前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了煉化廠安全生產(chǎn)操作培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。
摘要:由于煉化過程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等風(fēng)險(xiǎn),一旦事故發(fā)生,危害較大,因此對(duì)煉化行業(yè)的員工進(jìn)行操作培訓(xùn)十分重要?;趯?shí)際工藝流程,采用西門子SIMIT自動(dòng)化仿真軟件和AspenHysys工藝仿真軟件建立了一套集成的操作培訓(xùn)系統(tǒng)(OTS),該系統(tǒng)具有效果逼真、危險(xiǎn)性低和培訓(xùn)方式靈活等特點(diǎn),通過具體應(yīng)用,驗(yàn)證了該系統(tǒng)的良好應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:操作培訓(xùn)系統(tǒng);煉化過程;仿真;數(shù)字化雙胞胎
煉化行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè)之一,由于煉化過程具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等風(fēng)險(xiǎn),一旦發(fā)生事故,危害程度較大,為此對(duì)煉化行業(yè)的員工進(jìn)行操作培訓(xùn)十分重要。美國石油協(xié)會(huì)(API)規(guī)定:必須對(duì)所有操作人員進(jìn)行培訓(xùn),以便保證操作人員對(duì)所操作的裝置具有必備的知識(shí)和熟練程度[1]。操作培訓(xùn)系統(tǒng)OTS(operationtrainingsystem)作為一種不影響生產(chǎn)安全,而又與生產(chǎn)實(shí)際相符的培訓(xùn)手段,可以有效保證操作人員的操作技能水平達(dá)到安全規(guī)定要求[2]。OTS是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段,通過建立過程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,在以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的硬件環(huán)境上再現(xiàn)真實(shí)過程系統(tǒng)特性的軟硬件系統(tǒng)。其主要目的是使生產(chǎn)操作人員在實(shí)際生產(chǎn)操作前,了解、熟悉、掌握生產(chǎn)過程和操作環(huán)境,以培養(yǎng)技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員[3]。近年來,中國的大型煉化一體化項(xiàng)目或大型合資項(xiàng)目均采用OTS進(jìn)行員工培訓(xùn),應(yīng)用較多的OTS提供商主要有西門子,Aspen,Invensys,Honeywell等外資公司,以及華康達(dá)、東方仿真等國內(nèi)公司[47]。1985年北京化工大學(xué)與中國石化燕山石化公司合作研制成功國內(nèi)第一套通用性的石化OTS。2009年大慶石化公司培訓(xùn)中心開發(fā)出煉油化工安全技術(shù)與技能OTS,填補(bǔ)了國內(nèi)煉化領(lǐng)域的空白[8]。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來,智能工廠成為未來的發(fā)展趨勢,OTS也面臨著從傳統(tǒng)模式過渡到智能模式的新挑戰(zhàn),因此建立一套基于真實(shí)煉化流程的數(shù)字化OTS,能夠助力企業(yè)達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn),鍛造持久競爭力。本文針對(duì)煉化流程采用“數(shù)字化雙胞胎(digitaltwin)”的新思想,建立基于數(shù)字化虛擬工廠的OTS,實(shí)現(xiàn)裝置DCS程序無縫集成的流程模擬,對(duì)虛擬工廠的操作不會(huì)直接反應(yīng)到真實(shí)工廠,但虛擬工廠對(duì)操作做出的響應(yīng)是對(duì)真實(shí)工廠的模擬。在該基礎(chǔ)上建立的OTS能夠提供虛擬試車、操作員培訓(xùn)、標(biāo)準(zhǔn)操作流程培訓(xùn)、事故預(yù)案虛擬演練等功能,并幫助企業(yè)在實(shí)際投入生產(chǎn)之前模擬優(yōu)化、仿真和測試等操作,成為企業(yè)通往智能工廠道路上的鋪路磚。隨后以某煉化廠氣體分餾裝置生產(chǎn)操作為實(shí)際對(duì)象,依托西門子SIMIT平臺(tái),建立自動(dòng)化控制仿真和工藝仿真相結(jié)合的OTS,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程的“數(shù)字化雙胞胎”。
1操作培訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
作為煉化流程的OTS需要滿足以下功能:動(dòng)態(tài)過程仿真系統(tǒng),基于精確的熱、動(dòng)力學(xué)方程和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)煉油裝置進(jìn)行流程模擬;能夠?qū)?dòng)態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的自動(dòng)化仿真控制,保持參數(shù)一致;有一套虛擬控制平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)培訓(xùn)服務(wù)器與客戶端的控制;系統(tǒng)的各部分之間能夠?qū)崟r(shí)通信。為此本文提出一種基于西門子SIMIT自動(dòng)化仿真軟件和AspenHysys工藝仿真軟件無縫集成的OTS,能夠在虛擬的數(shù)字化系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際操作的各種模擬,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程“數(shù)字化雙胞胎”。1.1SIMIT自動(dòng)化仿真軟件SIMIT是西門子開發(fā)用于模擬工藝狀況和控制器執(zhí)行的仿真軟件平臺(tái),可以保證操作員培訓(xùn)盡可能地具有真實(shí)性。所有仿真的過程數(shù)據(jù)包括P&ID圖、工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)和DCS數(shù)據(jù),在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中均可模擬顯示與操作。該軟件平臺(tái)有以下特點(diǎn):操作員站和服務(wù)器使用和實(shí)際DCS/SIS相同的硬件和軟件包;安裝在仿真站上的軟控制器軟件包用于仿真控制器的邏輯運(yùn)行,和實(shí)際DCS控制器有相同操作方式;安裝于服務(wù)器上的SIMIT軟件包還可以創(chuàng)建相應(yīng)用于連續(xù)過程的模塊。1.2AspenHysys工藝仿真軟件AspenHysys是大型的專家系統(tǒng)軟件,主要用于油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)和石油、石化、煉油工程設(shè)計(jì)計(jì)算分析。AspenHysys在油氣加工模擬領(lǐng)域功能強(qiáng)大,擁有數(shù)量龐大、功能齊全的單元操作模塊和物性計(jì)算包,計(jì)算精度高,收斂速度快,在國內(nèi)外各大煉油設(shè)計(jì)院應(yīng)用非常廣泛。在煉油過程中的模擬功能也很強(qiáng)大,動(dòng)態(tài)模擬準(zhǔn)確,原油數(shù)據(jù)更加齊全[9]。在OTS中,AspenHysys動(dòng)態(tài)模型可以導(dǎo)入AspenOTSFramework中,作為OPCServer為培訓(xùn)提供和現(xiàn)場實(shí)時(shí)一致的仿真服務(wù)。1.3自動(dòng)化控制仿真與工藝仿真集成通過仿真控制器將SIMIT自動(dòng)化控制仿真與AspenHysys工藝仿真相集成得到的OTS構(gòu)架如圖1所示,其中各組成部分及其功能見表1所列。在數(shù)據(jù)通信方面,由AspenOTSFramework提供OPCServer,SIMIT作為OPCClient,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制仿真和工藝仿真之間的通信。通過仿真控制器與DCS“直接”連接,一方面可以將組態(tài)好的DCS數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到連接OTS的模擬控制器中,保證控制方案一致性,同時(shí)操作員在OTS上使用的人機(jī)界面環(huán)境與實(shí)際的DCS一樣,培訓(xùn)效果會(huì)有很大提高。另一方面儀表工程師在OTS上可以及早發(fā)現(xiàn)控制方案的組態(tài)錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤,特別是有些錯(cuò)誤可能要在開車時(shí)才能發(fā)現(xiàn),這樣可以減少開車時(shí)間,提高一次開車成功率。
2氣體分餾裝置安全生產(chǎn)操作培訓(xùn)系統(tǒng)
該氣體分餾裝置的OTS基于圖1所示的結(jié)構(gòu)開發(fā),系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。該系統(tǒng)采用PCS7DCS控制軟件,SIMIT自動(dòng)化仿真軟件,以及Hysys流程模擬軟件,通過SIMIT仿真控制器進(jìn)行控制。啟動(dòng)AspenOTSFramework,有穩(wěn)態(tài)和冷態(tài)兩個(gè)模擬流程。穩(wěn)態(tài)模型可以仿真氣體分餾裝置平穩(wěn)運(yùn)行及停車操作,冷態(tài)模型可以仿真氣體分餾裝置冷態(tài)開車操作。啟動(dòng)SIMIT軟件后,SIMITSP與AspenOTSFramework通過SIMIT軟件的AOTS(OPCClient)與AspenHysys軟件的模型數(shù)據(jù)連接。連接順序?yàn)椋合葐?dòng)AspenOTSFramework并運(yùn)行OPCServer,然后啟動(dòng)SIMITSP并運(yùn)行,仿真程序進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)虛擬控制器在SIMIT虛擬控制器站也運(yùn)行起來??稍赟IMIT軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場操作的模擬,現(xiàn)場機(jī)泵或風(fēng)機(jī)的操作界面如圖3所示。
3操作培訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果分析
通過該氣體分餾裝置OTS的應(yīng)用,操作員能夠熟悉煉化過程的各種操作模式:正常操作、開車、停車、設(shè)備故障和緊急情況的處理。通過自動(dòng)化與工藝仿真集成的OTS,培訓(xùn)效果較傳統(tǒng)培訓(xùn)大幅提高,解決了煉化企業(yè)由于連續(xù)生產(chǎn)不能進(jìn)行實(shí)際操作演練的難題,涵蓋安全知識(shí)與技術(shù)、安全技能、事故案例分析、事故應(yīng)急預(yù)案演練四個(gè)方面內(nèi)容,能夠迅速提高崗位操作員工的安全技能和處理事故的能力。
4結(jié)束語
本文基于生產(chǎn)流程“數(shù)字化雙胞胎”的思想,建立了自動(dòng)化和工藝仿真集成的OTS,實(shí)現(xiàn)了工廠生產(chǎn)流程和自動(dòng)控制的同步虛擬工廠,借助數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了OTS的升級(jí)。目前中國有許多新建煉化企業(yè)或煉化裝置擴(kuò)能改造項(xiàng)目,必將有大批的裝置管理人員和操作人員需要通過模擬仿真培訓(xùn)。通過推廣實(shí)際工業(yè)“數(shù)字化雙胞胎”的OTS,將在煉油人才培養(yǎng)方面提供有力的支持,也為傳統(tǒng)流程工業(yè)邁入智能工廠時(shí)代做出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1]石鳳勇,黨曉峰,于彥明,等.智能模擬工廠技術(shù)在煉化裝置建設(shè)階段的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2018,54(02):610.
[3]劉齊忠,林融.在線操作員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在大型煉化一體化項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2011,47(03):2429.
[4]王磊.煉油模擬仿真培訓(xùn)方案初探[J].信息與電腦(理論版),2017(24):106108.
[5]李雪,王樹植.煉化企業(yè)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)發(fā)展探究[J].石油教育,2014(02):9092.
[6]劉齊忠,林融.在線操作員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在大型煉化一體化項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2011,47(03):2429.
[7]干粉華.煉化裝置仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的建立和評(píng)價(jià)[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2008(03):2123.
[8]廖和明.國內(nèi)首套煉化安全仿真培訓(xùn)軟件開發(fā)成功[J].石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2009(01):53.
[9]孫蘭義.化工流程模擬實(shí)訓(xùn)———AspenPlus教程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012.
作者:陳鑫 張曉 戴維 單位:中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司