基于AHP的煤化工生產(chǎn)過程安全性分析研究

趙 霞

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

引 言

在我國化工行業(yè)中，煤化工是非常重要的一個(gè)組成分支。我國是世界上最大的煤制合成氨、煤制甲醇生產(chǎn)國，因此煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源生產(chǎn)起著重要的作用。在煤化工行業(yè)中，不論是傳統(tǒng)的工藝還是現(xiàn)代煤化工工藝，都存在著化學(xué)元素利用效率偏低的問題，針對(duì)這一問題，國家也采用煤化電熱一體化、多聯(lián)產(chǎn)等多種不同方式提高煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

由于大部分化學(xué)品具有易燃易爆、有毒有害等特征，所以煤化工生產(chǎn)過程中安全問題一直比較突出。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，其生產(chǎn)過程中的工藝越來越發(fā)雜、規(guī)模越來越大，都增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在生產(chǎn)實(shí)際中，對(duì)工藝過程、環(huán)境和管理等方面進(jìn)行全面、綜合、客觀的安全評(píng)價(jià)是非常有必要的。本文就是針對(duì)這一問題進(jìn)行研究與實(shí)踐應(yīng)用。

1 安全指標(biāo)分析

要對(duì)煤化工生產(chǎn)過程進(jìn)行工藝、環(huán)境和管理等方面的評(píng)價(jià)，就要從這三個(gè)方面的具體內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行分析，從中找到主要的影響因素，只有找到關(guān)鍵因素，才能建立有效、客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)體系。

1.1 工藝過程安全分析

煤化工工藝過程的安全性分析，主要是對(duì)參加反應(yīng)的化學(xué)原料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物的特性進(jìn)行分析，同時(shí)要分析反應(yīng)過程中的一些條件。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來看，主要的參數(shù)應(yīng)該有以下幾類。

1) 物質(zhì)的燃燒性

物質(zhì)的燃燒性就是物質(zhì)能夠燃燒的能力。這一指標(biāo)反應(yīng)的是化學(xué)原料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物是否可能導(dǎo)致火災(zāi)的特性。

2) 物質(zhì)的爆炸性

爆炸是一種非常迅速的能量連續(xù)釋放的過程，會(huì)帶來很大的危害。在煤化工生產(chǎn)中，可燃?xì)怏w、粉塵等都可能導(dǎo)致爆炸的發(fā)生。這個(gè)指標(biāo)就是衡量在生產(chǎn)中，反應(yīng)物、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的濃度范圍是否可能產(chǎn)生爆炸反應(yīng)。

3) 物質(zhì)的反應(yīng)活性

化學(xué)物質(zhì)都具有一定的反應(yīng)活性，也就是不穩(wěn)定性，主要體現(xiàn)在容易自我反應(yīng)或者與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)活性越大，可能造成的危害就越大，越有可能發(fā)生安全事故。因此，反應(yīng)活性應(yīng)該作為一個(gè)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。

4) 物質(zhì)的毒性

化學(xué)物質(zhì)的毒性是指當(dāng)該物質(zhì)接觸人體或者進(jìn)入人體內(nèi)部時(shí)，可能對(duì)人體產(chǎn)生的危害程度。簡單的講，化學(xué)物質(zhì)對(duì)人體機(jī)體的危害越大，就可以定義其毒性越大。對(duì)煤化工生產(chǎn)中物質(zhì)毒性的判斷，應(yīng)該包含物質(zhì)本身的毒性、與人體接觸的難易程度、已發(fā)覺程度、及時(shí)處理程度等多個(gè)方面，這樣才能客觀的評(píng)價(jià)毒性對(duì)安全的影響。

5) 生產(chǎn)工藝方式

生產(chǎn)工藝方式主要是指化學(xué)物質(zhì)的輸送和反應(yīng)方式，一般是指連續(xù)作業(yè)和非連續(xù)作業(yè)。連續(xù)作業(yè)對(duì)物質(zhì)的控制、人員的操作等要求都比較高，在沒有緩和時(shí)間，因此容易出現(xiàn)事故。

6) 反應(yīng)環(huán)境

反應(yīng)環(huán)境主要包括三個(gè)方面。一方面是反應(yīng)過程需要的溫度。溫度是化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)重要的參與因素。高溫和低溫都易造成危害：高溫容易引起火災(zāi)或者爆炸，低溫容易導(dǎo)致某些容器破損、開裂。另一方面是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量越高，越有可能導(dǎo)致設(shè)備密封損壞、質(zhì)量下降，甚至產(chǎn)生燃燒和爆炸。還有一個(gè)方面是反應(yīng)過程中的壓力大小。壓力過高和過低都有可能造成爆炸，增加了安全的隱患。所以，反應(yīng)環(huán)境也應(yīng)該是安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一[2]。

1.2 設(shè)備安全分析

煤化工設(shè)備安全主要包括設(shè)備自身和環(huán)境安全。

1) 設(shè)備類型

設(shè)備類型主要是指設(shè)備是否屬于加熱設(shè)備、加壓設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備等。加熱與加壓設(shè)備往往容易發(fā)生事故，反應(yīng)設(shè)備比儲(chǔ)存設(shè)備更容易發(fā)生事故。

2) 設(shè)備體積

設(shè)備體積主要是指當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，體積大的設(shè)備所造成的影響輻射范圍較大，可能導(dǎo)致的危害也就更大。

3) 設(shè)備密封與設(shè)備質(zhì)量

設(shè)備密封性的好壞直接關(guān)系到化學(xué)原料或者氣體的泄露，密封性差容易導(dǎo)致泄露而發(fā)生危險(xiǎn)。設(shè)備質(zhì)量是指設(shè)備本身的材料強(qiáng)度、抗疲勞性等參數(shù)，良好的質(zhì)量能夠確保設(shè)備的長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

4) 廠房安全條件

廠房及周邊的安全條件也會(huì)對(duì)煤化工生產(chǎn)安全性產(chǎn)生一定的影響。主要考慮以下因素：廠房結(jié)構(gòu)是否安全，比如密閉空間容易發(fā)生事故，也會(huì)給事故后的救援帶來困難；廠房防火設(shè)施是否到位，防火設(shè)備數(shù)量、防火工具等是否完備；廠房泄壓能力，泄壓能力強(qiáng)的能夠緩解爆炸帶來的危害；廠房的應(yīng)急和疏散條件，完善的應(yīng)急和疏散能夠減少事故造成的人員傷亡[3]。

1.3 管理因素分析

隨著現(xiàn)代管理制度的不斷發(fā)展，管理體系的重要性也越來越受到企業(yè)的重視。企業(yè)要建立完整的安全管理機(jī)構(gòu)，制定和遵守安全管理制度，組織安全培訓(xùn)，提高企業(yè)安全保障，加強(qiáng)員工的安全意識(shí)[4]。

2 安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析

對(duì)煤化工生產(chǎn)過程安全指標(biāo)的分析后，要進(jìn)行定量的計(jì)算還需要建立每個(gè)指標(biāo)的賦值標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)各個(gè)指標(biāo)賦值分為5個(gè)等級(jí)，分別為非常安全/5分、安全/4分、存在隱患/3分、危險(xiǎn)/2分、非常危險(xiǎn)/1分。對(duì)物質(zhì)燃燒性賦值劃分為不燃、可燃、較易燃、易燃、非常易燃；爆炸性賦值劃分為不爆、不易爆、較易爆、易爆、非常易爆；反應(yīng)活性賦值劃分為穩(wěn)定、較活躍、活躍、非常活躍、劇烈反應(yīng)；毒性賦值是以物質(zhì)毒性對(duì)人體的危害劃分，分為沒有影響、輕微影響、中度影響、高度影響、嚴(yán)重影響；工藝方式、反應(yīng)環(huán)境、設(shè)備烈性、設(shè)備體積、設(shè)備密封、廠房安全這幾個(gè)指標(biāo)的賦值為沒有危險(xiǎn)、存在危險(xiǎn)、中度危險(xiǎn)、高度危險(xiǎn)、極度危險(xiǎn)；管理制度、管理機(jī)構(gòu)、培訓(xùn)情況賦值為完善、優(yōu)秀、良好、一般、較差[5]。

3 基于AHP的煤化工生產(chǎn)過程安全性評(píng)價(jià)

在層次分析法中，評(píng)價(jià)體系的建立是通過具體指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)前面的分析，建立基于三個(gè)中間層和13個(gè)具體指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，如圖1所示。

圖1 煤化工生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)體系

3.1 對(duì)評(píng)價(jià)體系的數(shù)學(xué)分析

1) 構(gòu)建判斷矩陣的構(gòu)建

構(gòu)建判斷矩陣就是對(duì)各個(gè)因素之間進(jìn)行兩兩比較。矩陣中，xij的取值就是同層兩個(gè)因素之間重要性對(duì)比值，取值為1～9，值越大，說明i與j相比，重要程度越高。

因此，對(duì)圖1評(píng)價(jià)體系進(jìn)行衡量，可得判斷矩陣分別為：

2) 權(quán)重排序與一致性檢驗(yàn)

權(quán)重排序是通過計(jì)算判斷矩陣的特征向量，計(jì)算得出各個(gè)因素的重要程度。一致性檢驗(yàn)則是判斷矩陣取值是否合理，其計(jì)算方法如式(1)、式(2)。

CR=CI/RI

(1)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(2)

式(1)中：CR代表判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，如果CR<0.10，一致性檢驗(yàn)合格，否則需要重新取值；CI代表判斷矩陣的一致性指標(biāo)；RI代表平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取1.56；式(2)中λmax代表判斷矩陣的最大特征根。

利用MATLAB計(jì)算機(jī)程序可以求解判斷矩陣的特征向量和最大特征根，計(jì)算結(jié)果如表1所示，一致性檢驗(yàn)結(jié)果合格。

表1 煤化工生產(chǎn)過程安全評(píng)價(jià)結(jié)果表

3) 總排序

最底層各影響因素c1、c2……c15對(duì)最高層因素A的影響權(quán)重向量為式(3)、式(4)。

Q=[q1,q2,……,q13]T

(3)

qk=ckbl

(4)

k=1～6時(shí)，l=1；k=7～10時(shí)，l=2；k=11～13時(shí)，l=3。

式(3)中：q代表c層因素對(duì)A層影響的權(quán)重值；式(4)中ck代表c層因素對(duì)B層影響的權(quán)重值；b代表B層因素對(duì)A層影響的權(quán)重值。

所以，可以計(jì)算得出各因素的層次總排序，結(jié)果填入表1。

3.2 綜合評(píng)價(jià)分析與應(yīng)用

在分析了評(píng)價(jià)體系各因素對(duì)頂層的影響權(quán)重之后，對(duì)每個(gè)因素根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行打分，可以得出最終的綜合評(píng)價(jià)成績。

綜合評(píng)價(jià)計(jì)算如式(5)。

(5)

式(5)中：F代表綜合評(píng)價(jià)得分；P代表各因素的現(xiàn)場(chǎng)打分結(jié)果矩陣；pk代表現(xiàn)場(chǎng)打分結(jié)果。

以同煤集團(tuán)某化工公司煤制甲醇為例，綜合一線技術(shù)人員和安全管理人員的打分結(jié)果，如表1所示。結(jié)合層次分析法結(jié)果，得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果為：F=3.488，即存在一定的隱患，需要在生產(chǎn)中加強(qiáng)安全措施。

4 結(jié)語

通過對(duì)煤化工生產(chǎn)過程中常見的危險(xiǎn)因素的分析，根據(jù)層次分析法的基本原理，建立了安全性價(jià)評(píng)價(jià)體系并計(jì)算了各因素的權(quán)重大小。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行打分，得出了綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。這一結(jié)果可以以定量的結(jié)果綜合反映煤化工生產(chǎn)過程的安全性，可以為安全評(píng)價(jià)提供一定的理論依據(jù)。