石油庫安全評價方法研究的現(xiàn)狀

張彩慧 張采鳳 寧昭凱

〔1中國石化河南洛陽石油分公司 河南洛陽 471001；2中國石化管道運輸有限公司天津輸油處 天津 300451；3中航鋰電(洛陽)有限公司 河南 洛陽 471003〕

石油庫安全評價方法研究的現(xiàn)狀

張彩慧1張采鳳2寧昭凱3

〔1中國石化河南洛陽石油分公司 河南洛陽 471001；2中國石化管道運輸有限公司天津輸油處 天津 300451；3中航鋰電(洛陽)有限公司 河南 洛陽 471003〕

綜述了石油庫安全評價中常用的安全檢查表法、故障類型及影響分析法、故障樹定性分析法、道化學指數(shù)評價法、六階段評價法、模糊綜合評價法6種方法的概念和主要內(nèi)容，從定性與定量、評價目標、適用范圍、優(yōu)缺點以及評價效果等方面對6種方法進行了分析比較，針對石油庫對安全評價的不同需要提出了選擇方法的原則和建議。

石油庫 安全評價 方法 綜述

石油庫作為儲存油品的場所，由于油品易燃、易爆易揮發(fā)、有毒等屬性，而極具危險性，所以對油庫進行科學的安全評價至關(guān)重要[1]。

安全評價即是運用系統(tǒng)工程方法，以保障系統(tǒng)安全為目的，對系統(tǒng)中潛在的危險因素進行預(yù)先分析和判斷，并以此為依據(jù)制定相應(yīng)的安全防護措施和管理決策，從而最大程度地降低事故率，減少損失，使投資效益最大化[2]。安全評價工作包括辨識危險源和危險程度評估兩方面。辨識危險源即是識別系統(tǒng)中潛在的危險因素及其危險性。危險程度評估，要首先進行危險定量，即確定發(fā)生危險的頻率及可造成的后果，并與預(yù)定風險值進行比較，判斷是否在可接受的范圍內(nèi)；最后為決策建議，即根據(jù)危險定量的結(jié)果提出消除、降低、轉(zhuǎn)移風險的建議。在整個評價應(yīng)用過程中，這兩方面是相互交叉重疊的[1]。

油庫安全評價通常分為定性評價和定量評價。定性評價即運用科學有效的方法辨識系統(tǒng)中潛在的危險及有害因素，并將這些因素按照危害程度進行等級劃分，以區(qū)分各危險的輕重緩急以采取有效的安全控制措施[3]。常用的定性評價方法有安全檢查表法、故障樹定性分析法、模糊綜合評價法等。定量評價即是在基于危險因素辨識的基礎(chǔ)上，運用數(shù)學方法，量化系統(tǒng)危險因素的危害程度，以量化的數(shù)值大小評估系統(tǒng)的安全可靠程度。常用的定量評價方法有故障類型及影響分析法(FMEA)及道化學火災(zāi)爆炸危險指數(shù)評價法(F & IE )等。

油庫安全評價方法還可以分為傳統(tǒng)評價方法和系統(tǒng)評價方法。常用的傳統(tǒng)評價方法有安全檢查表法、故障樹分析法、道化學火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法、故障類型和影響分析法(FMEA)；系統(tǒng)評價方法有模糊綜合評價法、六階段評價法等。

近幾年有不少研究成果，綜合運用這些安全評價方法，結(jié)合實際工程，進行更客觀、精確的安全評價研究。其中陳家川、李秉昕等基于故障樹模型定性分析了油庫儲油區(qū)燃燒爆炸事故的影響因素，闡明了燃燒爆炸事故和基本事件之間的邏輯關(guān)系[4]；楊守生、王龍燦、陳雷等利用道化學火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法對各油庫儲罐事故可能導(dǎo)致的經(jīng)濟財產(chǎn)損失進行了預(yù)測[5]。王金亮、陳全等運用模糊層析綜合分析法將系統(tǒng)中的人、物及環(huán)境因素有效地結(jié)合起來，客觀全面地反映各因素的影響程度，為確保油庫的安全運行在理論上提供了有力保障[6]。

1 安全評價的內(nèi)容及基本程序

1.1 安全評價的內(nèi)容

安全評價主要包括三方面內(nèi)容：①識別系統(tǒng)中存在的有害因素，并找出潛在的危險源。然后分析這些危險源可能造成的事故后果及當前安全應(yīng)對措施的實用性及有效性。②采用定性或定量的方法進行危險性評價，預(yù)測危險源可能造成事故的嚴重程度，然后進行危險等級劃分。③依據(jù)風險等級、不可接受的風險以及企業(yè)的現(xiàn)實經(jīng)濟狀況，制定相應(yīng)安全措施，有效控制風險的發(fā)生。

1.2 安全評價的基本程序

安全評價程序主要包括準備階段(現(xiàn)場考察、資料收集)、危險因素辨識、選擇合適的安全評價方法進行安全評價、制定安全對策措施控制風險[7]。

安全評價基本程序見圖1。

圖1 安全評價基本程序

2 油庫項目安全評價常用方法

目前，油庫項目常用的安全評價方法有安全檢查表法、故障類型及影響分析法( FMEA )、故障樹定性分析法、道化學指數(shù)評價法、六階段安全評價法、模糊綜合評價法等。

2.1 油庫安全檢查表法

安全檢查表法(Safety Check List)是一種最基礎(chǔ)簡便且應(yīng)用十分廣泛的安全評價方法。該方法由經(jīng)驗豐富的作業(yè)人員，依據(jù)油庫實際運營中存在的各種不安全因素(機器、工序、設(shè)備、裝置、操作管理等)確定檢查項目，以提問的方式將系統(tǒng)中的檢查項目編制成表，以便進行系統(tǒng)檢查[8]。安全檢查表的作用：①對系統(tǒng)進行安全檢查和評價；②對職工進行安全教育和提示；③對事故進行分析和調(diào)查；④為系統(tǒng)設(shè)計人員提供安全要求；⑤為系統(tǒng)運行提供安全操作指南；⑥為工程設(shè)計和驗收提供審查依據(jù)。

安全檢查表一般參照《危險化學品經(jīng)營單位安全評價導(dǎo)則(試行) 》、《油庫設(shè)計規(guī)范》等一些國家法律規(guī)范來制定。安全評價表適用于工程系統(tǒng)的各個階段(可評價物質(zhì)、設(shè)備和工藝等)。根據(jù)檢查場所、檢查項目以及作業(yè)系統(tǒng)的不同，安全檢查表又可詳細分類，以對各種具體情況進行系統(tǒng)全面的判斷評估[9]。

依據(jù)安全檢查表法對油庫安全現(xiàn)狀有初步了解后，還需確定油庫系統(tǒng)的安全度。安全度用分值表示，首先確定打分原則，制定油庫安全等級表，然后進行安全度計算，以最終確定油庫的安全現(xiàn)狀。

系統(tǒng)安全值(Pa)計算：

其中，Xa=被評項目實際得分/ 被評項目最高得分

油庫安全度A值計算：

依據(jù)安全評估表的內(nèi)容檢查各項和實際得分，再計算出油庫的安全度值，對比安全等級表的分值，得出油庫的安全等級。

2.2 油庫故障類型及影響分析法

故障類型及影響分析法(FMEA)首先是分析系統(tǒng)的各主要組成部分、元素，找出系統(tǒng)中潛在的故障及類型，然后查明各故障對其他元素及整個系統(tǒng)安全產(chǎn)生的影響，明確故障的嚴重程度，最后采取有關(guān)措施，防止或消除故障發(fā)生[3]。按照故障對系統(tǒng)的影響，通常將故障類型劃分為四個等級，故障類型等級劃分見表1。

表1 故障類型等級劃分

FMEA方法的基本步驟：①定義要評估的系統(tǒng)、明確系統(tǒng)各組成部分的功能關(guān)系及其性能要求。②劃分故障分析等級。標識故障模式、原因、結(jié)果以及重要性。③制定故障檢測、糾正和保護的相關(guān)措施及故障條件下的操作指南。④編寫危險程度報告，制定正確的行動指南。

2.3 故障樹定性分析法

故障樹分析(Fault Tree Analysis)，是系統(tǒng)安全工程中常用的一種分析方法，采用演繹方法進行事故因果關(guān)系分析，將可能發(fā)生或已發(fā)生的故障與導(dǎo)致其發(fā)生的原因之間的因果關(guān)系，通過樹形圖表示出來。這種叫做“故障樹”的樹形圖是從結(jié)果到原因描繪故障發(fā)生的有向邏輯樹圖，依據(jù)事故樹可求得事故的最小路徑集，然后進行定性或定量分析，找出故障發(fā)生的原因及控制要點，最后依據(jù)控制要點進行多因素之間的關(guān)聯(lián)分析，直觀地將故障和原因之間的關(guān)系表示出來，并且可以找出造成故障的主要原因和得到故障發(fā)生的概率[10]。

油庫事故發(fā)生的原因是多方面且表現(xiàn)形式不一，與人員素質(zhì)、經(jīng)營管理體制、環(huán)境適應(yīng)度、作業(yè)工藝流程的復(fù)雜程度以及設(shè)備的安裝設(shè)計等諸多因素息息相關(guān)。因此對故障樹分析人員的要求也很高，既要掌握生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備操作方法和使用環(huán)境，又要掌握數(shù)理邏輯、人機工程學、計算機應(yīng)用等多個學科，這樣才能作出科學客觀、適用性強的故障樹分析[11]。事故樹分析的完整步驟如下：①熟悉系統(tǒng)，②調(diào)查統(tǒng)計事故，③確定頂上事件，④確定目標值，⑤調(diào)查原因事件，⑥故障樹作圖，⑦故障樹定性分析，⑧求出事故發(fā)生概率，⑨進行比較，⑩故障樹定量分析。

2.4 道化學指數(shù)評價法

美國道( DOW ) 化學公司油庫火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法是一種客觀定量的評價方法，以物質(zhì)系數(shù)為基礎(chǔ)，同時考慮操作方法、工藝條件、安全裝置情況、設(shè)備情況等的影響，計算出各單元的危險度數(shù)值，依據(jù)危險度值劃分危險度等級，對工藝裝置及其所含物料的潛在火災(zāi)、爆炸危險逐步進行評價[12]。該方法主要應(yīng)用在儲存、處理、生產(chǎn)易燃、易爆等活性物質(zhì)的操作過程中。

(1)確定物質(zhì)系數(shù)。物質(zhì)系數(shù)表示由于物質(zhì)燃燒或化學反應(yīng)引起的火災(zāi)、爆炸過程中潛在能量釋放的尺度[12]。

可燃性氣體、液體及粉塵的物質(zhì)系數(shù)值可查表求出；混合物的物質(zhì)系數(shù)，通過試驗方法求取或選取混合物中物質(zhì)系數(shù)最高的。

(2)確定一般工藝過程危險系數(shù)F1及特殊工藝過程危險系數(shù)F2。F1是確定事故損失程度的主要因素；F2是影響事故發(fā)生概率的主要因素。F1和F2的值等于其基本系數(shù)(一般取值為1)與其他各項內(nèi)容(負壓、粉塵爆炸、毒性物質(zhì)等)的危險系數(shù)之和。

(3)計算單元危險系數(shù)F3。F3反映評價單元的潛在危險性，其值為一般工藝過程危險系數(shù)F1和特殊工藝過程危險系數(shù)F2的乘積(F3=F1·F2)。

(4)計算火災(zāi)爆炸指數(shù)F&IE。F&IE反映火災(zāi)爆炸事故可能造成的破壞情況(F&IE=F3·MF)。

(5)確定單元危害系數(shù)。單元危險系數(shù)表示被評價單元中，危險物質(zhì)能量釋放所造成的火災(zāi)或爆炸事故的綜合效應(yīng)，其值與危險系數(shù)F3和物質(zhì)系數(shù)滿足非線性函數(shù)關(guān)系，通過函數(shù)圖像可查得。

(6)確定暴露半徑R。在所評價的單元內(nèi)發(fā)生火災(zāi)爆炸時，通常為立體的同心圓柱形破壞，裸露半徑R=0.256×F&IE。

(7)確定安全措施補償系數(shù)C。安全措施補償系數(shù)C反映了安全措施的完善程度對事故可能造成的損失。其值為工藝控制系數(shù)C1、危險物質(zhì)隔離系數(shù)C2、防火設(shè)施系數(shù)C3的乘積，其值在0～1范圍內(nèi)。

(8)最大可能財產(chǎn)損失的計算。

可先計算基本MPPD= 暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值×DF

基本最大可能財產(chǎn)損失MPPD，其表示系統(tǒng)在無任何一種安全措施時可能造成的損失，其中DF為該單元的危險系數(shù)。

實際MPPD=基本MPPD×C

實際最大可能財產(chǎn)損失表示采取合適的安全措施后事故實際造成的財產(chǎn)損失情況，其中C為安全措施補償系數(shù)[13]。

(9)確定最大可能工作日損失。最大可能工作日損失表示由于事故造成的業(yè)務(wù)中斷的天數(shù)，其值可用公式求出也可通過相關(guān)資料查得。

風險分析計算程序見圖2。

圖2 風險分析計算程序

2.5 六階段評價法

日本勞動省化工企業(yè)六階段安全評價法以美國道化學公司的指數(shù)評價法為基礎(chǔ)，簡化了物質(zhì)系數(shù)和補償系數(shù)的計算及危險度等級劃分。該方法包含定量和定性兩方面的內(nèi)容。該方法首先進行安全檢查表評價，然后根據(jù)實際生產(chǎn)中的工藝條件定出危險性點數(shù)，最后按照危險性點數(shù)制定相應(yīng)的安全補償措施[14]。六階段的6個評價環(huán)節(jié)如下：①資料準備；②定性評價；③定量評價；④利用求得的危險度等級，依據(jù)安全措施表，選擇對應(yīng)的措施；⑤依據(jù)過去事故材料進行類比復(fù)查；⑥用故障樹FTA再評價。

定量評價是這六個環(huán)節(jié)的核心，例如針對油庫的設(shè)備評價，可將油庫設(shè)備分成多個組，各組再細分為不同的單元，各單元按物質(zhì)、溫度、容量、操作和壓力5個項目分別打分，分值定在0～10點之間，并分成4個等級，分別為A (10點)、B ( 5點)、C ( 2 點)、D ( 0 點)。最后將各項目的點數(shù)相加，求出單元分數(shù)及各組的總分數(shù)，并劃分為3等級，如下表2所示。

表2 單元危險度等級

2.6 模糊綜合評價方法

模糊綜合評價法是一種定性的全面的油庫安全評價方法，它將諸多模糊的概念數(shù)字化、定量化，將模糊性轉(zhuǎn)換為確定性，最大程度地避免了評價的主觀性和偏好性[15]。模糊綜合評價的分析流程圖如下圖3所示。

圖3 模糊綜合評價分析流程圖

一般步驟如下：

①確定影響油庫安全的主要因素。從整體上把握油庫的安全現(xiàn)狀，通常從人、物、環(huán)境、管理4個方面考慮影響油庫安全的因素。②確定各影響因素的權(quán)重。設(shè)計中通常采用專家打分法、層次分析法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等確定權(quán)重系數(shù)。③確定隸屬度函數(shù)，建立模糊綜合評價模型。④確定油庫安全等級。

3 各安全評價方法的特點及比較分析

3.1 各方法的特點

以上六種常見油庫安全評價方法，無論是定性評價方法還是定量評價方法，都有其各自的特點，下面對各種方法的特點進行簡要分析。

3.1.1 油庫安全檢查表法

油庫安全檢查表法是油庫安全評價最常用方法之一。該方法簡單、可操作性強，易于掌握、推廣和普及，是安全系統(tǒng)工程中最初步、最基礎(chǔ)的分析方法。

但該方法也存在一些問題：第一，只是初步評價，缺乏深度和系統(tǒng)性；第二，主觀性太強，有時不能正確客觀的反應(yīng)油庫狀況；第三，由于主觀指標難于做出客觀評價，因此安全檢查表制作可能不全面。安全檢查表法通常是對油庫安全評價的第一步。

3.1.2 油庫故障類型及影響分析法

該方法現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在油庫安全評價領(lǐng)域，通過該方法可明確油庫系統(tǒng)的故障形式及其影響，對可能發(fā)生的故障類型提供切實可行的安全檢測方法和手段，為系統(tǒng)提供完善的安全措施等。但由于時間、可用資源及可用必要數(shù)據(jù)的限制，該方法只能用于早期的危險度分析，通常和故障樹分析法結(jié)合使用。

3.1.3 故障樹定性分析法

該方法依據(jù)客觀事實，剖析油庫系統(tǒng)設(shè)計，了解油庫安全狀況，保障油庫安全，是一種對油庫安全性可靠性進行分析的有效方法。由于油庫安全受諸多因素影響，因此對故障樹分析人員要求很高，既要求熟悉生產(chǎn)工藝流程、各設(shè)備使用方法及使用環(huán)境，又要求掌握多種學科，這樣才能作出科學可靠的故障樹分析。因此該方法耗時長，復(fù)雜度高，且一旦故障樹建立的不正確，可能會造成錯誤甚至嚴重后果。

3.1.4 道化學指數(shù)評價法

該方法適用于化工裝置的火災(zāi)、爆炸風險的定量評價，可為工廠的安全管理和保險業(yè)提供科學依據(jù)。該方法對工藝裝置、生產(chǎn)過程、物質(zhì)危險性進行評價，但沒有對其他因素(尤其是外部因素)進行分析，因此只能應(yīng)用于重要危險源篩選的場合。通常設(shè)計中用該法進行初步評價，然后用故障樹定性分析(FTA)做進一步的安全評價，找出事故發(fā)生的原因，求出事故發(fā)生概率，用數(shù)理模型算出事故后果。油庫安全評價系統(tǒng)中常將該方法與企業(yè)現(xiàn)有的其他安全評價方法相結(jié)合，以彌補該方法的缺陷。

3.1.5 六階段評價法

該方法以美國道化學公司的火災(zāi)指數(shù)評價法為基礎(chǔ)，簡化了物質(zhì)系數(shù)和補償系數(shù)的計算及危險度等級劃分，評價內(nèi)容更加具體化，可操作性更強。但是，評價過程較為復(fù)雜。

3.1.6 油庫安全模糊綜合評價法

模糊綜合評價法將油庫系統(tǒng)的模糊不確定因素，轉(zhuǎn)化為求取隸屬度函數(shù)，將模糊化的因素確定化，以便掌握和評價。

隸屬度函數(shù)的建立是模糊綜合評價方法的核心，由于人的經(jīng)驗不同，建立的隸屬度函數(shù)也有很大差異，有時可能對評價的準確性和客觀性產(chǎn)生影響。

因此，確定隸屬度函數(shù)有較大的操作難度，主觀性和隨意性都比較強。實際設(shè)計中通常通過征求專家建議，盡可能合理地建立隸屬度函數(shù)，提高系統(tǒng)評價的準確性。

3.2 各方法的比較分析

油庫安全評價常用方法的比較分析如表3所示。

表3 油庫安全評價常用方法比較分析表

4 安全評價方法的選擇及確定

4.1 選擇方法的原則

安全評價方法種類繁多，各方法均有各自的使用條件、應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點。實際評價中選擇合適的評價方法十分必要，只有選擇了合理的安全評價方法才能得到良好的評價結(jié)果。油庫評價選擇評價方法遵循的原則：

(1)充分性原則。充分分析被評價系統(tǒng)；充分掌握各種安全評價方法的特點、使用范圍和適用條件；充分準備好安全評價的資料。

(2)系統(tǒng)性原則。將被評價對象看作一個大系統(tǒng)，內(nèi)部因素相互關(guān)聯(lián)，相互影響，切勿孤立評價單個局部因素。被評價系統(tǒng)可提供評價所需的系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)及資料，安全評價的結(jié)果是基于真實、合理的數(shù)據(jù)之上的。安全評價方法與被評價系統(tǒng)可構(gòu)成一個和諧的整體。

(3)適應(yīng)性原則。選擇的安全評價方法需適應(yīng)被評價的系統(tǒng)。被評價系統(tǒng)是由特點各不相同的多個子系統(tǒng)構(gòu)成的，依據(jù)系統(tǒng)及子系統(tǒng)的特點，合理選擇合適的安全評價方法。

(4)針對性原則。選擇的安全評價方法需能提供針對性強、準確性高的分析結(jié)果。由于評價的目標各不相同，評價結(jié)果可能為事故原因、事故概率、事故危害程度和系統(tǒng)安全等級等，應(yīng)依據(jù)評價目標選擇針對性強的評價方法。

(5)合理性原則。在能得到評價所需評價結(jié)果及滿足評價目標的前提下，盡可能選擇最優(yōu)的安全評價方法。即選擇最容易實施、計算過程最簡單的評價方法，使安全評價工作目標和結(jié)果都是合理的，避免不必要的麻煩和做無用功。

4.2 評價方法的確定

在實際評價過程中建議依據(jù)以上評價原則慎重選取合理的安全評價方法。有時，針對同一被評價對象，可選取多種評價方法進行評價，相互補充，提高評價結(jié)果的準確度。

采用安全檢查表法可初步了解整個系統(tǒng)及組成部分的安全狀況，找出導(dǎo)致事故的可能原因，是安全評價工作的第一步；采用故障樹分析法由果到因，尋找導(dǎo)致事故的可能原因，進一步確定影響系統(tǒng)安全的重要因素；采用FMEA分析法分析設(shè)備及工藝過程中可能存在的安全隱患，及時提出合理的改進措施。不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的安全評價方法均就油庫的局部或某個階段進行評價，缺乏系統(tǒng)性考慮，只能用于初步的安全評價，不能從整個油庫運營的系統(tǒng)進行評價。

完成系統(tǒng)初步安全評價工作之后，再從系統(tǒng)角度綜合評價整個油庫的安全運營狀況，從而客觀全面、準確地確定油庫的安全等級，進而制定相應(yīng)的安全決策建議。油庫系統(tǒng)中涉及的不安全因素眾多，由于各因素的不確定性，應(yīng)該選擇一種系統(tǒng)分析方法進行評價。實際評價工作中常用的系統(tǒng)評價方法有模糊綜合評價法、層次分析法等。

5 結(jié)語

這種采用傳統(tǒng)評價方法進行初步安全評價，再采用系統(tǒng)評價方法進行油庫整體安全運營狀況評價的油庫安全評價理論體系，在現(xiàn)階段的油庫安全運營中具有重要的現(xiàn)實參考意義。油庫安全系統(tǒng)的理論、評價體系將隨著安全系統(tǒng)工程的發(fā)展而不斷完善，相信在廣大石油工作者共同的努力下，油庫安全評價體系必將會有大的發(fā)展和提高。

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2016-12-16。

張彩慧，女，1991年3月2日出生，本科學歷，畢業(yè)于河北邢臺學院學習藝術(shù)設(shè)計專業(yè)，助理工程師，在中國石化銷售有限公司河南洛陽石油分公司就職，從事油庫安全、油品檢測、油品質(zhì)量管理等方面工作。