石油化工安全仿真技术及应用

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【摘要】对于石油化工企业来说，生产安全是生产过程中的重中之重。巧妙避开生产中的危险问题，成功的保证生产安全是石油化工生产中很棘手的问题，也是大家都关注的问题。现如今的安全科学生产主要包括安全模拟技术和安全仿真技术，而安全仿真技术在石油化工技术中已有了很突出的表现，它可以成功的找出生产过程中将会存在的危险并对有危险的药品和工具设备等进行一系列的分析，因而帮助人们更好的避开危险，现被广泛的应用于石油化学工业中。

【关键词】生产安全 危险 安全仿真技术 分析

现如今石石油化学工业在我国化学工业中占很重要的位置，它是以石油作为原生产物料而生产出化学产品的工业。目前它已带动了很多行业的发展，也带动了一定的经济增长。虽然它带来了许多便利与效益，但是在它的工作过程中存在的许多潜在的危险也也给我国带来了许多损失。比如在二十世纪八十年代，仅三年内就发生了约六百多起因石油工业危险性引起的惨痛安全事故，因事故伤亡的人数也达到了一百多人，产生了巨大影响。为使人们在工作基础上保证自身安全，避免环境受破坏等，很多国家开始制定法规条约等来保障人们的生产安全。而安全仿真技术可以很好地帮助人们解决这一难题，这主要是因为进行真实的实验实属空谈，而仿真技术却可以在节约人力和资金等条件下安全的帮人们进行危险评估与分析，帮助人们解决这些棘手的问题。

1 石油化工工艺过程中的危险仿真

石油化工工艺过程中存在着许多潜在的危险，其中主要包括：

（1）因装置本身的操作失误而产生的危险；

（2）控制系统出现故障而产生的危险；

（3）超压、超温或者泄露产生的危险；

（4）故障在流程中传播的不利后果等。而仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的 或设想的系统进行动态试验。针对这些危险的安全仿真技术主要有：

1.1 定量模型仿真技术

针对石油化工工作过程中的动能、质量的传递和其他一些内在的物理性质及其变化，我们用代数或者微积分方程对他们进行描述，这种反应工艺过程中的系统静态与动态变化的手段就是定量模型仿真技术。对于此仿真技术，最常用的软件就是HYSYS，这种软件首先可以运用动态模拟的方式分析石油化工工艺生产的运作特点，这样增加了对危险分析的真实性效果，有利于对不稳定的情况也进行分析。其次它还可以对安全控制方案进行有效研究，在此过程中它将对控制与生产一起研究，巧妙地将其融为一体并同时使其各自发挥出自己的优势，因此进行动态的分析与探究并确定好最适合最有效地安全控制方案。三是利用HYSYS模拟开工的过程，记下其中的有用数据来确定开工方案。四是计算出稳态软件无法达到的不稳定状态过程。五是对石油化工生产进行指导并分析出其极限状态。因为HYSYS能准确分析出每个有用数据，因此可以利用模拟装置的极限状态来分析问题并进行生产指导。

1.2 定性模型仿真技术

定性模拟仿真技术与定量仿真技术的区别是它用的是非数学公式来对信息，结果输出和建模等环节进行表达的仿真技术。它可以推导系统的定。定性模型相对来说比定量模型简单。而且在石油化工生产中也很常见，对于不可定量分析的数据、装置等可以进行定性仿真。现如今主要是H A Z O P安全分析法，这种分析方法仅在美国就有将近两万五千个工厂在使用，而且它能节约很多资金，应用前景十分乐观。目前采用符号定向图（SDG）模型解决HAZOP 分析实质是定性仿真方法。SDG 方法引入HAZOP 是计算机辅助安全评价技术的一个飞跃，它有很高的安全评价效率，是现代石油化工企业较青睐的一项技术。

2 设备结构的仿真技术

在考虑石油化工工艺中的危险问题中千万不要忽略设备与材料的强度和寿命，世界范围内的很多石油化工工厂都出现过因设备与材料出现故障等而导致的安全问题，这也使得很多企业受到了经济损失和人员损失。而且在维护与修理设备材料的方面上也需要很多时间和金钱，对其耐久性进行测试时其结果也没常常带有不确定性因素。ANSYS/FE-SAFE 是现代石油化工企业中比较常用的软件，该软件由用户界面、材料数据库管理系统、疲劳分析程序和信号处理程序组成。软件采用大规模有限元分析计算，能计算出单位载荷或实际工作载荷下的弹性应力，然后根据实际载荷工况和交变载荷形式将结果比例迭加产生工作应力时间历程，也可换算成特定类型载荷作用下的弹性应力。这个软件的优势是能够对高温和蠕变疲劳等具有很有效的分析能力，并且对它的疲劳寿命也有很好的预算能力，它的各种优点使其有很好的应用前景。

3 有毒物质及爆炸、燃烧的仿真技术

有毒物质的泄漏和爆炸等安全事故的危害性非常大，带来的损失也很大，它的预防在现代石油化工生产过程中非常重要。在二十世纪八十年代的时候，墨西哥就由于管线泄漏事故而导致的大爆炸摧毁了整个工厂，将近六百多人遇难，四千多人受伤，由此可见事故的严重性及带来的巨大损伤性。由于CFX的功能比较方便和全面，所以它现在流行于各大石油化工工厂。它能制作出立体的CAD几何模型并拥有变通的流体属性定义和多种边界条件生成和网格生成、基于控制体积法的有限元数值方法、求解的并行计算等功能。它能使计算结果以非常逼真的立体效果展现出来，对有毒物质扩散、爆炸和燃烧等安全事故有非常逼真的模拟效果，使人们很好的对其进行分析与预防。现如今很多国家已开始使用，但是我国仍处于发展阶段。

4 对于技术故障的仿真

此仿真技术主要应用于石油化工工厂的装置出现故障的时候，它可以对其非正常状态进行监测、识别与预测分析。这种诊断方式主要分为定量模型法和定性模型法。

5 安全仿真训练

为了使工作人员按照工作流程和工作规定认真完成工作，并且在发生紧急事故的时候使工作人员有更灵敏和的反应并采取更冷静的措施，实施安全仿真训练是尤为重要的。它主要是针对训练方法额训练程度等进行仿真。

6 结语

仿真技术现在已成为石油化工企业必备技术。加强仿真技术的效能，普及仿真技术的使用也尤为重要。今后要将仿真技术更提升一步，以便更好地应用于我国石油化学工业当中。

参考文献

[1] 王超，唐倩，赵欣. 安全仿真技术在石油化工过程中的应用[J]. 科协论坛，2007

[2] 高鹏飞，张川. 对石油化工企业安全仿真技术应用的分析. 学术探讨，2012

[3] 牟善军，姜春明，吴重光. 石油化工安全仿真技术及应用. 系统仿真学报，2003