喷嘴气化炉仿真培训系统项目.docx
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喷嘴气化炉仿真培训系统项目
喷嘴气化炉仿真培训系统项目
建
设
情
况
汇
报
水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心
二OO九年四月
目录
一：
项目概述
二：
项目建设情况汇报
1、项目提出的背景
2、研究开发内容
3、主要经济技术指标及项目最终目标
4、项目实施技术路线及过程
5、关键技术及创新点
6、各种分析及论证报告
7、项目实施进度
8、经费支出情况
9、项目组人员情况
三、结论
一、项目概述
1、总论
近年来，随着水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心4喷嘴气化炉技术的对外推广，被推广的单位需要通过仿真技术安全廉价的获取操作的经验，仿真培训作为一个收费业务提供给这些单位。
其次，兖矿鲁化的生产操作的自动化程度不断得到提高，企业的主要生产装置气化炉均采用了集散控制系统（DCS）作为自动控制的平台。
由于企业正处在快速发展的非常时期，新上项目特别集中，相关操作人员及专业技术人员对新技术的掌握，经验的积累，操作的熟练程度，都需要有一个过程；第三，在近几年的时间内，兖矿鲁化向集团公司输出了1600多名员工，绝大部分是技术骨干，使鲁化出现了一定程度的人才困难期，同时，4喷嘴气化炉技术掌握的员工，其安全生产技能、工作经验和临场发挥水平，也不是在短时间内就能很好地适应岗位要求的，致使我厂整体安全素质与技能水平有所下降；上述因素客观上增加了发生事故的风险，成为影响安全生产的不稳定因素。
操作工人的高水平生产技能是化工企业安、稳、长、满、优所必须的人员素质要求，技能培训是企业不断向前发展的人力资源保障。
因此在对新员工进行业务技能培训的同时，还需要定期地对在岗操作工人进行技能再培训，采用仿真系统是在岗人员进行操作技能轮训最有效的手段。
通过建成仿真培训基地，可持续不断地为集团公司培养具有扎实理论基础和高超操作技能的操作人员及工程技术人员队伍。
实现集团公司提出的建设鲁南化肥厂“三大基地”历史任务，实现一流鲁南煤化工基地的发展蓝图的基本保障。
2、项目建设的必要性
（1）生产装置良好运行的需要
拥有一支具有良好操作技能的一线生产工人队伍是化工装置安全、稳定、长周期、满负荷、优化运行的必要保障。
近年来随着集团公司煤化工战略的实施，企业管理水平的不断提高和企业生产效益的不断挖潜要求一线的生产操作工人具有良好的岗位操作技能，甚至要求一人具备多个岗位操作技能的“系统操作人员”，尤其是随着生产装置工艺技术、仪表与控制技术以及部分设备的不断改造与升级换代，操作工人的技能培训和快速掌握新技术、新的生产控制手段更显得急迫与突出。
本项目就是结合兖矿鲁南化肥厂的一线工人状况和生产装置情况，提出的建立培训基地与装置仿真系统开发项目。
（2）为装置提供操作工人的技能培训
4喷嘴气化炉技术操作工的培训：
仿真培训系统可逼真地模拟工厂的开车、停车、正常运行和各种事故过程的现象和操作。
而且根本无须投料，丝毫没有危险性，所以和其它的培训方法相比，不仅可以大大提高培训效果，而且可以大大节省培训费用，缩短培训时间，是一种高效的培训手段。
在仿真系统上训练，可以使操作工人在数周之内取得现场二至五年才能取得的经验。
用仿真培训系统对操作工进行培训，可以缩短新建生产装置开工时间，节省开工费用。
由于操作人员和工艺技术人员可以在仿真系统上对新装置的开停工进行予培训和研究，将为装置一次开车成功奠定为基础。
往往一次开车须要花几百万元的投资，如果不能一次开车成功，费用和时间都将是巨大的浪费。
在仿真培训系统对操作工进行DCS培训，可使操作人员预先熟悉DCS操作的方式方法，缩短操作习惯的适应期，保证生产装置的顺利开车和正常生产。
在岗人员技能提升培训：
操作工人的高水平生产技能是石化企业安稳长满优的必要人员素质要求，技能培训是企业不断向前发展的人力资源保障。
近些年来石化企业的生产特点是长周期运行（检修周期通常2-3年），生产过程中也很少出现大的事故。
这种“长”周期和“少”事故的状况是一种好的现象，但也蕴藏着很大的“危险”。
一旦出现突发的意外事故，工人会措手不及，原有的一些经验也已经淡忘了，即使没有淡忘也很不熟练了，所以往往可能给企业造成很大的经济损失，甚至人员伤亡。
而2-3年开停一次装置，往往是原来已经掌握的开停车技能也已经不再熟练了。
所以需要定期地对在岗操作工人进行技能再培训。
仿真系统是在岗人员进行操作技能轮训最有效的手段。
培养系统操作员：
各个生产车间都希望能有更多的操作工人掌握多个岗位的操作技能（一人多岗的系统操作员）。
但由于装置平稳生产的要求以及责任分工等因素，在实际生产过程中很难培养一人多岗的操作技能。
在仿真系统上，可以有计划地组织培养一人多岗的操作技能，例如：
采用仿真系统对反应岗位的操作人员进行分离岗位操作培训，使其掌握分离岗位的操作技能。
转岗人员技能培训：
企业的转岗人员在进入新的岗位前的技能培训是其能否顺利进入新岗位的关键。
在仿真系统上对企业转岗人员进行操作技能训练会比下厂实习获得更高的培训效率和好得多的效果。
（3）为本装置提供操作工人的技能考核与鉴定
多年来化工行业的DCS操作人员的实际操作技能的考核一直找不到科学合理的方法和手段。
但最几年来在相当一部分化工企业已经采用仿真系统来考核工人的操作技能，在应用中取得了非常好的效果，对企业操作人员的技能提高和技能考核起到了非常好的作用，为企业的良好运行和下一步的发展创造了良好的人力基础。
（4）安全分析与事故训练
安全分析与培训支撑系统（SATSS），主要是用于生产技术人员的事故案例的分析和操作人员的技能培训与技能考核的系统。
与常规的仿真培训与技能鉴定系统不同之处，是在于它的项目可自己定义和组合，尤其是各种类型的事故可定义与组合。
例：
自定义改变系统边界条件，改变设备物理参数，对可能事故进行组合等。
这样，就大大提高了事故仿真的灵活性。
而且也充分体现了事故的“突发性”和“随机性”，使得事故仿真更加符合实际生产。
该系统与仿真系统的结合，一方面提高了仿真系统事故处理（安全操作）技能培训和考核的灵活性与难度，使仿真系统更贴近生产实际，具有更强的扩展能力（可以将实际发生的或预想的事故加入仿真系统），大大延长应用生命期，同时其要求被受训人员对工艺、设备有很深的了解才能够根据现象准确的判断出该事故的原因，进而及时清除或处理掉；另一方面也可以为生产技术人员提供一种假设事故案例仿真，用以进行安全生产分析试验和事故处理方案的提炼。
安全分析与培训系统的项目都是由各个细目组合而成，细目分为工况，特定事故，设备事故。
工况：
指的冷态开车，热态开车，正常操作等操作过程。
特定事故：
指的是本工种或装置特有的典型事故。
设备事故：
指装置主要设备的典型事故。
二、项目建设情况报告
（一）项目提出的背景
4喷嘴气化炉技术作为兖矿鲁南化肥厂、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心对外推广的核心技术，在被推广单位进行项目实施时，如果直接在生产过程中获得各种操作经验，风险较大，因此，被推广的单位需要通过仿真技术安全廉价的获取操作的经验。
其次，鲁化的生产操作的自动化程度不断得到提高，企业的主要生产装置气化炉均采用了集散控制系统（DCS）作为自动控制的平台。
由于企业正处在快速发展的非常时期，新上项目特别集中，相关操作人员及专业技术人员对新技术的掌握，经验的积累，操作的熟练程度，都需要有一个过程；第三，在近几年的时间内，我厂向集团公司输出了1600多名员工，绝大部分是技术骨干，使我厂出现了一定程度的人才困难期，同时，4喷嘴气化炉技术掌握的员工，其安全生产技能、工作经验和临场发挥水平，也不是在短时间内就能很好地适应岗位要求的，致使我厂整体安全素质与技能水平有所下降；上述因素客观上增加了发生事故的风险，成为影响安全生产的不稳定因素。
操作工人的高水平生产技能是化工企业安、稳、长、满、优所必须的人员素质要求，技能培训是企业不断向前发展的人力资源保障。
因此在对新员工进行业务技能培训的同时，还需要定期地对在岗操作工人进行技能再培训，采用仿真系统就是在这个背景条件下，所能够对在岗人员进行操作技能轮训最有效的手段之一。
（二）研究开发内容
2.1生产装置仿真系统软件开发
针对4喷嘴气化炉技术等关键流程的DCS自动控制系统进行仿真开发。
在过程仿真系统平台（PISP）上开发的化工装置仿真系统，包括其生产装置仿真（工艺仿真软件）和DCS系统仿真（仿DCS软件），并全部实现“工艺模型建立”和“DCS”的组态化。
该仿真系统的技能训练包括以下内容：
●冷态开车、正常停车操作技能训练
●各种事故的分析与处理技能训练（可组合众多的事故项目）
●生产调整的技能训练
DCS操作训练
2.2培训场地设施
●培训教室（机房）一间；
●要求按照计算机机房的标准进行全面装修，包括地板、空调、照明、配电、投影仪、幕布、音响等；
●安装防盗门、窗及闭路电视监控；
●配套的操作台椅、讲台。
（三）主要经济技术指标及项目最终目标
3.1主要经济技术指标
3.1.1仿真逼真度
化工过程工艺仿真软件的逼真度分为静态逼真度和动态逼真度两种。
静态逼真度是指当在某一生产负荷下长时间稳定运行状态时，模拟的生产工艺指标与实际生产装置工艺指标的偏差大小；动态逼真度是指在开、停车或受到某种干扰时，主要相关参数变化趋势与生产装置一致，变化节奏与生产装置匹配。
本仿真系统具有以下特点：
●仿工艺过程静态逼真度基本与现场一致，误差不超过5%；
●仿工艺过程动态逼真度与现场一致，误差不超过10%；
●仿DCS操作及界面与现场一致，误差不超过3%；
仿真系统模拟了真实DCS的以下功能：
✧总貌（OVERVIEW）功能；
✧流程图（GRAPHICS）功能；
✧仪表组（GROUP）功能；
✧趋势（TREND）功能；
✧报警（ALARM）功能；
✧仪表调整（TUNING）功能；
以上这些功能的界面、操作方式、操作结果与真实DCS完全相同。
同时在仿DCS键盘方面，在外形和功能上与真实DCS一致。
3.1.2仿真的适应性（可操作性）
仿真的适应性或称可操作性是指当操作人员进行误操作或大幅度操作时，工艺仿真软件的模拟结果是否能表现出相应的参数变化规律和参数之间的关联关系。
与真实生产装置的表现特性是否一致。
这是衡量工艺仿真软件质量的一个很重要的因素。
提供的仿真系统具有良好的适应性，在工艺允许的范围内完全能适应工艺过程的各种操作。
3.1.3稳定性
仿真系统具备良好的稳定性，系统能连续运行24小时不出现系统死机、跳出等现象。
3.1.4操作评价的技术特点
操作评定软件是针对各装置仿真培训系统的每一个训练项目进行跟踪记录，并依据操作规则和设备操作要求进行推理评判，依据操作质量指标进行累计评分。
每一个训练项目目的评分都包括：
操作步骤评分和操作质量评分，所有评分子项目都给出详细评定结果和依据。
3.2项目最终目标
（1）四喷嘴煤气化工艺仿真工艺仿真流程包括设备开、停机指导系统，DCS及ESD仿真系统；
（2）教师指令站系统，能实现最多对99个用户的远程控制，监视，事故，工况选择等功能。
（3）整个气化炉仿真培训系统包括2个教师站+20个学员操作站
（4）功能的界面、操作方式、操作结果、仿DCS键盘方面与真实DCS完全相同。
（5）当操作人员进行误操作或大幅度操作时，工艺仿真软件的模拟结果与真实生产装置的表现特性应保持一致。
（6）仿真系统具备良好的稳定性，系统能连续运行24小时不出现系统死机、跳出等现象。
（7）对各装置仿真培训系统的每一个训练项目进行跟踪记录，并依据操作规则和设备操作要求进行推理评判，依据操作质量指标进行累计评分
（四）项目实施技术路线及过程
国内化工行业仿真技术开发从80年代中期开始，至今已有约20年的历程，从启蒙、发展到不断成熟，技术手段不断更新和升级，近几年来国内仿真培训系统开发技术已经与国际水平处在同一档次，而且在仿DCS技术和操作评价系统方面达到了国际领先水平。
本项目选择国内最具实力和具有充分同类项目开发经历的开发商开发DCS装置仿真系统，我方以合作的形式配合项目开发与实施工作，本仿真系统开发方案在技术先进性与工程能力成熟度方面考虑如下原则和技术路线：
（1）在“过程系统仿真平台（PISP）”上开发：
实现图式化模块搭接式建模方法，方便模型建立、修改等；
实现仿DCS组态化，用户可以自行对DCS的各种画面、控制方案、参数进行修改、升级等。
实现操作评定系统的组态化，用户可以自己建立操作评分的规则、细则、指标以及分数标准等；
（2）选用最新的“仿真安全分析与培训支撑系统”：
在基本培训与考核项目（如：
开停车、正常生产、典型事故处理等）的基础上，实现培训项目的组合功能。
如在开车过程中的相应阶段设定多个不同的事故；
具有“特定事故（本装置典型事故）”、“设备事故”和“边界条件”定义与设定功能，并且事故可以任意设定和组合，真正体现事故的随机性和突发性，真正训练和考核操作人员对突发事故的应变能力；
开发全等级完善的技能鉴定考核系统，考核系统覆盖初级工、中级工、高级工、技师多个等级的技能评价功能。
（五）关键技术及创新点
5.1工艺仿真技术
按物料流和能量流为信息流的算法（模块）设计与开发，使得用户建模（模块搭接）与生产装置的工艺流程图保持一致的方式，易学易用。
所有工艺算法（模块）具有自己辨识参数功能。
用户在已有的设计或生产数据基础上即可以完成建模、测试与联调，无需任何其它辅助计算、衡算工作。
工艺算法是以设备为单元开发的并且具有常见事故功能，用户搭接方便，且事故仿真丰富。
5.2仿DCS系统
仿DCS系统多样化、多厂家、多类型，适应不同用户的不同需求。
仿DCS系统全部组态化，用户可以按自己的特点和需求通过组态，实现仿DCS的逼真模拟。
（六）各种分析及论证报告
6.1技术可行性及可靠性分析、论证
该项目在“过程系统仿真平台（PISP）”上开发，实现图式化模块搭接式建模方法，方便模型建立、修改等；实现仿DCS组态化，用户可以自行对DCS的各种画面、控制方案、参数进行修改、升级等。
实现操作评定系统的组态化，用户可以自己建立操作评分的规则、细则、指标以及分数标准等；同时选用最新的“仿真安全分析与培训支撑系统”，在基本培训与考核项目（如：
开停车、正常生产、典型事故处理等）的基础上，实现培训项目的组合功能。
如在开车过程中的相应阶段设定多个不同的事故；具有“特定事故（本装置典型事故）”、“设备事故”和“边界条件”定义与设定功能，并且事故可以任意设定和组合，真正体现事故的随机性和突发性，真正训练和考核操作人员对突发事故的应变能力；开发全等级完善的技能鉴定考核系统，考核系统覆盖初级工、中级工、高级工、技师多个等级的技能评价功能。
兖矿鲁化多年来积累的DCS控制参数可以移植应用到仿真系统中，使仿真系统运行更加贴近与现场实际情况，进一步提高学员的操作适应能力。
通过仿真培训系统对员工进行定期培训，提高员工的操作技能，可基本避免因人员经验欠缺，操作失误造成的系统异常跳、停车事故。
6.2对安全、环境、健康的影响性分析
依据《中华人民共和国安全生产法》第九届人大常委会第28次会议通过《建筑物防雷设计规范》GB50057－94设计，落实安全生产管理专（兼）职机构，配备安全生产管理专（兼）职人员，制订安全生产责任制度及操作规程，并认真组织实施。
仿真培训系统为一般的计算机网络系统应用，对环境、健康无明显影响。
主要的潜在安全问题为机房的防火问题，仿真培训机房设置火警报警装置，配备通讯联络设备。
主厂房设避雷装置。
配备灭火器。
主厂房配置干粉灭火器不少于6只。
落实消防责任制，设置专（兼）职消防机构和管理人员。
认真贯彻消防法律法规，确保消防安全。
6.3现有基础、技术条件，保证体系
我中心现有一批具有软件丰富开发经验的技术队伍，兖矿鲁化选派合适技术人员参与和配合部分开发工作，以合作的形式配合开发工作。
兖矿鲁化多年来积累的DCS控制参数可以移植应用到仿真系统中，使仿真系统运行更加贴近与现场实际情况，进一步提高学员的操作适应能力。
6.4经济、社会效益分析
通过仿真培训系统对员工进行定期培训，提高员工的操作技能，可基本避免因人员经验欠缺，操作失误造成的系统异常跳、停车事故。
培训中心建成后，除了对企业内部员工进行轮流培训外，主要用于对集团公司煤化工产业专业技术人员及操作人员的培训，在迅速提高员工操作水平的同时，节省了可观了外出培训费用。
4喷嘴气化炉技术对外推广的同时又可将仿真培训系统捆绑出售，既提高了买方操作人员的操作水平，又为中心创造了更高的经济效益。
（七）项目实施进度
7.1项目前期准备
项目调研：
自2008年2月1日开始至2008年6月1日：
经过对国内国外多家供应商、最终用户的交流、参观，最终确定由北京东方仿真软件技术有限公司进行合作。
项目合同签订：
2008年8月11日，在水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心签订了商务及技术合同。
7.2项目实施进度
项目包括硬件系统和软件系统组成，硬件系统包括一个仿真培训教室，装配投影机一台、白板一部、1台教师工作站、2台服务器、16台学员工作站机、配套的网络设备、及安全设备如灭火器防盗门等，教室进行了简易装修。
硬件系统需要在软件系统开始施工之前到位，硬件系统安装调试已于2008年7月25日前完成。
软件系统比较复杂，耗时也比较多，具体实施阶段如下：
第一阶段：
自2008年8月1日开始至2008年9月7日：
项目的设计和具体开发工作，并进行软件初步交付；完成煤气化系统的工艺流程仿真和热备系统运行时的操作；
举行技术交流会（2008年8月12日）；
系统第一次预验收（2008年9月7日）；
完成系统主体运行框架，DCS和ESD主要画面仿真完成，实现对工艺流程的稳态模拟，初步建立在线操作指导系统。
第二阶段：
自2008年9月8日开始至2009年2月9日
完成系统开发和调试，进行预验收
单机调试；
系统中期预验收（甲方到乙方现场验收）；
系统联合调试；
完成对工艺流程各工况，DCS和ESD操作的仿真、建立完备详细的在线操作指导系统。
第三阶段：
自2009年2月10日开始至2009年5月31日
根据用户要求进行项目修改和完善工作，并完成项目的使用培训工作。
主要完善ESD操作的仿真；
增加各种典型事故和其它培训项目
甲方在2009年5月31日，在甲方地点验收项目成果，验收采用甲方指定专家，在用户现场验收方式，甲方验收后出具项目验收报告，作为验收结果的书面材料。
保质期：
自2009年6月1日开始至2010年6月1日:
后期维护与培训实施：
项目修改和完善；
制定培训计划；
分批培训（关键用户培训、最终用户培训、系统维护人员培训）。
目前已全部完成三个阶段的工作，项目具备验收条件。
（八）经费支出情况
1、硬件系统及其网络系统费用为：
22.089万元（详见明细）。
2、仿真培训软件开发费用为76万元（详见明细）。
以上两项合计费用98.089万元。
4喷嘴气化炉仿真培训系统经费支出
名称
规格
单价
（万元）
数量
合计
（万元）
说明
一
一、资本性支出
0
二
二、费用性支出
22.089
（一）
（一）、一次性列入费用的单台价值10万元以下试制用关键设备、测试仪器、样品、样机
22.089
尚未投资
1.
学员工作站电脑
Dell77519宽屏
0.74
16
11.84
2.
教室工作站电脑
Dell775
22宽屏
0.76
1
0.76
3.
服务器
DELL2960
3.5
2
7
4.
投影机
SonyOX130
1.25
1
1.25
5.
机柜
1.8米
0.25
1
0.25
6.
网线
TCL
0.076
1
0.076
7.
VGA线
0.035
1
0.035
8.
电脑操作台
0.02
20
0.4
9.
电脑操作椅
0.024
17
0.408
10.
幕布支架
0.07
1
0.07
（二）
（二）软件费
76
1.
仿真培训软件
76
1
76
尚未投资
（三）
（三）．调研费
0
（四）
（四）．安装调试费
0
（五）
（五）．验收费用
0
合计
98.089
（九）项目组人员情况
项目负责人：
金刚
项目组成员：
刘绍亚、潘荣、朱明磊
具体分工：
金刚任项目经理、潘荣提供工艺方案、刘绍亚、朱明磊提供硬件方案、安装、调试。
三、结论
4喷嘴气化炉仿真培训项目，立足于成熟的仿真技术平台，结合水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心对4喷嘴气化炉的自主知识产权和在兖矿鲁化等煤化工企业的成功应用案例，为煤化工企业迅速、熟练掌握4喷嘴气化炉技术提供了一个成本相对较低、效果却非常良好的选择，在煤化工企业具有较高的推广和应用价值。
该项目目前已经按时圆满完成了项目预期的各项指标，具备验收条件。
特此汇报，不当之处请指正。
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