油气行业作业人员不安全行为智能预警方法探讨

油气行业涉及领域广,从业人员在作业过程中通常面临复杂的生产工艺、恶劣的工作环境及高强度的工作状态等,油气行业事故发生率常年居高不下,其中人为失误等事故原因所占比例超过70%。实现油气行业作业人员不安全行为的智能预警,对于减少油气行业事故的发生具有重要意义。油气行业作业人员的不安全行为主要包括错误行为与安全隐患行为。针对作业人员的不安全行为识别和预警,目前主要采用人员检查、事后分析及视频监控等方法,但是上述方法分别存在无法实时识别作业人员的错误行为,无法识别和预警作业人员的安全隐患行为等。视线追踪技术是通过捕捉作业人员的注视点与注视时间的变化过程,从而判断作业人员当前工作状态的一项技术。该技术具有反应灵敏、准确度高、无死角与可穿戴等特点,在医疗健康、交通安全、心理学等领域均已有较好的应用。利用视线追踪技术在人员状态监测等方面的优势,将其引入到油气行业作业人员不安全行为的识别或预警方法研究,用以探讨在该领域实现作业人员不安全行为智能预警的可行性。

基于支持向量机的油气生产复杂系统信息物理攻击识别方法

在数据驱动的复杂油气生产系统中,存在故障数据干扰攻击识别的问题,忽视系统内部可能存在的故障数据对攻击检测的影响,则难以及时防御攻击或解决故障。因此,为了提高复杂油气生产系统中信息物理攻击检测的准确性,提出了一种基于支持向量机的无向图联合检测方法。首先,对复杂油气生产系统中的关键传感器拓扑化形成无向图,建立传感器之间的连接关系并捕捉数据交互。然后,利用支持向量机检测传感器系统异常原因,并选择接收站低压泵及接收站储罐系统作为示例验证,前者的准确率、精确度、召回率和F1分数均高于99%,后者F1分数高于99%,其余均高于97%。与传统方法K均值聚类相比,本方法具有更高的准确性、鲁棒性和完整性,有助于防范攻击和生产事故,保障油气生产系统的安全。

基于系统论事故分析模型的油气智慧管道系统信息物理风险辨识

为了辨识油气智慧管道系统中存在的信息安全风险,通过基于系统论事故分析模型(systems-theoretic accident modeling and process,STAMP)的方法,对油气智慧管道系统的信息物理安全进行全面评估与分析。首先,系统综合分析了油气智慧管道涉及的设备、设施、工艺、元件,评估其安全性。其次,通过建立STAMP模型,深入分析了各层级、元件之间的反馈信息与控制动作,形成了明确的控制反馈回路,突显了元件之间的关联与控制关系。在此基础上,系统辨识出了潜在的信息风险因素,推导并构建了可能发生的系统失效场景。以天然气输气首站油气智慧管道系统为例,研究验证了基于STAMP模型的可行性和有效性。结果显示,该方法不仅直观地描述了元件之间的关联与控制关系,而且从物理层功能安全的角度全面考虑了信息风险,特别凸显了过程控制系统(process control systems,PCS)及易受攻击的操作员站。与传统方法相比,本研究所提出的方法将信息物理安全风险因素的识别率提升至80%以上,提高了40%以上,有助于避免不必要的安全措施冗余设计,提高了安全风险管控的准确性。

气象灾害下的油气站场设备脆弱节点辨识方法

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站场及其附近时可能会对相关设施造成破坏,导致站场处于异常工况中运行,甚至引发事故。常见的石油及相关液态加工产品的储运站场,介质除本身具有易燃易爆特性外,一般还具有一定的挥发性,易形成可燃气体云团。天然气站场常伴随高压运行条件,站场一旦出现异常工况或事故会使厂区内部工作人员的生命安全及周边环境都承受较大风险。气象灾害往往难以避免,但可以通过有针对性地增加安全措施加强站场在气象灾害条件下的稳定性,降低气象灾害带来的风险。为了达到上述目的,综合考虑油气站场的设备在遇到暴雨、雷暴等气象灾害时,更容易发生油气泄漏、爆炸等事故的情况,本文根据气象灾害发生场景,及相关场景下可能发生的灾害演化路径提出了一种定量的脆弱节点辨识方法。面对不同的环境风险,现有方法对于站场设备脆弱节点辨识缺乏精细度与准确度,错误辨识脆弱节节点不仅会导致防护过程中人力物力的浪费,更可能导致储罐管道的泄漏,甚至引发爆炸。本文对重力模型进行改进,结合鲁汶算法,提出基于社团分析模型的设备脆弱节点辨识方法。通过实验分析,得到暴雨天气、雷暴天气下的脆弱节点,并利用提出模型对历史案例进行分析,得到结果与实际调查情况较为吻合。相较于其他分析方法,社团分析模型精细度提高了10%以上,分析结果准确率提高了10%以上,召回率提高了14%以上。实验结果表明,本文所提方法可以实现多种极端天气下的脆弱节点辨识,且能对节点进行更精准的定位。

基于多源数据的城市社区燃气管道突发事件风险分析

随着社区燃气管道的大量铺设,燃气管网安全性问题日益突出,一旦燃气管道遭到破坏或泄漏,不仅会对人民群众的生命及财产安全造成严重的威胁,也会给城市的应急资源布局带来考验。为了探析城市社区燃气管道突发事件风险的空间特征并提出城市应急资源优化方案,首先,基于北京市POI数据,在ArcGIS软件中基于频数密度算法划分城市功能区,得出北京市功能区的分布图;然后,基于POI数据和NPP/VIIRS数据,选用SAVEE模型分别进行风险分析,再使用迭加模型,在赋予两类数据权重的前提下,汇总成基于多源数据的北京市社区燃气管道突发事件风险综合评价图;最后,基于区位-配置模型的3个不同维度提出优化方案并汇总。结果表明:短期内新建19个消防站较为合理,可将住宅小区覆盖率提高至98.76%,长期内新建24个消防站较为合理,可将住宅小区覆盖率提高至99.84%。

基于学生眼动数据的线上教学课件学习效果分析及优化

随着线上教学资源的日渐丰富以及特殊的学习环境要求,直播、录播课教学发展迅猛,有别于传统线下教学师生面对面授课,线上教学环境嘈杂,学生注意力易被分散。为提高高校学生线上学习效率,通过合理科学的线上教学课件“图、文、公式、标题”排版,优化教师线上教学课件。利用桌面眼动仪和录制的教学视频模拟学生线上学习环境,追踪实验对象观看教学课件时的眼动,分析眼动行为,获取眼动数据,并对实验对象在线上教学后的一小时和一周的两个时间节点进行学习内容测试,从学习理解深度、学习记忆深度以及学习应用能力等三个方面评价学生在不同设计课件下的学习效率,利用评价结果与课件设计要素的配对t检验获取最优的线上教学课件设计方案。

深部地下空间储能安全与应急保障技术现状与发展趋势

伴随“三深引领”的科技攻关目标,我国油气资源勘探正由浅表地层向深部地层进发,千米级深部地下工程建设已成常态。随着深地工程的探索,枯竭油气藏、盐穴、采空区等可利用的深部地下空间涌现,深部地下空间在大规模能源储存利用上已被证明具有储量大、分布广、安全性高、经济成本低和环境友好等优势,深部地下空间工业化储能应用是优化我国能源储存结构、保障国家能源储存战略需求的有力手段。然而,我国对深部地下空间储能安全与应急保障技术研究起步较晚,目前常用的地面油气储存手段受限于地理环境、工程建设以及运输方式等条件,同时地面油气储备库事故存在致因因素复杂、关联性强、受灾波及范围广等安全难题,深部地下空间能源安全储存迫在眉睫。当下我国对深部地下空间储能的利用聚焦于枯竭油气藏的再开发,现有的深地安全保障技术落后于深地储能基础设施安全保障的现实需求。因此,本文系统性总结了深地储气、储氢、碳封存以及压缩空气蓄能等深地储能技术研究现状,以能源行业绿色转型兼备战略能源安全储存为目标,强调能源储存、碳封存以及资源深度开采的三位一体,提出了深地空间储能利用双碳循环架构。同时系统性辨识了深地储能设备设施面临的风险,涵盖深地储能设计期、施工期、运行期和废弃期的全生命周期,揭示我国深地储能安全与应急保障技术发展需求、发展难点,构建了深地储能全生命周期安全与应急保障技术框架,提出我国2024—2050年期间深部地下空间储能安全与应急保障技术发展建议,为完善我国深部地下空间储能安全与应急保障技术体系提供参考。

基于C-FRAM的油气藏型地下储气库设计期关键风险因素辨识方法

油气藏型地下储气库设计工作围绕运营阶段的功能实现与建设阶段的相应改增建任务开展,前期的储气库设计偏差可能会对储气库建设乃至投产运营产生深远的影响。功能共振分析方法(FRAM)主要用于分析扰动在系统中的传播路径。由于储气库设计期需要综合的信息繁多、跨度广泛,为考虑在复杂网络中各功能模块的影响力,首先针对储气库设计期功能的特点提出一种考虑功能模块中心性的系统功能共振分析方法(C-FRAM),然后以重庆相国寺储气库为例开展案例分析,最后提出对设计期储气库的规模部署与下游供应调峰需求、地质实施方案、老井利用等方面的建议。结果表明:引入功能模块系统中心性有助于修正储气库设计期关键风险因素排序。

基于RM-K-means的储气库全生命周期风险量化分级评估方法

为保障地下储气库安全运行,发挥储气库在季节调峰和应急供气以及战略储备方面的重要作用,需对储气库密封、地面设施、井筒等风险展开分析,涉及设计、施工、运营全生命周期。传统风险评估方法中,风险矩阵法运用广泛,但存在主观性较强、风险等级界定模糊的问题。因此,提出基于风险矩阵-K均值法(risk matrix-K-means,RM-K-means)的储气库风险量化分级评估方法,引入复杂网络节点重要度,以重庆相国寺气藏型储气库为例,通过K-means聚类算法辅助风险矩阵对全生命周期风险进行量化分级评估。结果表明,储气库设计期需重点关注组织管理,施工期需重点关注施工技术方案与人员的专业素质,运营期需重点关注设备完整性与运行工况。较传统风险矩阵法而言,基于RM-K-means的方法对于高风险的分级能力提升100%,对低风险的分级能力提升62.3%,提高了风险评估的符合性,为风险矩阵提供量化数据支撑,为储气库全生命周期风险管理与事故预防提供辅助支持。

特殊螺纹油管密封面相控阵超声图像特征分析

特殊螺纹油管密封面的接触状况对密封性能有重要影响。超声反射幅值应力技术仅依靠反射系数单一参数,难以全面评估密封面不同接触状况。为此,通过采集不同扭矩及无螺纹脂情况下油管密封面相控阵超声图像,提取图像的纹理特征,分析纹理特征参数与不同接触状况下的定性及定量关系。研究结果表明:随着油管扭矩的增大,超声图像灰度均值、灰度方差及偏度均减小;油管密封面超声图像灰度共生矩阵对比度,随着油管扭矩的增大,在45°、90°及135°方向上呈线性减小;在0°方向上不含螺纹脂的超声图像是同扭矩下含螺纹脂对比度的2.19倍;油管密封面超声图像灰度共生矩阵熵值,随着油管扭矩的增加,在0°、45°、90°及135°方向上呈线性减小。研究结果可为油管密封面不同接触状况下超声检测图像定性及定量表征提供数据支撑。

城市地下燃气管线系统定量风险评估

随着快速的城市化进程,地下管线系统越来越复杂,地下管线系统的风险显著增加。中国地下燃气管线事故数量较多,而且其事故造成的伤亡后果远远高于其他地下管线。其他地下管线在运行过程中对地下燃气管线系统造成的风险也受到燃气领域人员的关注。为了对地下管线系统进行定性、定量和系统的风险评估,综合STAMP和BN两种系统分析方法建立STAMP-BN模型,基于STAMP模型识别系统风险和因果因素,基于STAMP结果和安全控制结构,采用BN建模进行定量风险评估。应用建立的STAMP-BN模型进行地下管线系统风险评估,结果表明造成地下燃气管线泄漏的主要中间原因是三方公司的动土作业,并揭示了第三方公司和燃气公司脆弱的根本原因。可见加强第三方公司运营层协调和燃气公司协调安排、事件应急、对其他地下管线造成的慢性危害识别方面的能力是消减风险的关键。

地下储气库应急响应优化方法:基于智能体协同响应建模语言

地下储气库作为调节天然气供需、优化气源配置和保障供气安全的重要设施。传统的储气库应急响应机制常常依赖于各应急机构的经验和判断,缺乏一个系统化、科学化的决策支持方法来确保信息在应急过程中的高效传递,实现应急响应方案的最大收益。对此,提出了一种储气库应急响应优化方法,采用智能体协同响应建模语言,构建了储气库应急响应模型,提出了一种基于深度优先搜索策略的应急响应方案处置收益计算方法,利用收益率作为应急协同方案的鲁棒性指标,确定最优协同响应方案。最后以重庆相国寺储气库应急流程为例开展案例分析,结果表明,相比于原应急方案,最优协同响应方案的响应结束耗时减少38.4%,收益率提高26.61%。结合优化算法后的协同响应方案在缩短耗时、提高处置收益方面效果明显。

基于IRML-STAMP的舰船加油系统风险因素识别方法

为研究舰船加油系统遭受外界干扰后的系统功能状态变化情况和系统自身恢复能力,基于IRML-STAMP方法对舰船加油系统风险因素进行识别,定量评估舰船加油系统动态弹性,并与基于传统STAMP方法的评估结果进行比较。结果表明:利用基于IRML-STAMP的舰船加油系统风险因素识别方法可以精确找出失效后导致舰船加油系统动态弹性损失最多的STAMP模型的关键节点;以舰船加油系统加油作业设定故障场景为例,压力表等仪表是该系统的关键节点,压力表等仪表故障中断后,系统动态弹性大幅下降0.161;当故障传播路径中不包含关键节点时,系统动态弹性最大,当干扰出现在关键节点时,系统动态弹性最小,差值为0.101;与传统STAMP方法相比,IRML-STAMP方法评估结果可以准确定位系统风险,提高系统动态弹性。该研究结果可以帮助提高舰船加油系统的抗干扰性,对现场舰船加油系统的风险因素识别具有指导意义。

储气库站场天然气泄漏及火灾事故应急知识图谱构建

针对消防、应急处置过程中快速进行决策支持和方案制定的难点,提出储气库站场天然气泄漏及火灾事故的应急模型,该模型应用知识图谱作为风险表征手段,利用双向编码表示转换器(BERT)和双向长短时记忆模型条件随机场算法(BiLSTM-CRF),实现对文本信息的实体识别和关系抽取。利用Neo4j图数据库构建储气库站场天然气泄漏及火灾事故的应急知识图谱。结果表明:相较于传统的应急处置、消防策略研究方法,本文提出的储气库站场天然气泄漏及火灾事故应急模型不仅可以实现对储气库站场天然气泄漏及火灾事故的早期应急处置,还能够识别事故的风险传播路径,为消防应急指挥和应急决策提供支持。

基于STAMP的社区燃气管道事故应急疏散过程中安全隐患识别方法

燃气作为一种高效能源已得到迅速普及,燃气管网敷设走进千家万户,但社区燃气管道事故时有发生,给人民的生命和财产造成危害。为对社区燃气管道事故发生后应急疏散过程中存在的安全隐患进行识别,通过对社区燃气管道事故应急疏散过程进行分析,提出一种基于系统理论事故模型及过程(STAMP)方法的社区燃气管道事故应急疏散过程中安全隐患的识别方法,该方法按照明确社区燃气管道事故应急疏散过程及影响因素、分析系统事故安全性、识别系统安全约束、确定安全控制结构、识别潜在控制缺陷和安全隐患5个步骤识别社区燃气管道事故应急疏散过程中的安全隐患,并通过对北京市不同类型的社区和历史事故案例的调研,利用该方法对不同类型社区燃气管道事故应急疏散过程中存在的安全隐患进行了识别。结果表明:老旧社区安全隐患主要与设施不齐全、装置老旧、居民年龄偏高有关;新型商品住宅区安全隐患主要为高层疏散困难、人口密度偏大;历史事故案例中社区燃气管道事故应急疏散过程的安全隐患主要为爆炸产生的冲击波严重、事故发生时间正值假期清晨人口密度偏大。

基于STAMP模型的掺氢输送放空系统风险分析

随着掺氢运输迅猛发展,原有的放空系统又产生了新的安全隐患和风险因素。为了保障掺氢管道放空作业时设备和人员的安全,本文基于事故分析模型,通过分析掺氢管道的放空流程,确定放空系统失效事故的安全约束条件,建立放空作业控制与反馈模型,识别控制模型中潜在的不安全控制行为,确定不同的不安全控制行为产生的风险及对应的安全约束,对掺氢管道的风险性进行分析研究,提高掺氢管道放空作业的安全性。

油气行业应急预案诊断概念的多重含义与研究现状

应急预案是应对突发事件的重要抓手,为提升突发事件的应急响应速度,增强突发事件的应对能力,着力防范化解重大安全风险,需形成较规范的预案诊断描述方式。通过归纳总结,发现目前油气行业应急预案在修订与实行过程中存在的问题主要有突发事件覆盖面不足、任务可操作性较差、预案内容碎片化和处置协同失灵4大类;针对当前研究现状的科学问题进行提炼,借鉴机械、医学、心理学领域对于诊断的研究和实践,提出了油气行业应急预案诊断这一新术语和概念;分别从方案选择准确性、处置任务符合性、处置流程时效性和预案可靠性4个方面出发,分析应急预案诊断的不同含义;最后,建议在未来研究中,可考虑针对具体生产场景下的风险与应急处置特性,如建立适用于各类油气生产场景下的应急案例知识框架、处置流程优化表示方法等,开展应急预案诊断方法研究与诊断结果改进的应用。

油气智慧管道“端+云+大数据”跨域“信息物理”安全保障技术现状及发展趋势

5G与工业互联网建设融合加速油气智慧管道建设发展,油气智慧管道“端+云+大数据”框架高度集成、数据统一、智能决策等优势降低了油气管道的管理成本,优化了管理人员风险决策,避免了人员误操作等风险。然而在大数据与人工智能背景下,来自外界的信息安全威胁逐日增加,全球工业控制系统高危漏洞不断攀升,油气智慧管道“信息物理”耦合环境除面临传统物理安全威胁外还需应对新型、复杂的“信息物理”跨域攻击。我国对油气智慧管道“端+云+大数据”跨域“信息物理”安全保障技术研究起步较晚,落后于油气生产基础设施安全保障的现实需求。系统性辨识了油气智慧管道在物理端、信息端、云计算、云平台、大数据等方面的安全威胁,并针对各方面安全保障技术现状进行了总结。面对新型攻击模式和信息攻击跨域传播对油气智慧管道的安全威胁,提出了油气智慧管道“信息物理”安全保障技术发展需求、发展难点和发展建议,为完善我国油气智慧管道跨域“信息物理”安全保障技术体系提供参考。

基于谐波小波分析的管道小泄漏诊断方法

在长输管道泄漏诊断过程中,复杂噪声背景下的管道小泄漏信号往往难以检测,更无法准确提取小泄漏负压波信号拐点进行泄漏点定位,为此提出基于谐波小波分析技术的小泄漏信号识别与负压波拐点准确提取方法。介绍了谐波小波分析的基本原理及其快速算法,利用谐波小波时频图、时频等高线图以及时频剖面图挖掘管道泄漏敏感特征,准确提取负压波拐点,实现了对长输管线小泄漏的故障诊断。现场采集复杂噪声背景下的输油管道小泄漏信号,分别采用Daubechies小波与谐波小波进行分析对比。试验结果表明,谐波小波泄漏检测法在噪声干扰下对小泄漏信号识别的准确率较高,为长输管道安全输送提供了可靠的保障。

炼化装置故障链式效应定量安全预警方法

炼化装置故障及其故障链式效应对油气生产和人民生命安全所造成的危害严重。从故障链角度进行事故风险研究,提出炼化装置故障链式效应定量安全预警方法。首先分析炼化装置故障链式关系结构,基于目标树成功树-动态主逻辑图(GTST-DMLD)建立其故障链式效应关系模型,揭示炼化装置故障链式效应行为规律和关联本质,从而评价装置异常工况下的安全状态。进一步以马尔可夫过程为理论基础,建立故障链式效应预测模型,预测故障传播的后果和方向,并计算各后果的发生概率,为现场操作人员进行主动维修或应急处置提供依据。案例分析中通过对某化工厂常压塔装置、减压炉装置为研究对象进行应用与验证,结果表明该方法可以准确地对系统故障发生后的状态进行评价和预测,方法有效、可行,便于操作人员在处置已有故障的同时,注意预防其他异常工况的发生,降低油气生产加工过程中的整体风险。