本書是由中國化學品安全協會組織編寫，與危險化學品特種作業人員安全技術培訓與考核軟件配套的指南性教材。

本書內容包括離心泵及儲罐液位繫統、熱交換繫統、連續反應繫統、間歇反應繫統、透平與往復壓縮繫統、精餾繫統和加熱爐繫統等7種典型繫統，全面涵蓋了化工過程連續與間歇反應、傳質、傳熱、三類主要動設備以及。每一個都給出該繫統的工藝流程、主要危險、危險的控制措施、主要事故及排除方法和開停車規程等，配套的二維碼是相應的開車演示，掃碼即可操作。附錄中配套有各章的思考題。

配套的仿真軟件操作畫面通用性強，使用簡捷，可自動評分、自動提示、自動查詢，便於自學，便於大批量學員的培訓與考核。

本書適用於本科和職業教育化工、石油化工、煉油等相關專業的實踐教學，也適用於化工、石油化工、煉油等企業訓練操作人員。

章  緒   論  / 1

一、特種作業實際操作培訓及考核內容 1

二、特種作業實際操作考核方法要點 2

三、特種作業實際操作培訓與考核軟件特點 3



第二章  仿真實操軟件界面操作方法及操作要點  / 5

一、仿真實操軟件操作方法 5

二、化工過程操作要點 18

三、控制繫統操作要點 26



第三章  離心泵及儲罐液位繫統  / 28

一、工藝說明 28

二、離心泵冷態開車 31

三、離心泵停車操作 32

四、測取離心泵特性曲線（不在考核範圍內） 32

五、事故設置及排除 33

六、開車評分信息 34

七、開車評分標準 35

八、安全關注點 35



第四章  熱交換繫統  / 37

一、工藝及控制說明 37

二、開車操作法 39

三、停車操作法 40

四、事故設置及排除 40

五、開車評分信息 41

六、開車評分標準 42

七、安全關注點 42



第五章  連續反應繫統  / 44

一、工藝流程簡介 44

二、主要畫面說明 45

三、連續反應過程特性簡述 47

四、工藝操作說明 48

五、事故設置及排除 50

六、開車評分信息 51

七、開車評分標準 52

八、安全關注點 52



第六章  間歇反應繫統  / 54

一、工藝流程簡介 54

二、流程圖說明 55

三、操作說明（僅列出考核操作說明） 60

四、事故設置及排除 61

五、開車評分信息 62

六、開車評分標準 64

七、安全關注點 65



第七章  加熱爐繫統  / 67

一、工藝流程簡介 67

二、流程圖說明 70

三、操作說明 72

四、事故設置及排除 74

五、開車評分信息 75

六、開車評分標準 76

七、安全關注點 76



第八章  精餾繫統  / 78

一、工藝流程簡介 78

二、流程圖說明 79

三、精餾自動控制繫統簡介 80

四、指示與控制儀表說明 82

五、操作說明 83

六、事故設置及排除（化工控制與儀表專業不考核） 86

七、開車評分信息 86

八、開車評分標準 88

九、安全關注點 89



第九章  透平與往復壓縮繫統  / 91

一、工藝流程簡介 91

二、流程圖及說明 92

三、操作說明 94

四、事故設置及排除 96

五、開車評分信息 97

六、開車評分標準 98

七、安全關注點 99



第十章  操作規程HAZOP分析  / 101

一、制定安全操作規程，減少人為因素的風險 101

二、操作規程HAZOP分析的步驟 106

三、操作規程HAZOP分析的要點 109

四、操作規程HAZOP分析案例 110



第十一章  人工智能專家繫統AI3使用說明  / 111

一、AI3概述 111

二、AI3基本畫面和圖形化操作方法 114

三、推理 127

四、AI3知識圖譜建模要點 138



附錄  / 143

附錄一  事故排除評分要點 143

附錄二  冷態開車要點 149

附錄三  思考題 152

附錄四  TZZY典型位號序列表 157



參考文獻  / 161

危險化學品安全作業是原國家安全生產監督管理總局（國家應急管理部）令第30號《特種作業人員安全技術培訓考核管理規定》所規定的特種作業。化工安全作業包括光氣及光氣化、氯堿電解、氯化、硝化、合成氨、裂解（裂化）、氟化、加氫、重氮化、氧化、過氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化、偶氮化、新型煤化工、電石生產工藝等18種，以及化工自動化控制儀表作業。

基於計算機仿真技術開發的危化品特種作業人員培訓及考核軟件繫統，能夠對危險化工工藝的真實場景進行全工況模擬。即對典型危化生產裝置（）進行開車、停車和事故排除操作，還能夠實現流程監控、交互操作、大量化工危險工況模擬以及實時的安全信息查詢。培訓與考核繫統具備實操水平的自動評分功能，可以滿足培訓考核需求。

遵照原國家安全生產監督管理總局令第30號，實施危化品特種作業人員的培訓、考核及發證工作，是一項既有很高專業技術含量，又需要具備高度可行性的任務，必須充分考慮我國危化從業人員實際操作技術水平的現狀，以創新的思想開發一套具有我國特色的行之有效的培訓與考核方法。

其基本原則是：大量危化從業人員在短期培訓後，多數人能夠獲得基本從業資格的“入門證”。因此，考核內容必須普遍適用、操作方法通用性強並且高度精簡；安全操作重點內容必須突出；需要強化“安全防線提前”的國際共識原則，即培訓與考核提前制止事故發生的實際操控能力，因此，本書統稱為事故排除，而不用事故處理。嚴格地說，是把重點放在將事故排除在非正常工況階段，而不是事故已經發生後的處理階段。或者說，把人的因素從事故原因轉化為一種有效的“安全措施”。這也正是仿真繫統的強項。仿真繫統應當是具有配合培訓與考核專用功能、操作畫面通用性強、便於使用、自動提示、自動查詢、便於自學等功能的軟件，並且提供詳細的指導書和配套教材。為了適應大批量危化從業人員的培訓和考核，軟件應當是基於計算機網絡自動考試、自動評分、自動“流水”化運行的無人管理繫統。

本書內容主要包括離心泵與儲罐液位繫統、熱交換繫統、間歇反應繫統、連續反應繫統、透平與往復壓縮繫統、精餾繫統和加熱爐等7種典型繫統。每一個都給出該繫統的工藝流程介紹、主要危險、危險的控制措施、主要事故及排除方法和開停車規程等。同時給出了配套軟件的操作畫面和操作方法，配套的二維碼是相應的開車演示，掃碼即可操作。書中詳細介紹了如何使用以上7個，針對17類特種作業實施安全操作培訓和資格考核的方法，給出了詳細的評分標準。此外，本書還介紹了與安全操作密切相關的安全關注點、化工操作要點以及操作規程的危險與可操作性分析方法。配套仿真軟件具有操作畫面通用性強、使用簡捷、自動評分、自動提示、自動查詢、便於自學、便於大批量學員的培訓與考核等功能。

本書作者按照特邀專家提出的安全實際操作具體要求，研發了配套軟件的全部動態數學模型。為了高逼真度地模擬化工過程全工況動態特性，本繫統的數學模型考慮了如下幾個重要方面：動態模型能反映被仿真裝置的實際狀態，能反映繫統物料和能量的變化與傳遞的定量關繫，以及化學反應動力學特性；過程控制繫統模型與實際工業控制繫統完全一致；為了適應考核的時限，總體加快了繫統時間常數；動態模型的求解速度達到了實時性，同時能夠滿足求解精度。以上技術進展確保了數學模型對化工過程全工況的準確模擬，這是培訓與考核數學模型的精髓所在。

自2015年以來，通過實施本套仿真培訓與考核繫統的試點工作，出現了三個主要困難問題：

個問題是：我國中小型危化企業為數眾多的操作人員實際操作水平較低，缺乏事故的識別、分析、決策和正確應對能力，幾乎都沒有接受過仿真培訓。因此立即要求他們通過仿真考核不現實，也不是30號令的本意。還是需要先培訓，達到一定能力和熟練度後再考核，纔會真正有效果。

第二個問題是：傳統的仿真培訓繫統培訓功能不足，特別缺乏訓練操作工識別事故、分析事故、準確決策和正確行動的功能，亟需創新仿真培訓方法和技術。

第三個問題是：對於國有大型石化企業，仿真培訓已經比較普及，操作工的經驗和素質比較高，簡單的仿真考核不足以激發廣大一線操作人員繼續提高應對大型裝置復雜危險工況的積極性。據了解，發達國家的有經驗的操作工包括軍事作戰人員更青睞先進的智能化仿真培訓，可以挑戰他們的經驗和不足。

人工智能技術與仿真培訓技術融合，能大大提高仿真訓練的質量和效率，能將安全分析、準確決策與能力訓練有機結合起來，能將集體智慧、頭腦風暴完成的危險與可操作性分析（HAZOP）評價信息完整地、詳細地和高效地保有、查詢、傳承、拓展和經驗共享，能實現裝置危險傳播路徑的深度挖掘，是一種理想的個性化、公平化和終身化教學訓練技術。歷經30多年研究開發，我們解決了過程知識的定性建模（化工過程知識圖譜全譜）和自主知識產權高效多功能“推理引擎”兩大關鍵技術。運用國產化人工智能技術，成功完成了兩項863國家高科技產業化項目。智能HAZOP分析軟件CAH已經實現了產業化大規模工業應用。在此基礎上，作者將仿真培訓軟件TZZY與智能實時HAZOP分析軟件AI3有機結合，集成為一個智能仿真培訓軟件平臺AI3-TZZY，實現了過程運行管理人員、安全監管人員和操作工人安全操作知識、能力和熟練度訓練方法的創新。

從目前教學知識結構上分析，化工職業教學包括大學教學缺乏的“過程運行學”內容，大部分學生畢業後是從事“過程運行”職業，而不是設計研究職業。另外，數學教學缺乏定性建模和定性推理內容，這恰恰是利用數學工具分析問題解決問題、人工智能“反事實因果推理”和可解釋的人工智能（XAI）的核心與基礎。因此，化工職業和本科教學知識結構亟待擴展。AI3-TZZY智能仿真軟件為“過程運行學”、定性數學和人工智能應用教學提供了一種不可或缺的理論教材與生動的實踐環節。

我們將在推廣應用中繼續完善和改進這套智能型仿真培訓軟件質量，為提高我國危險化學品安全和特種作業人員的技能水平而不懈努力。



吳重光

2020年1月