基于模糊綜合評價法的石油化工裝置安全風險評估研究

林 瑯

(廣州市萬保職業安全事務有限公司海南分公司，海南 海口 570100)

長期以來，石油化工行業作為高風險區域，給生產帶來極大威脅。石油企業生產工藝復雜，絕大多數為易燃易爆物質，工藝操作條件苛刻，若生產過程對異常工況處置不及時、過程安全管控不到位，容易造成產品品質下降，甚至發生火災爆炸事故[1]。近些年，企業規模的不斷擴大，裝置密集性越來越大，增加了事故連鎖發生的可能性和事故的危害性，有必要對石油化工裝置過程存在的固有風險和事故連鎖風險進行評價[2]。目前，石油化工裝置安全風險評價主要包括安全檢查表法[3]、危險與可操作性分析法[4-5]、故障類型和影像分析法等[6-8]。有效的技術手段和科學的管理方式的應用，實現了石油化工過程風險的動態監測、預警和管控，提升了生產過程安全管理水平[9]。基于此，本文從安全管理、生產設施及場所、環境衛生等方面進行石油化工裝置評價，并通過模糊數學理論建立石化裝置的安全評價模型，給出石油化工裝置安全管理層級。

1 安全評估指標體系

1.1 評估指標選擇

石化生產裝置是一個極其復雜的綜合系統，石化生產中典型的淺冷裝置如圖1所示，其中包括了各類容器、管道、安全附件，發生裝置、攪動設備。其中某一裝置發生問題，將會對整個生產工藝造成惡劣影響，嚴重時對人身安全造成重大威脅。因此，對石化生產狀況的安全評價涉及的內容繁雜，考慮的因素相當廣泛。要建立一套完善、合理、科學的評價因素指標體系，首先需要遵循系統性、科學性原則，在確定評價指標體系時，采用通用性原則建立共性指標評價層，對特殊性指標體系，根據結構層次和關系，要保證評價指標的普遍性，兼顧其特殊性。同時，各選定的指標需要可定性、定量化，避免單一的定性分析而造成評價結果的不全面。為保證指標評價的針對性、合理性和有效性，采用決策樹篩選法中經典的C4.5算法來確定石油化工裝置過程安全管理評價指標。淺冷裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 淺冷裝置工藝流程

決策樹利用信息原理對樣本屬性進行分析歸納，C4.5算法將生產裝置過程安全管理指標關聯度屬性作為屬性變量，通過分析設備、工藝和裝置3個方面，全面地選取各類可測量指標作為安全管理評價指標，采用決策樹算法訓練，計算指標關聯度屬性數據，選取評估指標，基于決策樹的化工裝置風險安全評估系統如圖2所示。

圖2 裝置風險評估系統

根據石油化工裝置安全管理體系要素要求，對各要素進行綜合歸類，建立石油化工裝置安全管理評估指標體系(表1)，整個安全管理評價系統采用三級指標管理。

表1 石油化工裝置安全管理評估指標體系

1.2 評價指標的量化

針對指標體系中的定量指標，采用5段區間法進行賦值處理，如式(1)所示：

(1)

相應地，指標體系中定性指標也采用5段區間值來確定，具體為：

(2)

其中，xij為第i類第j個定量指標值；a—e為某一指標對應的量化指標值；Aij為第i類第j個指標原始狀態描述(T1—T5)。

1.3 評估等級

石油化工裝置安全管理系統將評估等級指數劃分為優秀、良好、中等、合格、不合格5個等級，如圖3所示。其中，①1級表示該裝置安全評價績效處于不合格水平，當前的裝置運行狀態難以滿足安全生產工作；②2級處于安全評價績效合格水平，裝置可滿足生產，但存在較大的風險因素；③3級處于安全評價績效中等水平，裝置可完全滿足生產，但存在人的行為或硬件設備的問題；④4級處于安全評價績效良好水平，裝置滿足安全生產需求，管理制度和人的行為符合安全規則制度；⑤5級處于優秀水平，企業的生產設備、硬件設施先進，人員素質高，匹配齊全的安全防護用品，能處理突發故障，安全生產規則制度和安全應急預案完善。為確保評估結果的有效性和可比性，針對各項評估指標，對每一級的指標賦予不同的分值，根據計算結果評估原始分值，由權重系數將評估結果轉化為5個等級數值。

圖3 石化裝置安全評價等級

1.4 權重系數計算

本文采用模糊層次綜合評價法進行各評價指標權重系數計算[10]。對于任意一個指標Ui，在確定的打分標準下給出指標的評價標準，然后由N個專家進行統計投標。假設有M0票同意，Mns+1票反對，其余偏向于同意至反對的態度依次有M1，M2，…，Mns票，則確定該評價指標的評價結果為：

S=a+b1i1+…+bkik+…bnsins+Cj

(3)

其中，a=M0/N，bk=Mk/N，C=Mns+1/N。通過專家打分法對元素標準進行評分，并由模糊理論得到對因素ui相對于評價集V的隸屬度[11]，即：

(4)

將各指標的評價隸屬度表示為Ri=(ri1，ri2，…，rin)，對所有因素評價，獲得石油化工裝置的模糊評價矩陣為：

(5)

對建立的模糊評價矩陣進行綜合評判，表示為：

B=AR=(a1，a2，…，an)

(6)

表2 裝置指標權重系數

各指標權重系數表示該指標在評價體系的重要程度，指標權重系數越大，則對設備過程的安全管理影響越大，當在指標分值相同時，權重系數大的指標所對應的評估結果績效越好[10-12]。從表2中可以看出，在二級指標中，根據指標權重影響值由大到小，分別為生產設施及場所、安全生產與管理、作業環境與衛生。在三級指標中，火災爆炸危險場所的權重系數最高，這也是石油化工裝置運行過程中的重大危險源，需要特別注意；安全管理體系、安全技術規程、安全生產責任制所占的權重系數也相對較高，即在石油化工裝置生產過程中，切實有效的管理制度和技術方案對于實現安全管理目標是相當重要的；有害作業治理情況所占權重相對較高，作為特殊的化工行業，石油化工裝置生產過程中會形成各種有毒有害氣體、液體，對有害作業的治理工作以及有毒氣體管理體系也是需要重點關注的方面。

2 裝置的安全評價模型

2.1 評判指標

根據建立的三級指標體系，采用綜合評判法對石化生產裝置中的乙烯裝置進行安全性評價。為便于同類石油化工裝置評價使用，定義100～90為優秀；89～80為良好，79～70為中等，69～60為合格，59以下為不合格。風險評價等級如圖4所示。

圖4 風險評價等級

確定評判集為：V={v5，v4，v3，v2，v1}={優秀，良好，中等，合格，不合格}

(7)

2.2 指標層模糊評判

由第二級開始進行評判，并根據杜邦咨詢公司評判結果比較[12]。在“生產設施及場所”指標體系下有7個指標，建立7個因素的單因素評價矩陣為：

(8)

確定指標的權重集為：

A=(0.102 45，0.182 46，0.184 63，0.144 52，0.126 86，0.123 75，0.143 56)

(9)

則建立“生產設施及場所”的模糊綜合評判為：

B1=(0，0，0.067 5，0.489 5，0.443 0)

(10)

根據最大隸屬度原則，確定“生產設施及場所”的評價級別為“合格”。由杜邦評價：由于缺乏完善的質量保證程序，乙烯裝置管在啟動前安全檢查以及運行過程，設備硬件條件質量難以保證，“裝置日常巡查記錄”等雖然在使用，但更多的是依賴于檢查表驗證設備的完整性。在日常檢查工作中，更多的是集中于工藝設備的不安全狀況和不安全因素，檢查過程未注意到員工的不安全行為，缺乏全面的數據收集和分析趨勢行為，從而獲得的結果無法代表不尋常狀況。由杜邦評價準則，可以從以下方面進行完善：預防性維修、檢測存在高度風險和生產、運輸、管理危險化學品的設備等制定合格的檢修計劃、分析非計劃停車數據，給出關鍵設備的日常管理數據和停車檢修數據，注重對人的不安全行為的管理，實現“人、機、物”的安全管理目標。

在“作業環境與衛生”指標體系下的4個指標建立單因素評價矩陣，并獲得指標的模糊綜合評判結果為：

A=(0，0.024 7，0.462 5，0.307 9，0.204 9)

(11)

根據最大隸屬度原則，確定“作業環境與衛生”的評價級別為“良好”。由杜邦評價：施工現場與辦公區采取了有效了隔離措施，保持安全距離，施工企業為作業人員提供了必備的防護用品，采取了有效的職業病防護措施，但員工在使用中存在不合理佩戴，對存在的危害人體健康的有毒有害物質未做好有效的防護措施。對施工過程中產生的有毒、有害物質以及水土污染物進行了有效處理，建立起環境保護、環境衛生和檢查制度。企業根據有關法律法規制定了施工現場公共衛生突發事件應急預案。

在“安全生產與管理”指標體系下的11個指標建立單因素評價矩陣，并獲得指標的模糊綜合評判結果為：

A=(0，0，0.263 2，0.516 8，0.220 0)

(12)

根據最大隸屬度原則，確定“安全生產與管理”的評價級別為“合格”。由杜邦評價：乙烯裝置管理層認識到安全的直觀重要性，但在實際執行過程中，更多地強調命令式的管理方式，可能形成被動的安全文化和依賴性；管理層在安全方面表現在遵守規章制度，但法規僅是最低安全要求的體現，管理人員在面對無法接受的風險時，難以迅速采取有效的糾正措施。企業存在許多成文規則制度，但未落實為詳細工作指導。

2.3 裝置整體安全評價

整體安全評價獲得最終的評價結果，整體安全評價中包括“生產設施及場所”、“作業環境與衛生”、“安全生產與管理”指個指標，建立整體安全評價的單因素評價矩陣為：

R=

(13)

“乙烯裝置過程安全性”模糊評價結果為：

A=(0，0，0.135 7，0.527 5，0.336 8)

(14)

根據隸屬度原則，確定乙烯裝置安全性整體評價級別為“合格”。由杜邦評價：管理層理解安全生產的重要性，并建立了相應的安全管理體系，存在的安全問題主要包括：在工藝安全信息、工藝危害分析等工藝安全管理方面存在較大差距，缺乏安全管理技巧和領導能力，對不安全行為表現為容忍態度，缺乏對安全業績的跟進機制和獎懲機制，并未體現出直線管理層在安全方面的職責。

3 結論

從生產設施及場所、作業環境與衛生、安全生產與管理3方面考慮，建立三級指標體系。采用專家調查法和層次分析法來計算指標權重，通過模糊數學理論建立石油化工裝置的安全評價模型，將評價結果與杜邦評價描述逐層分析，給出石油化工裝置安全管理層級。

(1)基于層次分析法和專家調查法指出，指標影響權重由大到小依次為：生產設施及場所、安全生產與管理、作業環境與衛生。其中三級指標中，火災爆炸危險場所的權重系數最大，安全管理體系、規章制度權重相對較高。

(2)基于綜合評判法，將評價結果分為5級，通過模糊數學理論對乙烯石油化工裝置評價為“合格”級別，結合杜邦評價準則，指出該裝置管理層建立了有效的安全管理體系，但工藝安全管理、安全業績的跟進機制和獎懲機制等方面存在不足。