石油化工生产安全建模与仿真研究
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【摘 要】近几年，石油化工安全生产成为社会热门话题，民众及政府越来越重视石油化工行业的安全问题。石油化工生产安全建模与仿真技术也随之发展起来，通过仿真技术可以模拟真实生产过程，从而发现安全隐患，降低石油化工类事故的发生率。本文针对石油化工行业生产的特点，阐述了建模与仿真技术对于石油化工生产安全的必要性，分析了现阶段存在的问题，并对建模与仿真技术做了一定的研究，同时介绍了其在实际工作中的应用。
【关键词】石油化工；建模与仿真；研究；安全
石油化工行业由于其特殊的产品特性，往往是易燃易爆有毒产品，存在很大的安全隐患。发生事故会给企业、社会带来一定的经济损失。建模与仿真技术可以实现模拟仿真场景，给企业提供有力的技术支持，防止事故的发生，从而确保石油化工行业的可持续性运行。
1 石油化工行业引进建模与仿真技术的必要性
我国石油储备较为丰富，这就为石油化工行业的发展提供了基础。随着科技的进步，对石油化工行业的需求增大，我国石油化工企业与随之壮大起来。但是，由于石油化工行业产品的特殊性（产品的易燃易爆有毒性）、生成工艺的特殊性（某些生产过程需要极高的温度及压力），这种存在的安全隐患很难通过人为发现，导致我国近几年来频发石油化工重大事故，且比例呈上升趋势，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，使石油化工行业成为高危行业之一。我国政府针对石油化工行业安全生产问题，制定了极为严格的安全标准和相关规定，为了降低生产中可能发生的事故，并对可能的危害造成的损失进行全面的分析并提出了解决办法。
虽然更为严格的石化标准已经出台，但是由于石油化工生产安全领域所涉及的方面众多，包括工艺流程的危险事故仿真、事故蔓延、对于突发事故的应急预案以及突发事故的应急演练、设備安全监测与监督等等。企业内部通过成立检查小组来每天进行安全生产方面的检查以及企业内部建立的半自动化报警技术已经落后，不能保证石油化工行业的安全生产。这就要求石油化工企业必须跟随时代发展的要求，引进更加先进的技术，来确保安全生产。
近几年，建模与仿真技术以逐渐发展成熟，被应用到生命科学领域、生产制造领域、医药领域等众多领域，由于石油化工行业的危险性使得建模与仿真技术在石油化工行业也越来越被人们所重视。目前已经被有些石化企业所引进，成为保证安全生产的重要技术手段。安全建模与仿真技术可以真实的模拟设备运行状态、生产工艺流程事故、突发事故实验等，它的最大优势就是可以仿真模拟，对于真实生产工艺的连续化不用被打断，而且这种先进的技术，省去了传统的人为检查的人力消耗，从长远意义上来说，能够为石油化工企业高效、持续、稳定的安全生产提供有利的技术支持，对我国经济有更大的贡献。
2 现阶段石油化工行业安全建模与仿真存在的问题
随着科技的进步，我国石油化工生产安全建模与仿真技术的研究已经有了大量的成果与实际应用，但该项技术还处于新兴阶段，仍然存在着一系列的问题，有待工作者们在今后的实践工作中去完善。
2.1 复用性问题
目前安全建模与仿真在复用性上还不够完善。该技术应该根据石油化工生产安全特性对所模拟设备对象的属性和行为进行抽象集成，在系统解耦方面能否建立仿真组件模型还存在复用性的问题。
2.2 仿真场景完备性问题
石油化工生产安全领域范围较广，不仅包括生产工艺流程内在事故模拟，还包括突发事故蔓延以及危险事故应急处理等等，这就要求仿真场景要更加多样，且适用于各种不同的安全领域，仿真场景的完备性要进一步适应模拟对象的需求。
2.3 建模与仿真系统与其它系统兼容问题
在实际工作中，仿真系统需要与其它安全系统协同工作，才能发挥出最大的效用。这就要求该系统要与其它安全系统实现兼容性，需要在今后的工作中重视起来。
3.石油化工生产安全建模与仿真技术研究
为了解决以上问题，现阶段的面向对象的建模与仿真技术（OMT），是从静态模型、动态模型以及功能模型三个维度进行系统建模。与其它技术比较，OMT具有三大优势：首先，它是实现了统一抽象，具有更高级的抽象方式；其次，复用性高，模型可配置型强，通用性好；最后，由于其模型封装性好，维护系统起到了保护的作用。
3.1 石油化工生产安全建模方法研究
石油化工生产安全建模方法研究包括石油化工工艺流程生产安全建模研究及潜在危险事故扩散模型研究等等，这里只对后者做简单研究介绍。
3.1.1 危险事故扩散模型研究
由于石油化工生产的工艺特殊性，使得很多反应设备之间都相互关联，一旦发生事故后，很可能对与之相关联的其他设备造成损害，形成事故的扩散，造成更加严重的后果。对危险事故扩散建模流程研究为：明确初始事故→明确路径因素及概率→构建事件决策树→计算次生事故概率→构建事故扩散概率模型→有效事故场景筛选模型。明确初始事故是第一步，有可能是机械故障、人为操作失误、储罐泄漏等等；明确路径因素是决定事故演变的因素条件，建立事件决策树，建模者需要输入对事故可能造成蔓延的相关对象，并通过科学计算出可能发生事故蔓延的概率；事故扩散是当一个生产区域发生事故后，可能对周围相关危险因素造成进一步扩散；有效事故场景是指事故连锁扩散形成的事故场景相当复杂，需要利用相关的筛选标准来剔除掉不必要场景，降低计算分析复杂度。
3.2 石油化工生产安全仿真场景设计研究
仿真场景的设计研究涵盖石油化工生产安全的方方面面，仿真环境通过配置不同命令来进行不同的模拟场景，并通过命令输出结果。这里只对危险事故应急演练场景仿真设计做简单研究介绍。
3.2.1 危险事故应急演练场景仿真设计研究
危险事故应急演练场景的仿真研究对石油化工生产安全起到了非常重要的作用，可以模拟真实事故发生场景。主要包括事故报警与上报、应急指令下达、应急资源调配，应急现场救援以及应急记录等环节，为企业全方位仿真演练和人员培训系统提供技术支撑。 通过对危险源分类、以应急脚本为基础，来实现危险事故应急场景模拟。通过指令来设定危险源事故从而观察事故的演变，以及对整个安全系统的后续影响，然后根据仿真应急脚本下达相应的处理办法到仿真算法模型模拟后续应急效果，通过软件分析得到最终的事故仿真应急数据。通过对仿真场景来评估企业人员应急处理能力和应急脚本的效果，来不断完善企业的实际事故应急处理能力。
4 石油化工生产安全建模与仿真技术应用
4.1 在设备安全监测方面的应用
石油化工企业可以将建模与仿真技术应用到企业设备安全监测上来。由于建模与仿真技术是近几年才发展起来的，早期由于没有先进的软件技术，限制了石油化工企业对设备损坏监测程度，没有技术支持监测设备，一旦发生事故，将造成企业经济损失和人员伤亡。由于我国石油化工类事故的频发，企业越来越重视安全监测，并开始加大了对安全监测的投入。科技的进步带来了新的技术支持，建模与仿真技术正是在这个基础上发展起来的，通过仿真技术，企业可以通过软件建立仿真场景，在生产前就可以掌握设备运行中可能受到的损坏，实现更有效的控制设备的安全，避免安全隐患，保证石油化工工业的生产安全。
4.2 在设备安全监督方面的应用
石油化工企业可以将建模与仿真技术应用到企业设备安全监督上来，与安全监测相同，也可以起到十分重要的作用。不同的是，石油化工企业安全监督是一种动态监督，是以生产过程中设备的有效运作为对象，建模仿真技术可以与安全监测软件相关联，一起对在生产过程中的设备进行监督。同时，企业员工还应该加强对石油化工企业大型危险设备的监督，通过软件技术可以对设备运行的效果进行改善，降低危险设备发生事故的概率，从而避免事故的发生。
4.3 在应对突发事故方面的应用
石油化工企业可以将建模与仿真技术应用到应对突发事故上来，可以避免破坏设备和周围环境，仿真事故发生场景，通过仿真技术可以对相关安全预警方面提供技术支持。石油化工企业可以通过建模与仿真技术对可能发生的事故进行仿真场景模拟，使企业员工在模拟条件下解决突发事故，不仅可以加强员工的安全意识及对突发事件的应急处理能力，还可以帮助企业在应对突发事件时，提供更多的处理方式和处理措施，防止事故蔓延至更大范围，有效降低事故带来的经济损失和人员伤亡[2]。
5 结论
综上所述，石油化工生产建模与仿真技术的研究现在已成为国内热门研究对象，越来越多的石油化工企业开始重视这一仿真技术的应用，石油化工企业必须把安全生产放在首位，通过合理使用建模与仿真技术，企业可以从仿真数据中得到技术支持数据，确保石油化工企业的安全生产，使我国石油化工安全生产更上一个水平，对我国石油化工安全生产具有重大意义。
参考文献：
[1]郭齐胜.系统建模与仿真[M].國防工业出版社，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[J].商业文化，2012，（10）：394.
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