基于传递熵与KELM的炼油化工过程风险传播路径分析方法

基于炼油化工过程复杂，设备众多，某一设备的监测变量发生扰动可能会传播至其相邻设备引发出一系列故障链。现有方法多是针对某一设备进行监测与诊断，以期降低事故后果，而忽视了对过程风险传播路径的预测以防止事故的发生。因此，提出一种基于传递熵与核极限学习机的炼油化工过程风险传播路径分析方法，该方法针对某一工艺扰动，分析其在风险发展过程中的扰动传播过程，基于传递熵分析法建立炼油化工过程风险传播推绎模型；并提出一种基于KELM的风险传播搜索方法，预测风险传播路径；将该方法应用于分馏塔冲塔过程。研究结果表明:该方法可辨识出未来一段时间内风险的可能传播路径，以便操作人员及时采取预防措施，保证过程安全及产品质量。     

垂直升船机液压系统故障传播路径的模糊推理

为有效抑制垂直升船机液压系统故障传播,基于液压系统诸结构间的相互关联性及链式连锁特点,建立故障传播模糊Petri网(FPN)模型。基于FPN基本原理,抽象表达液压系统故障传播过程;分析垂直升船机液压系统失效模式,理清故障状态间前后集的逻辑关系,建立液压系统故障传播FPN;利用故障演变规则,模糊推理液压系统故障传播路径。结合三峡升船机进行实例分析。结果表明,其液压系统故障最可能的传播路径为:控制阀损坏-系统无法保压-启闭油缸失效-船厢门液压启闭机故障-系统退出工作。     

报警树模型在液体管道超压报警设置中的应用研究

针对管道超压报警数量多、危害大的情况,提出一种全新的报警分析方法——报警树模型。该模型既可以离线应用,如合理化审查,也可以在线应用,如响应报警泛滥。通过分析信号流和工艺流的故障传播路径寻找各报警间的逻辑关系,以完成报警树模型的初期编制;运用风险矩阵定位重大危险源,结合报警优先级确定关键报警;通过计算工艺流程上的信号延迟,即管道超压过程中的水击波传播时间,为抑制时间提供合理依据。最后,运用报警树模型分析液体管道超压过程,并提供完整的报警抑制方案以减少报警数量。     

化工系统设备运行可靠性的综合评价模型研究

为提高化工过程系统设备运行的可靠度,讨论可靠性评价在化工过程系统管理中的适用性和发展方向,建立可靠性评价模型体系。将设备故障模式与可靠性评价相结合,分析存在的故障模式类型。用安全、环境以及经济分析方法,得到评价指标。运用无因次函数模型,建立化工过程系统设备运行可靠性的综合评价模型。利用某大型磷化工集团硫酸生产系统的实际运行数据,验证该模型的有效性。结果表明,当磷酸装置运行可靠性的综合评价值大于3.17时,需要对相应设备进行维修维护。     

化工过程自适应多模型故障监测方法研究

为提高化工过程故障监测的准确性,针对先验知识不足情况下的多模态化工过程模态数未知问题,开发自适应多模型的故障监测方法。基于奇异值分解(SVD)求解模态数,利用模糊C均值(FCM)算法对训练数据进行模态划分,并利用主成分分析(PCA)方法,针对不同的过程模态建立相应的监测模型,实现故障监测。将该方法应用于丙烯计量罐装置,进行实例分析。结果表明,与基于聚类有效性指标的方法相比,该方法在正常和故障2种情况下,故障监测的误报率分别降低了3.54%和5.59%。     

基于风险定量分析的化工装置事故演变动态模拟

为研究化工装置在突发事故情景下事故各阶段演变趋势规律和差异情况,进行定量评估化工装置风险,在此基础上确定重点监控化工装置。基于系统动力学原理和方法以及Vensim软件仿真模拟功能,以层次变量"安全防护性能→事故隐患危险性"作为主要变量,辅以多个辅助变量(即影响因素指标)的补充和完善,构建突发事故情景下事故各阶段的化工装置事故演变规律因果图和系统图并模拟。仿真模拟结果表明,安全防护性能和事故隐患危险性在化工事故情景下的事故演变趋势存在明显差异,相对于以往单一的对化工事故后果的定量风险分析,其对事故演变过程进行动态模拟研究有较明显的进步。     

基于mini-1D-CNN模型的TE过程故障诊断

为提升石化企业过程监测与故障诊断系统性能,满足化工过程故障诊断实时性、时效性的要求,提出一种基于过程历史数据驱动的最小一维卷积神经网络(mini-1D-CNN)的故障诊断模型。首先,通过一维卷积核学习和识别不同故障类型的数据特征,自动提取优势特征并进行故障分类;其次,通过逐步向后回归选择重要特征参数,优化模型结构。利用可实时获取的31个过程变量与操作参数,输入一维卷积神经网络(1D-CNN),监测与诊断田纳西-伊斯曼(TE)过程的主要故障。结果表明：相对于其他故障诊断模型,mini-1D-CNN模型在测试集上故障诊断率(FDR)较高,可达到96.50%;同时,mini-1D-CNN模型关注于TE过程故障诊断的重要特征参数,在降低参数量及降低训练和测试时间上具有显著优势。     

爆炸载荷作用下矿井密闭墙损伤评估

为探究煤矿井下常见的典型砖墙密闭墙抗爆性能,采用ANSYS软件建立数值模型,研究爆炸冲击作用下密闭墙的损伤情况。首先,分析瓦斯爆炸的特点和其导致的冲击波压力在巷道内传播特性,预测冲击波的压力强度幅值;然后,建立密闭墙数值模型,设计并完成多种冲量及压力加载方式组合条件下对墙体的冲击模拟数值试验;最后,通过自定义的损伤变量及试验结果,绘制密闭墙的P-I曲线损伤图。结果表明:不同冲击组合方式下密闭墙受到的损伤状态差别较大,因现实中可能发生的瓦斯爆炸特征较为复杂,可以利用给出的密闭墙损伤临界线方程及P-I曲线损伤图,快速评估在其他爆炸冲击条件下墙体损伤状态。     

矿井通风网络压能图节点分层算法研究

为解决人工绘制矿井通风网络图与压能图工作量繁重的问题，基于对矿井通风网络图与矿井通风压能图的特点与作用的研究，提出了具有通风网络图与压能图部分特点的矿井通风网络压能图的概念及其特点与作用。采用分层算法实现对矿井通风网络压能图中各节点纵向相对位置的确定，为避免巷道两端节点压能值因取整相等时被分到同一层的问题，提出运用最长路径算法对各巷道节点进行第1次分层，再利用各节点的相对压能值进行2次分层的绘制方法。构造以分层算法绘制通风网络压能图的整体框架，为实现矿井通风网络压能图的自动绘制提供了技术支持。     

非正常工况下化工过程设备故障实时关联预警研究

为提高非正常工况下化工过程设备故障预警的准确性和鲁棒性,需在预测过程中考虑影响目标参数的其他关联参数的状态。提出基于灰色关联分析法和卡尔曼滤波法的化工过程故障实时关联预警方法,建立以目标参数为结果变量的灰色关联模型,通过灰色关联度分析及排序,提取关联系统中目标参数的关联原因变量,对过程参数进行实时预测和预警。在常减压装置故障预警案例分析中,分别以稳定塔回流罐液位和常压塔顶温度为目标参数,实时预测未来1 min内的参数状态值,当判断结果为故障时提前发出预警信息。结果表明:与传统卡尔曼滤波法相比,所提方法预测结果平均相对误差分别减小了91.06%和88.23%,并成功避免了一次误告警和一次漏告警。     

安全生产水平预测与评价的系统动力学模型

为有效预测和评价安全生产水平,建立一个量化、动态、可反馈的系统动力学(SD)安全生产水平预测与评价模型。通过辨析安全生产影响要素,绘制安全生产要素-系统-指数因果关系图。运用SD理论,构建安全生产水平预测和评价SD模型。在模型中确定3个状态变量、3个决策变量和4个辅助变量,并设置6条反馈回路。通过确定变量,并利用SD模型进行仿真模拟,可实现安全生产水平的定量、动态预测和评价;将SD模型用于安全生产水平预测和评价,可弥补现行定性、静态、链式评价方法的不足。     

灾后应急资源配送的LRP模型与算法研究

针对灾后应急资源配送的优化问题,考虑配送中心定位和配送路径方案的相互影响,建立应急资源配送的“定位-路径安排问题”优化模型,给出应急配送中心定位和配送可靠路径的全局优化方案。根据该模型的特点,设计多吸引子的离散粒子群优化算法,并结合仿真与分析,验证模型和算法的有效性。模型与算法的研究,对于突发事件下不确定交通路网应急资源配送决策具有一定指导意义。     

反应器热爆炸风险分析模型的构建

从风险的角度开展化工安全管理与决策。基于能量转移论,综合运用化工工艺的热风险评估和保护层分析(LOPA)方法,在对各类典型事故预防控制措施的有效性分析基础上,选择化工工艺过程中的绝热温升(ΔTad)表征反应器热爆炸的严重度,采用保护层分析得到的事故发生频率表征反应器热爆炸的发生可能性,构建了适用于反应器热爆炸的风险分析模型。在运用该模型对甲苯一段硝化间歇反应器的热爆炸风险进行分析的过程中,给出了相应的风险决策方案,验证了模型的可行性。     

基于岩体扰动参数的边坡结构优化

为了研究岩体扰动参数对边坡稳定性的影响,根据某露天边坡岩体物理性质及坡体钻孔勘探结果,分析了边坡体各岩组在不同扰动参数下的强度弱化过程;考虑由扰动产生的节理裂隙对边坡稳定性的影响,通过Phase^2软件对仿真计算模型进行了不同扰动程度的区域划分;同时提出了一种用于直观表征露天整天边坡稳定性的安全系数“玫瑰花”图。结果表明:各边帮受节理切割和爆破扰动的影响,稳定性差异较大,部分边帮安全储备充足,仍存在优化空间;节理裂隙几何位置对边坡失稳滑移面具有控制作用,对于近乎顺层岩质边坡,其破坏主要沿节理面剪切滑移;对于具有浅埋倾覆节理面边坡,由于岩体强度较高易发生倾倒破坏,所绘制的边坡安全系数“玫瑰花”图可直观表征露天边坡整体稳定性,考虑局部扰动影响对边坡稳定性分析进行精细化表征,为矿山边坡角度的进一步优化提供了一定的参考指标。     

基于MFM初始事件发生频率计算方法

为了解决传统故障树分析方法中,依赖参与人员经验导致评价结果相对主观的问题,利用多级流模型(MFM)模拟实际流程,改进化工过程定量风险评价(QRA)初始事件发生频率的计算方法。首先,应用MFM对化工过程建模,并根据MFMSuite软件推理出的故障逻辑原因树建立故障树,按照事件发生的逻辑顺序找出故障原因;然后,计算顶上事件的发生频率,即为该过程初始事件的发生频率;最后,以氰化氢生产流程中粗产品的冷却过程作为应用实例。研究表明:针对热交换工艺过程,MFM计算方法运用原因树推演故障树,与传统方法相比,结果更为客观。     

一种新的基于图模型的间歇过程故障监测方法

目前多元统计方法被广泛用于间歇过程故障监测并已经取得了比较好的效果。但是,统计模型的可解释性能比较差,很难直接利用操作人员积累的安全经验。为应对这些不足,提出了一种基于图模型的间歇过程故障监测方法。利用提出的定性建模方法,过程机理及操作人员的安全经验能够方便地表达。利用在线的过程变量数据和正向推理算法推断生产应处于的状态,利用安全知识及时地发现生产异常。当推断的结论与在线测得的结果矛盾或过程变量超过设定的安全限时,给出解释性输出。通过一个间歇反应案例,验证了提出的方法在模型的可解释性和利用安全经验方面的优势。     

化工生产事故预防信息系统研究

为指导操作人员正确地处理化工生产过程中的问题,防范人为误操作导致的事故发生,开发了以化工生产的危险与可操作性分析结果和典型事故原因分析结果为知识库的事故预防信息系统.系统实时在线监测化工生产过程中的关键变量,通过判定变量间的影响关系,实现对化工生产过程潜在危险的辨识、预警并给予实时操作指导,以确保生产安全,提高装置的生产效率.最后,以丙烯聚合工艺为例,在多功能过程试验控制平台上进行了验证,探讨了事故预防信息系统的应用方法.     

化工项目施工作业风险分析

化工项目施工过程中存在动态变化的、相互叠加的、集成化的作业风险。以往的研究缺乏对动态、叠加风险的全面考虑和定量分析,难以满足化工项目施工中特定风险管理的现实要求。为有效地管理和控制化工项目施工作业风险,分析施工作业在时间、空间上的变化和叠加现象,以作业风险模型为基础,建立兼顾动态风险和叠加风险的系统性作业风险模型。运用该模型计算某个实例化工项目施工期典型时段各建设单元前后期风险变化值及其相互叠加的风险值,绘制其施工区域风险分布图。结果表明,当前主生产车间、辅助车间、喷塔楼、2号仓库区域设备集中、人员密集、作业交叉、事故发生风险较高,是安全管理的重点部位。就此,提出具体风险控制措施。     

基于几何方法的疏散仿真模型——GAEvac

GAEvac模型是基于几何方法和目标智能判别的人员疏散计算机模型,该模型针对建筑物和人员的特点,建立以几何元素表示的建筑物空间和人员体型模型,通过碰撞检测和位置调整的算法,模拟疏散中个体人员的速度变化和移动方向选择。通过设置分级目标和条件决策规则,模拟疏散过程中的人员路径选择,疏散过程中的群体效应得以体现。通过速度变化和疏散路径选择模拟实验,对GAEvac模型模拟的结果进行了对比分析。最后,通过对实例的模拟,验证了GAEvac模型的应用效果。     

基于KPCA算法的环网柜故障检测方法

为保证供电系统的安全运行,针对智能电网中环网柜故障检测模型精度低,非线性变量泛化能力差等问题,提出了一种基于KPCA算法的环网柜故障检测建模方法。PCA算法是故障检测的常用方法,为了解决非线性问题,使用核函数建立核主元模型提取环网柜系统的非线性冗余信息,通过非线性映射将输入空间映射到特征空间,再计算特征值问题。将构建的KPCA模型应用于环网柜系统故障检测,采集环网柜内的多变量信息和环境变量信息,将变量数据空间分解为2个正交互补子空间,分别在特征空间构造T~2统计量和残差空间构造Q统计量进行监控,实现环网柜系统的故障报警。经过对正常数据和故障数据的仿真实验结果表明,该KPCA算法在准确检测故障的前提下,能够有效降低模型的故障误报率,改善了环网柜故障检测效果。