淺析石油化工設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建

張思媛

【摘要】為了減小因設(shè)備故障給石化行業(yè)帶來(lái)的負(fù)面影響，社會(huì)各界致力于引進(jìn)新設(shè)備材料等硬件的同時(shí)在過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)方面不斷改進(jìn)。文章對(duì)石油化工設(shè)備報(bào)警管理存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，其次對(duì)構(gòu)建石油化工設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究論述。

【關(guān)鍵詞】石油化工設(shè)備；報(bào)警管理；智能預(yù)警系統(tǒng)

智能預(yù)警系統(tǒng)將安全科學(xué)技術(shù)、相關(guān)數(shù)學(xué)模型方法、信息化管理技術(shù)等集成能夠?qū)υO(shè)備異常情況進(jìn)行科學(xué)分析從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警，彌補(bǔ)傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)的不足。智能預(yù)警系統(tǒng)是石化設(shè)備可靠運(yùn)行的強(qiáng)有力保障，也是對(duì)設(shè)備進(jìn)一步優(yōu)化、控制和故障診斷的基礎(chǔ)。

一、石化設(shè)備報(bào)警管理存在的主要問(wèn)題

1.1系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度低，信息孤立

各設(shè)備系統(tǒng)間相對(duì)獨(dú)立信息通道專(zhuān)一，只有到現(xiàn)場(chǎng)才能解釋設(shè)備通訊協(xié)議，增加了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和大量的人力，浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源，不利于推廣；各設(shè)備通道有相對(duì)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)軟件控制，增加了設(shè)備運(yùn)行管理的成本，故障發(fā)生時(shí)不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理；受通信協(xié)議和其他平臺(tái)的限制，影響設(shè)備的傳輸速度，其他通訊功能設(shè)備接入受阻，設(shè)備信息得不到充分的利用。

1.2報(bào)警過(guò)程混亂

報(bào)警數(shù)量眾多和無(wú)序使得大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷并不理想，報(bào)警信號(hào)主要通過(guò)設(shè)置某個(gè)變量的報(bào)警限和判斷準(zhǔn)則來(lái)產(chǎn)生，由于設(shè)計(jì)的隨意性較大，產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)據(jù)中存在大量的冗余和虛假信息，這些稱(chēng)為無(wú)效報(bào)警，而真正有效的信息卻淹沒(méi)其中，反而影響報(bào)警效果。據(jù)實(shí)際考察，很多操作員憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)大量報(bào)警視而不見(jiàn)，使得報(bào)警無(wú)法發(fā)揮至最佳效果，報(bào)警發(fā)生時(shí)由于系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用關(guān)系，加上一些冗余報(bào)警設(shè)置，會(huì)接連出現(xiàn)很多報(bào)警，使人難以分別真實(shí)的報(bào)警源頭，這種情況稱(chēng)為警涌。

二、石油化工設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建

2.1智能預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介

20世紀(jì)80年代初我國(guó)開(kāi)始研究預(yù)警管理，經(jīng)歷了定性為主到定性定量相結(jié)合等過(guò)程的轉(zhuǎn)變。智能預(yù)警系統(tǒng)是對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、通訊、記錄的軟硬件結(jié)合的過(guò)程，在報(bào)警管理的基礎(chǔ)上借助一些算法模型或?qū)I(yè)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)警，通過(guò)人機(jī)交互提醒操作人員及時(shí)評(píng)估采取相關(guān)行動(dòng)，有效的預(yù)防緊急停車(chē)系統(tǒng)啟動(dòng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失甚至更嚴(yán)重的后果。

2.2石化設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能預(yù)警系統(tǒng)是建立在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互基礎(chǔ)上的綜合性系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，參數(shù)分析，故障預(yù)警等多個(gè)系統(tǒng)，縱觀國(guó)內(nèi)外報(bào)警管理現(xiàn)狀及事故案例，多數(shù)事故是由于操作人員的不正確對(duì)待導(dǎo)致的，考慮到人的局限性，進(jìn)一步分析其根本原因在于現(xiàn)行報(bào)警管理系統(tǒng)智能化水平不高，報(bào)警過(guò)程混亂，人機(jī)交互不科學(xué)。這節(jié)主要圍繞報(bào)警混亂這一問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1石化設(shè)備智能預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主模塊功能介紹：

1）在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)模塊。一個(gè)完整的石化設(shè)備系統(tǒng)是由若干個(gè)設(shè)備或設(shè)備的若干個(gè)部件組成，對(duì)若干個(gè)設(shè)備或設(shè)備的若干個(gè)部件安裝在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)故障類(lèi)型或報(bào)警類(lèi)型來(lái)劃分子系統(tǒng)，目的是便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)管理。

2）數(shù)據(jù)集成模塊。主要是對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成，數(shù)據(jù)集成后與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及規(guī)則庫(kù)等整合以進(jìn)行梳理比對(duì)，提取有用的數(shù)據(jù)作下一步的分析。

3）數(shù)據(jù)分析模塊。通過(guò)成分分析法、模式聚類(lèi)、最小二乘支持向量機(jī)、模糊信息處理等一些算法或?qū)I(yè)性關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)警，這部分是智能預(yù)警的核心，主要從設(shè)備故障和故障報(bào)警兩方面實(shí)現(xiàn)，在接下來(lái)的段落中將具體介紹這部分內(nèi)容。需要說(shuō)明的是此模塊在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)企業(yè)及企業(yè)內(nèi)設(shè)備具體情況擇取適當(dāng)?shù)乃惴ú椴僮魅藛T配以必要的說(shuō)明。

4）故障預(yù)警模塊。通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)行預(yù)警，自動(dòng)生成人性化KPI報(bào)告，供操作人員參考，采取合理的應(yīng)對(duì)措施，這一部分目前Honeywell公司的A-larm Management軟件做得比較好。

2.3數(shù)據(jù)分析模塊

2.3.1設(shè)備故障智能檢測(cè)

1）故障與設(shè)備關(guān)聯(lián)度分析。設(shè)備與設(shè)備之間可能互有關(guān)聯(lián)，每個(gè)設(shè)備或設(shè)備各部件的故障也可能存在交集，其關(guān)系如圖2所示。鑒于各企業(yè)設(shè)備體系不同，企業(yè)可根據(jù)自身情況運(yùn)用事故樹(shù)等方法將設(shè)備和故障類(lèi)型分類(lèi)，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析。

圖2設(shè)備故障關(guān)聯(lián)圖

2）故障類(lèi)型及影響因素分析。設(shè)備故障和故障之間、影響因素之間也互有關(guān)系，當(dāng)故障影響因素過(guò)多時(shí)可以通過(guò)一些方法進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.2報(bào)警優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）單變量報(bào)警。單變量報(bào)警通過(guò)設(shè)置報(bào)警限生成報(bào)警信號(hào)，主要存在誤報(bào)和漏報(bào)問(wèn)題，二者存在此增彼減的矛盾，其關(guān)系遵從ROC曲線。對(duì)于報(bào)警限工業(yè)上典型的處理方法有：濾波，延遲和死區(qū)。

2）多變量報(bào)警。目前我國(guó)石化企業(yè)對(duì)報(bào)警的設(shè)置主要是單變量限值或經(jīng)驗(yàn)主義，但發(fā)生警涌時(shí)通常會(huì)出現(xiàn)多個(gè)報(bào)警，往往會(huì)涉及到多個(gè)變量?，F(xiàn)行還沒(méi)有普遍的算法來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算出多個(gè)報(bào)警的限值，但可以通過(guò)一些算法結(jié)合企業(yè)報(bào)警實(shí)際對(duì)報(bào)警進(jìn)行優(yōu)化。如報(bào)警變量間的關(guān)系如圖3所示。

圖3報(bào)警變量關(guān)聯(lián)圖

在處理過(guò)程中操作人員發(fā)現(xiàn)煙機(jī)振動(dòng)趨勢(shì)與煙機(jī)輪盤(pán)冷卻溫度有關(guān)聯(lián)，輪盤(pán)冷卻溫度上升，煙機(jī)振動(dòng)下降，振動(dòng)曲線與溫度曲線存在相反波峰波谷現(xiàn)象，操作員將這兩類(lèi)報(bào)警歸為同組報(bào)警；此外操作人員結(jié)合“中石化資深診斷專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：當(dāng)振動(dòng)超過(guò)1倍時(shí)，需注意；當(dāng)振動(dòng)超過(guò)2倍時(shí)，嚴(yán)密注意；當(dāng)振動(dòng)超過(guò)2.5倍時(shí)，必需停機(jī)”，將上述其余四個(gè)超過(guò)報(bào)警限值的測(cè)點(diǎn)報(bào)警做了濾波處理。通過(guò)此次報(bào)警數(shù)據(jù)的整理，對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。

四、展望

智能預(yù)警系統(tǒng)作為過(guò)程監(jiān)控管理的一部分對(duì)石化企業(yè)安全生產(chǎn)工作的保障至關(guān)重要，于操作者而言可以通過(guò)有效的減少報(bào)警改善操作人員的工作環(huán)境，于企業(yè)而言提高設(shè)備的可靠性可以增加綜合效益，提高生產(chǎn)效率和安全性。智能預(yù)警是信息技術(shù)，安全科學(xué)技術(shù)與管理的高度集合，是過(guò)程監(jiān)控發(fā)展的必然方向。由于我國(guó)智能預(yù)警技術(shù)起步較晚，與國(guó)外存在一定差距，很多問(wèn)題有待研究，需結(jié)合我國(guó)石化行業(yè)性質(zhì)，參照國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，兼顧企業(yè)自身設(shè)備特點(diǎn)做好這方面的研究工作。

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