淺析石油化工設備智能預警系統的構建

張思媛

【摘要】為了減小因設備故障給石化行業帶來的負面影響，社會各界致力于引進新設備材料等硬件的同時在過程監控系統方面不斷改進。文章對石油化工設備報警管理存在的問題進行分析，其次對構建石油化工設備智能預警系統進行研究論述。

【關鍵詞】石油化工設備；報警管理；智能預警系統

智能預警系統將安全科學技術、相關數學模型方法、信息化管理技術等集成能夠對設備異常情況進行科學分析從而實現預警，彌補傳統報警系統的不足。智能預警系統是石化設備可靠運行的強有力保障，也是對設備進一步優化、控制和故障診斷的基礎。

一、石化設備報警管理存在的主要問題

1.1系統關聯度低，信息孤立

各設備系統間相對獨立信息通道專一，只有到現場才能解釋設備通訊協議，增加了現場調試時間和大量的人力，浪費了網絡資源，不利于推廣；各設備通道有相對獨立的計算機軟件控制，增加了設備運行管理的成本，故障發生時不易及時發現和處理；受通信協議和其他平臺的限制，影響設備的傳輸速度，其他通訊功能設備接入受阻，設備信息得不到充分的利用。

1.2報警過程混亂

報警數量眾多和無序使得大規模復雜系統的實時監控和故障診斷并不理想，報警信號主要通過設置某個變量的報警限和判斷準則來產生，由于設計的隨意性較大，產生的報警數據中存在大量的冗余和虛假信息，這些稱為無效報警，而真正有效的信息卻淹沒其中，反而影響報警效果。據實際考察，很多操作員憑借經驗對大量報警視而不見，使得報警無法發揮至最佳效果，報警發生時由于系統內部的相互作用關系，加上一些冗余報警設置，會接連出現很多報警，使人難以分別真實的報警源頭，這種情況稱為警涌。

二、石油化工設備智能預警系統構建

2.1智能預警系統簡介

20世紀80年代初我國開始研究預警管理，經歷了定性為主到定性定量相結合等過程的轉變。智能預警系統是對報警狀態進行監測、通訊、記錄的軟硬件結合的過程，在報警管理的基礎上借助一些算法模型或專業關鍵技術實現預警，通過人機交互提醒操作人員及時評估采取相關行動，有效的預防緊急停車系統啟動帶來的經濟損失甚至更嚴重的后果。

2.2石化設備智能預警系統結構

智能預警系統是建立在設備狀態監測和人機交互基礎上的綜合性系統，包括數據監測，參數分析，故障預警等多個系統，縱觀國內外報警管理現狀及事故案例，多數事故是由于操作人員的不正確對待導致的，考慮到人的局限性，進一步分析其根本原因在于現行報警管理系統智能化水平不高，報警過程混亂，人機交互不科學。這節主要圍繞報警混亂這一問題進行系統的構建，其結構如圖1所示。

圖1石化設備智能預警系統結構圖

系統主模塊功能介紹：

1）在線數據監測子系統模塊。一個完整的石化設備系統是由若干個設備或設備的若干個部件組成，對若干個設備或設備的若干個部件安裝在線監測子系統進行數據監測，可以根據故障類型或報警類型來劃分子系統，目的是便于對數據進行分類管理。

2）數據集成模塊。主要是對在線監測數據的集成，數據集成后與動態數據庫、靜態數據庫、歷史數據庫及規則庫等整合以進行梳理比對，提取有用的數據作下一步的分析。

3）數據分析模塊。通過成分分析法、模式聚類、最小二乘支持向量機、模糊信息處理等一些算法或專業性關鍵技術實現預警，這部分是智能預警的核心，主要從設備故障和故障報警兩方面實現，在接下來的段落中將具體介紹這部分內容。需要說明的是此模塊在設計時需根據企業及企業內設備具體情況擇取適當的算法并為操作人員配以必要的說明。

4）故障預警模塊。通過人機交互界面進行預警，自動生成人性化KPI報告，供操作人員參考，采取合理的應對措施，這一部分目前Honeywell公司的A-larm Management軟件做得比較好。

2.3數據分析模塊

2.3.1設備故障智能檢測

1）故障與設備關聯度分析。設備與設備之間可能互有關聯，每個設備或設備各部件的故障也可能存在交集，其關系如圖2所示。鑒于各企業設備體系不同，企業可根據自身情況運用事故樹等方法將設備和故障類型分類，并進行關聯度分析。

圖2設備故障關聯圖

2）故障類型及影響因素分析。設備故障和故障之間、影響因素之間也互有關系，當故障影響因素過多時可以通過一些方法進行優化。

2.3.2報警優化設計

1）單變量報警。單變量報警通過設置報警限生成報警信號，主要存在誤報和漏報問題，二者存在此增彼減的矛盾，其關系遵從ROC曲線。對于報警限工業上典型的處理方法有：濾波，延遲和死區。

2）多變量報警。目前我國石化企業對報警的設置主要是單變量限值或經驗主義，但發生警涌時通常會出現多個報警，往往會涉及到多個變量。現行還沒有普遍的算法來準確計算出多個報警的限值，但可以通過一些算法結合企業報警實際對報警進行優化。如報警變量間的關系如圖3所示。

圖3報警變量關聯圖

在處理過程中操作人員發現煙機振動趨勢與煙機輪盤冷卻溫度有關聯，輪盤冷卻溫度上升，煙機振動下降，振動曲線與溫度曲線存在相反波峰波谷現象，操作員將這兩類報警歸為同組報警；此外操作人員結合“中石化資深診斷專家經驗數據：當振動超過1倍時，需注意；當振動超過2倍時，嚴密注意；當振動超過2.5倍時，必需停機”，將上述其余四個超過報警限值的測點報警做了濾波處理。通過此次報警數據的整理，對預警系統進行了優化。

四、展望

智能預警系統作為過程監控管理的一部分對石化企業安全生產工作的保障至關重要，于操作者而言可以通過有效的減少報警改善操作人員的工作環境，于企業而言提高設備的可靠性可以增加綜合效益，提高生產效率和安全性。智能預警是信息技術，安全科學技術與管理的高度集合，是過程監控發展的必然方向。由于我國智能預警技術起步較晚，與國外存在一定差距，很多問題有待研究，需結合我國石化行業性質，參照國際相關標準，兼顧企業自身設備特點做好這方面的研究工作。

參考文獻：

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