智能型危化品安全与特种作业仿真培训指南

危险化学品安全作业是原国家安全生产监督管理总局（国家应急管理部）令第30号《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》所规定的特种作业。化工安全作业包括光气及光气化、氯碱电解、氯化、硝化、合成氨、裂解（裂化）、氟化、加氢、重氮化、氧化、过氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化、偶氮化、新型煤化工、电石生产工艺等18种，以及化工自动化控制仪表作业。

基于计算机仿真技术开发的危化品特种作业人员培训及考核软件系统，能够对危险化工工艺的真实场景进行全工况模拟。即对典型危化生产装置（操作单元）进行开车、停车和事故排除操作，还能够实现流程监控、交互操作、大量化工危险工况模拟以及实时的安全信息查询。培训与考核系统具备实操水平的自动评分功能，可以满足培训考核需求。

遵照原国家安全生产监督管理总局令第30号，实施危化品特种作业人员的培训、考核及发证工作，是一项既有很高专业技术含量，又需要具备高度可行性的任务，必须充分考虑我国危化从业人员实际操作技术水平的现状，以创新的思想开发一套具有我国特色的行之有效的培训与考核方法。

其基本原则是：大量危化从业人员在短期培训后，多数人能够获得基本从业资格的“入门证”。因此，考核内容必须普遍适用、操作方法通用性强并且高度精简；安全操作重点内容必须突出；需要强化“安全防线提前”的国际共识原则，即培训与考核提前制止事故发生的实际操控能力，因此，本书统称为事故排除，而不用事故处理。严格地说，是把重点放在将事故排除在非正常工况阶段，而不是事故已经发生后的处理阶段。或者说，把人的因素从事故原因转化为一种有效的“安全措施”。这也正是仿真系统的强项。仿真系统应当是具有配合培训与考核专用功能、操作画面通用性强、便于使用、自动提示、自动查询、便于自学等功能的软件，并且提供详细的指导书和配套教材。为了适应大批量危化从业人员的培训和考核，软件应当是基于计算机网络自动考试、自动评分、自动“流水”化运行的无人管理系统。

本书内容主要包括离心泵与储罐液位系统、热交换系统、间歇反应系统、连续反应系统、透平与往复压缩系统、精馏系统和加热炉等7种典型化工单元系统。每一个操作单元都给出该系统的工艺流程介绍、主要危险、危险的控制措施、主要事故及排除方法和开停车规程等。同时给出了配套软件的操作画面和操作方法，配套的二维码是相应的开车演示，扫码即可操作。书中详细介绍了如何使用以上7个典型单元，针对17类特种作业实施安全操作培训和资格考核的方法，给出了详细的评分标准。此外，本书还介绍了与安全操作密切相关的安全关注点、化工操作要点以及操作规程的危险与可操作性分析方法。配套仿真软件具有操作画面通用性强、使用简捷、自动评分、自动提示、自动查询、便于自学、便于大批量学员的培训与考核等功能。

本书作者按照特邀专家提出的安全实际操作具体要求，研发了配套软件的全部动态数学模型。为了高逼真度地模拟化工过程全工况动态特性，本系统的数学模型考虑了如下几个重要方面：动态模型能反映被仿真装置的实际状态，能反映系统物料和能量的变化与传递的定量关系，以及化学反应动力学特性；过程控制系统模型与实际工业控制系统完全一致；为了适应考核的时限，总体加快了系统时间常数；动态模型的求解速度达到了实时性，同时能够满足求解精度。以上技术进展确保了数学模型对化工过程全工况的准确模拟，这是培训与考核数学模型的精髓所在。

自2015年以来，通过实施本套仿真培训与考核系统的试点工作，出现了三个主要困难问题：

*个问题是：我国中小型危化企业为数众多的操作人员实际操作水平较低，缺乏事故的识别、分析、决策和正确应对能力，几乎都没有接受过仿真培训。因此立即要求他们通过仿真考核不现实，也不是30号令的本意。还是需要先培训，达到一定能力和熟练度后再考核，才会真正有效果。

第二个问题是：传统的仿真培训系统培训功能不足，特别缺乏训练操作工识别事故、分析事故、准确决策和正确行动的功能，亟需创新仿真培训方法和技术。

第三个问题是：对于国有大型石化企业，仿真培训已经比较普及，操作工的经验和素质比较高，简单的仿真考核不足以激发广大一线操作人员继续提高应对大型装置复杂危险工况的积极性。据了解，发达国家的有经验的操作工包括军事作战人员更青睐先进的智能化仿真培训，可以挑战他们的经验和不足。

人工智能技术与仿真培训技术融合，能大大提高仿真训练的质量和效率，能将安全分析、准确决策与能力训练有机结合起来，能将集体智慧、头脑风暴完成的危险与可操作性分析（HAZOP）评价信息完整地、详细地和高效地保有、查询、传承、拓展和经验共享，能实现装置危险传播路径的深度挖掘，是一种理想的个性化、公平化和终身化教学训练技术。历经30多年研究开发，我们解决了过程知识的定性建模（化工过程知识图谱全谱）和自主知识产权高效多功能“推理引擎”两大关键技术。运用国产化人工智能技术，成功完成了两项863国家高科技产业化项目。智能HAZOP分析软件CAH已经实现了产业化大规模工业应用。在此基础上，作者将仿真培训软件TZZY与智能实时HAZOP分析软件AI3有机结合，集成为一个智能仿真培训软件平台AI3-TZZY，实现了过程运行管理人员、安全监管人员和操作工人安全操作知识、能力和熟练度训练方法的创新。

从目前教学知识结构上分析，化工职业教学包括大学教学缺乏的“过程运行学”内容，大部分学生毕业后是从事“过程运行”职业，而不是设计研究职业。另外，数学教学缺乏定性建模和定性推理内容，这恰恰是利用数学工具分析问题解决问题、人工智能“反事实因果推理”和可解释的人工智能（XAI）的核心与基础。因此，化工职业和本科教学知识结构亟待扩展。AI3-TZZY智能仿真软件为“过程运行学”、定性数学和人工智能应用教学提供了一种不可或缺的理论教材与生动的实践环节。

我们将在推广应用中继续完善和改进这套智能型仿真培训软件质量，为提高我国危险化学品安全和特种作业人员的技能水平而不懈努力。

　　

吴重光

2020年1月

　　

本书是由中国化学品安全协会组织编写，与危险化学品特种作业人员安全技术培训与考核软件配套的指南性教材。

本书内容包括离心泵及储罐液位系统、热交换系统、连续反应系统、间歇反应系统、透平与往复压缩系统、精馏系统和加热炉系统等7种典型化工单元系统，全面涵盖了化工过程连续与间歇反应、传质、传热、三类主要动设备以及加热单元。每一个操作单元都给出该系统的工艺流程、主要危险、危险的控制措施、主要事故及排除方法和开停车规程等，配套的二维码是相应的开车演示，扫码即可操作。附录中配套有各章的思考题。

配套的仿真软件操作画面通用性强，使用简捷，可自动评分、自动提示、自动查询，便于自学，便于大批量学员的培训与考核。

本书适用于本科和职业教育化工、石油化工、炼油等相关专业的实践教学，也适用于化工、石油化工、炼油等企业训练操作人员。