面向本質(zhì)安全化的化工過程設(shè)計(jì):多穩(wěn)態(tài)及其穩(wěn)定性分析

本項(xiàng)目系統(tǒng)地研究了面向CAD的圖形多約束理論、方法及其應(yīng)用，提出了多約束關(guān)系識(shí)別、理解與自組織的三大基本原理，提出了約束關(guān)系自組織的一系列新概念和新方法，提出并實(shí)現(xiàn)了8大基本約束種類及其形成的一系列新算法，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行工程圖掃描圖象整體識(shí)別，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行零件圖裝配圖一體化設(shè)計(jì)，提出并實(shí)現(xiàn)了基于約束關(guān)系自組織的離線參數(shù)化技術(shù)。上述各項(xiàng)研究成果中，應(yīng)用圖形多約束理論與方法進(jìn)行工程圖掃描圖象整體識(shí)別與基于約束關(guān)系自組織的離線參數(shù)化技術(shù)是兩項(xiàng)實(shí)質(zhì)性的突破，已得到學(xué)術(shù)界同行的肯定與認(rèn)可。本項(xiàng)研究在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上共發(fā)表論文十六篇。 2100433B

化學(xué)反應(yīng)過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程, 在新物質(zhì)生成的同時(shí)伴隨有能量的吸收與釋放 。描述化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的方程組具有很強(qiáng)的非線性, 而非線性問題一般具有多個(gè)穩(wěn)態(tài)解。穩(wěn)態(tài)解是指使系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)的操作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值, 通常有多個(gè), 穩(wěn)態(tài)解不隨時(shí)間的發(fā)展而變化。從數(shù)學(xué)上來看就是復(fù)雜非線性方程組存在的多個(gè)解 。對(duì)于化工過程, 穩(wěn)態(tài)操作是生產(chǎn)中關(guān)注的, 因此 , 求解系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解的分布情況對(duì)于深入理解化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)有重要意義。

研究化工過程多穩(wěn)態(tài)解的工作已有一段時(shí)間, Uppal等最早詳細(xì)研究了全混釜反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)特性 , Balako taiah 等、 袁其朋等、 Xu 等用分岔理 論分析了反應(yīng)器 的多穩(wěn)態(tài)特性 ,等指出反應(yīng)器中存在多穩(wěn)態(tài)解、 周期振蕩現(xiàn)象 。Seider 等在研究多目標(biāo)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法中也提到了多穩(wěn)態(tài)解的現(xiàn)象 。在實(shí)際生產(chǎn)中, 反應(yīng)器的操作條件是可能發(fā)生變化的 , 人為的操作 、 不確定因素的影響都可以改變操作條件。在不同的操作條件參數(shù)下系統(tǒng)有不同的穩(wěn)態(tài)解 。在某些操作條件參數(shù)下系統(tǒng)有多個(gè)穩(wěn)態(tài)解。

本質(zhì)安全是指操作失誤時(shí)，設(shè)備能自動(dòng)保證安全；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)消除，能確保人身和設(shè)備的安全。為使設(shè)備達(dá)到本質(zhì)安全而進(jìn)行的研究、設(shè)計(jì)、改造和采取各種措施的最佳組合稱為本質(zhì)安全化。

設(shè)備是構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)的物質(zhì)系統(tǒng)，由于物質(zhì)系統(tǒng)存在各種危險(xiǎn)與有害因素，為事故的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。要預(yù)防事故發(fā)生，就必須消除物的危險(xiǎn)與有害因素，控制物的不安全狀態(tài)。本質(zhì)安全的設(shè)備具有高度的可靠性和安全性，可以杜絕或減少傷亡事故 ，減少設(shè)備故障，從而提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。本質(zhì)安全化正是建立在以物為中心的事故預(yù)防技術(shù)的理念上，它強(qiáng)調(diào)先進(jìn)技術(shù)手段和物質(zhì)條件在保障安全生產(chǎn)中的重要作用。希望通過運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、特別是安全科學(xué)的成就，從根本上消除能形成事故的主要條件 ；如果暫時(shí)達(dá)不到時(shí)，則采取兩種或兩種以上的安全措施，形成最佳組合的安全體系，達(dá)到最大限度的安全。同時(shí)盡可能采取完善的防護(hù)措施，增強(qiáng)人體對(duì)各種傷害的抵抗能力。設(shè)備本質(zhì)安全化的程度并不是一成不變的，它將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷提高。

從人機(jī)工程理論來說，傷害事故的根本原因是沒有做到人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的本質(zhì)安全化。因此，本質(zhì)安全化要求對(duì)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)作出完善的安全設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)中物的安全性能和質(zhì)量達(dá)到本質(zhì)安全程度。從設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用過程分析，要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì) 安全，可以從三方面入手：

（1）設(shè)計(jì)階段：采用技術(shù)措施來消除危險(xiǎn)，使人不可能接觸或接近危險(xiǎn)區(qū)，如在設(shè)計(jì)中對(duì)齒輪系采用遠(yuǎn)距離潤(rùn)滑或自動(dòng)潤(rùn)滑，即可避免因加潤(rùn)滑油而接近危險(xiǎn)區(qū)。又將危險(xiǎn)區(qū)完全封閉，采用安全裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等，都是設(shè)計(jì)階段應(yīng)該解決的安全措施。

（2）操作階段：建立有計(jì)劃的維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性維修制度；采用故障診斷技術(shù)，對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)督；避免或及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，對(duì)安全裝置進(jìn)行定期檢查，保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài)，提供必要的個(gè)人防護(hù)用品等。

（3）管理措施：指導(dǎo)設(shè)備的安全使用，向用戶及操作人員提供有關(guān)設(shè)備危險(xiǎn)性的資料、安全操作規(guī)程、維修安全手冊(cè)等技術(shù)文件；加強(qiáng)對(duì)操作人員的教育和培訓(xùn)，提高工人發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)和處理緊急情況的能力。

根據(jù)事故致因理論，事故是由于物的不安全狀態(tài) 和人的不安全行為在一定的時(shí)空里的里交叉所致。據(jù)此，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化的基本途徑有：從根本上消除發(fā)生事故的條件（即消除物的不安全狀態(tài)，如替代法、降低固有危險(xiǎn)法、被動(dòng)防護(hù)法等）；設(shè)備能自動(dòng)防止操作失誤和設(shè)備故障（即避免人操作失誤或設(shè)備自身故障所引起的事故，如聯(lián)鎖法、自動(dòng)控制法、保險(xiǎn)法）；通過時(shí)空措施防止物不安全狀態(tài)和人不安全行為的交叉（如密閉法、隔離法、避讓法等）；通過人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的優(yōu)化配置，使系統(tǒng)處于最安全狀態(tài)。

總之，本質(zhì)安全化從控制導(dǎo)致事故和“物源”方面入手，提出防止事故發(fā)生的技術(shù)途徑與方法，對(duì)于從根本上發(fā)現(xiàn)和消除事故與危害的隱患 ，防止誤操作及設(shè)備故障可能發(fā)生傷害具有重要的作用。它貫穿于方案論證、設(shè)計(jì)、基本建設(shè)、生產(chǎn)、科研、技術(shù)改造等一系列過程的諸多方面，是確保安全生產(chǎn)所須遵循的“物的安全原則”2100433B