4.4.2 各级防护层作用
• 4.4.3 独立防护层
• 4.4.4 防护层设计
• 4.5 SDG-HAZOP分析结果自动报表
• 4.6 小结
• 第五章 基于SDG模型的计算机辅助HAZOP分析
• 5.1 引言
• 5.2 计算机辅助HAZOP分析发展史
• 5.3 SDG建模与推理软件平台
• 5.3.1 功能需求
• 5.3.2 软件平台简介
• 5.4 计算机辅助SDG-HAZOP分析方法与人工HAZOP分析方法的对比
• 5.5 小结
• 第六章 20万吨/年苯乙烯装置计算机辅助SDG-HAZOP分析
• 6.1 引言
• 6.2 工艺说明
• 6.2.1 多乙苯塔单元
• 6.2.2 脱氢反应器单元
• 6.3 SDG评价模型
• 6.4 案例试验分析
• 6.5 与人工HAZOP分析结果对比
• 6.6 小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 论文研究成果
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 作者和导师简介
• 北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书