一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于动态模拟的乙烯分离流程风险分析及预测方法。首先通过流程模拟软件对乙烯分离工艺流程进行仿真，以获得在不同干扰下的动态参数。然后，通过道化学火灾爆炸指数法对流程中的风险等级进行初步划分。其次，使用动态定量风险评估方法来计算不同工艺扰动下事故造成的风险值，该方法结合了动态模拟，能够更加灵活准确地计算风险。最后，通过双向长短期记忆网络对风险值进行预测，够使得预测的风险值比实际过程的风险值更早地达到阈值线，从而比实际过程更早地预测故障。本发明专利技术提出的方法可以为乙烯工业化生产发展提供指导和有价值的参考依据。导和有价值的参考依据。导和有价值的参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法及系统


[0001]本专利技术属于化工过程风险预警领域，尤其涉及基于动态模拟的乙烯分离流程风险分析及预测。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]乙烯是石油化工最主要产品之一，乙烯装置生产的三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)是石油化工的基础原料，因此乙烯生产技术水平是衡量一个国家石油化工发展水平的重要指标。乙烯分离装置中有采用了加氢工艺的碳二、碳三两种加氢反应器，由于加氢反应为放热反应，且加氢原料中存在大量的氢气，所以如果催化剂选择性较差，就会导致副反应剧烈反应，严重时容易造成飞温，这会导致设备、管线被烧坏，进而发生火灾爆炸等恶性事故。而分离流程中脱甲烷精馏塔的塔顶温度为
‑
145℃左右、脱乙烷塔塔顶温度约
‑
25℃、乙烯精馏塔塔顶温度约
‑
35℃，若这些冷物料泄露，现场人员若防护不当存在冻伤的危险。所以对乙烯分离流程进行合理且准确的定量风险评估是非常有必要的，这样不仅可以减少故障的发生还能加强企业的安全管理，从而创造良好的经济效益和社会效益。
[0004]化学工业上常用的定量风险评估(QRA)方法主要有以下几种：故障假设分析法What
‑
I f，HAZOP分析，系统理论过程分析(STPA)，失效模式和影响分析(FMEA)和故障树分析(FTA)等。但传统定量风险评估方法存在一定的缺陷，如大多数情况下概率计算只能采取近似求和截断的方法，计算结果存在较大的误差，还有不确定性建模问题。如今的定量风险评估方法大多是在二态性、独立性假设的基础上进行研究的，由于设备存在不确定性，对复杂多态的系统进行风险评估，产生的误差就会超出正常水平，从而影响评估结果的准确性。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，可以实现将乙烯分离流程中变量的数值转化为风险值，可以更直观地判断异常工况对流程的影响以及可能产生的危害，并实现乙烯分离流程风险值预测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，包括如下步骤：
[0008]获取乙烯分离的稳态模拟流程，并对稳态模拟流程进行预处理；
[0009]根据预处理后的稳态模拟流程，得到乙烯分离的动态模拟流程，获得动态模拟流程在不同干扰下的动态参数；
[0010]对乙烯分离的稳态模拟流程进行初步风险评估，并绘制风险地图，初步确定待预警的反应系统；
[0011]根据动态模拟流程在不同干扰下的动态参数，计算待预警的反应系统的风险值；
[0012]利用训练好的双向长短期记忆网络模型，对风险值进行提前预测。
[0013]作为进一步的限定，所述对稳态模拟流程进行的预处理为，在乙烯分离稳态模拟流程中添加控制器并给各流股赋予合理的压降；
[0014]作为进一步的限定，所述对乙烯分离的稳态模拟流程进行初步风险评估具体为，对乙烯分离流程中的各反应系统进行划分，利用道化学火灾爆炸指数法，计算各反应系统的火灾爆炸危险指数，根据各反应系统的火灾爆炸危险指数，划分乙烯分离稳态模拟流程中的风险等级；
[0015]作为进一步的限定，所述绘制地图具体为，将风险等级划分为三种不同的颜色，分别对应风险等级的高中低，同时结合乙烯分离稳态模拟流程图绘制风险地图；
[0016]作为进一步的限定，所述根据不同干扰下的动态参数，计算待预警系统的单元的风险值，具体为，获取反应系统发生风险的概率和严重程度，进一步计算发生风险的概率和严重程度的乘积，得到风险值；
[0017]作为进一步的限定，所述双向长短期记忆网络模型的训练过程为：通过样本数据离线训练Bi
‑
LSTM模型，改进Bi
‑
LSTM预测模型的结构并优化其超参数；
[0018]作为进一步的限定，所述训练双向长短期记忆网络模型所使用的样本数据为，使用Pearson相关性分析筛选与关键变量相关度高于0.9的变量作为特征变量，将在动态模拟流程中得到的容量为2000的样本，以4:1的比例组成训练集和测试集。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种基于动态模拟的化工过程风险预警系统，包括：
[0020]稳态流程模拟模块，被配置为：获取乙烯分离的稳态模拟流程，并对稳态模拟流程进行预处理；
[0021]动态流程模拟模块，被配置为：根据预处理后的稳态模拟流程，得到乙烯分离的动态模拟流程，获得动态模拟流程在不同干扰下的动态参数；
[0022]初步风险确定模块，被配置为：对乙烯分离的稳态模拟流程进行初步风险评估，并绘制风险地图，初步确定待预警的反应系统；
[0023]风险值计算模块，被配置为：根据动态模拟流程在不同干扰下的动态参数，计算待预警的反应系统的风险值；
[0024]风险值预测模块，被配置为：利用训练好的双向长短期记忆网络模型，对风险值进行提前预测。
[0025]本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法中的步骤。
[0026]本专利技术第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术第一方面所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法中的步骤。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术提出一种基于动态模拟的对乙烯分离流程中的碳二加氢系统和脱甲烷系统进行定量风险分析的方法，可以将各单元设备的参数实时地转化为风险值，并通过Bi
‑
LSTM实现风险值的提前预测，通过将预测的风险值与阈值进行比较，可以给操作人员预留出控制风险的时间，能够在实际风险值达到阈值之前对风险进行处理并化解；
[0029]本专利技术使用道化学火灾爆炸指数法，计算出乙烯分离流程中各单元的初步风险值，根据各单元初步风险值的大小，将风险划分为高中低三种等级，分别对应三种颜色，并结合乙烯分离流程模拟图绘制风险图，可以更直观地看到流程中的高风险区域；
[0030]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0032]图1为本申请基于动态模拟的化工过程风险分析方法框架图；
[0033]图2为Bi
‑
LSTM结构图；
[0034]图3为乙烯顺序分离流程稳态模拟流程图；
[0035]图4为乙烯分离稳态模拟流程风险地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，包括如下步骤：获取乙烯分离的稳态模拟流程，并对稳态模拟流程进行预处理；根据预处理后的稳态模拟流程，得到乙烯分离的动态模拟流程，获得动态模拟流程在不同干扰下的动态参数；对乙烯分离的稳态模拟流程进行初步风险评估，并绘制风险地图，初步确定待预警的反应系统；根据动态模拟流程在不同干扰下的动态参数，计算待预警的反应系统的风险值；利用训练好的双向长短期记忆网络模型，对风险值进行提前预测。2.如权利要求1所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，所述对稳态模拟流程进行的预处理为，在乙烯分离稳态模拟流程中添加控制器并给各流股赋予合理的压降。3.如权利要求1所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，所述对乙烯分离的稳态模拟流程进行初步风险评估具体为，对乙烯分离流程中的各反应系统进行划分，利用道化学火灾爆炸指数法，计算各反应系统的火灾爆炸危险指数，根据各反应系统的火灾爆炸危险指数，划分乙烯分离稳态模拟流程中的风险等级。4.如权利要求1所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，所述绘制地图具体为，将风险等级划分为三种不同的颜色，分别对应风险等级的高中低，同时结合乙烯分离稳态模拟流程图绘制风险地图。5.如权利要求1所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，所述根据不同干扰下的动态参数，计算待预警系统的单元的风险值，具体为，获取反应系统发生风险的概率和严重程度，计算发生风险的概率和严重程度的乘积，得到风险值。6.如权利要求1所述的一种基于动态模拟的化工过程风险预警方法，其特征在于，所述双向长短期记忆网络模型的训练过...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔哲，李雪静，刘彬，孙素莉，田文德，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：