CN102521657B - 基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法。本发明首先在对羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故构建事故树的基础上，根据现场设备实际运行状况的统计及依据专家经验所提供的模糊信息，运用模糊事故树理论，对羰基化生产醋酐合成反应釜进行了模糊可靠性分析，求出了羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故的模糊概率可能性分布；并利用结构重要度系数近似值法对其进行结构重要度分析，运用对事故树底部事件进行排序分级的加权结构重要度分析法，确立了影响系统的最主要因素，为系统安全分析提供了新的方法和途径。

Description

基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法

技术领域

本发明属于化工安全、环境系统安全与控制理论与控制工程领域，涉及一种基于模糊事故树的羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故分析方法。

背景技术

化工企业生产中，生产物料大多数具有易燃、易爆、有毒、腐蚀的性质，同时化工生产工艺连续性强，技术复杂的特点。随着生产技术的发展和生产规模的扩大，化工生产安全已成为一个社会问题。一旦发生火灾和爆炸事故，不但导致生产停顿、设备损坏，而且也会造成大量人身伤亡，甚至波及社会，产生无法估量的损失和难以挽回的影响。因此，需要对化工生产的发生事故进行科学的分析和研究，以提高化工企业生产的安全性、降低生产事故率。

事故树分析方法(Fault Tree Analysis，FTA)：事故树分析是安全系统工程中主要的分析方法之一。该方法通过逻辑演绎揭示事故基本事件(隐患)之间和基本事件与顶上事件的相互逻辑关系，把系统的事故与组成子系统的隐患有机地联系在一起，能找出系统全部可能的失效状态，其主要功用是能够对导致系统处于不安全状态的事故隐患及其逻辑关系进行描述。这种方法可以对系统中的各种危险进行定性分析、定量分析、预测和评价。

发明内容

本发明提出一种基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法，对传统事故树无法解决的基本事件难以确定概率值的羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故进行分析，并采用多种模糊数的形式来进行评价，使得事故树的分析范围得以延伸和扩展，对化工生产安全事故的评价工作有不可估量的推动作用。

本发明采用如下技术解决方案：首先在对羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故构建事故树的基础上，根据现场设备实际运行状况的统计及依据专家经验所提供的模糊信息，运用模糊事故树理论，对羰基化生产醋酐合成反应釜进行了模糊可靠性分析，求出了羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故的模糊概率可能性分布；并利用结构重要度系数近似值法对其进行结构重要度分析，运用对事故树底部事件进行排序分级的加权结构重要度分析法，确立了影响系统的最主要因素，为系统安全分析提供了新的方法和途径。

本发明方法包括以下步骤：

步骤1.确定分析对象为“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”；

步骤2.建造事故树；

由反应釜爆炸可知只有在“反应压力异常升高”、“压力超过反应釜的承受能力”同时发生且在“控制系统故障”存在的条件下，反应釜爆炸事故才可能发生。因此，第一层事件之间的逻辑关系用逻辑与门、逻辑与门表示，直至事故树的规模和分析深度达到基本事件为止，得到“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”的事故树图。

步骤3.事故树的简化描述；

利用一个三维数组T(i，j，k)来存储故障树各层事件之间的连接关系，T(i，j，k)表示第i层中第j个事件所连接的第k个下层事件。同时利用二维数组Ts(i，j)来存储故障树中所有用逻辑与门连接的事件。

顶事件：T(0，0，1)＝T

第二层事件：T(1，1，1)＝A₁；T(1，1，2)＝A₂；T(1，1，3)＝A₃

第三层事件： $T\left(\mathrm{2,1,1}\right)=B_1\⊕B_2\⊕B_3;T\left(\mathrm{2,2,2}\right)=X_1\⊕X_2;T\left(\mathrm{2,3,3}\right)=X_3\⊕X_4\⊕B_4\⊕X_5$

第四层事件： $T\left(\mathrm{3,1,1}\right)=C_1\⊕C_2;T\left(\mathrm{3,1,2}\right)=X_6\⊕X_7;T\left(\mathrm{3,1,3}\right)=C_3\⊕C_4$

逻辑与门连接的事件： $\mathrm{Ts}(i,j)=A_1\⊗A_2\⊗A_3$

步骤4.事故树分析的模糊算子设定；

由于化工生产系统的复杂性，导致各基本事件的发生是随机的不确定的，对于没有统计资料的各基本事件或统计资料不够全面或统计资料缺失的情况下，应采用专家打分结合三角模糊数来进行处理，用三角模糊数来表示各不定事件发生的概率。

有n个专家对羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事件的发生概率进行评估，则其三角模糊数的概率值集合为： ${\tilde{A}}_i=({\tilde{A}}_i,{\tilde{A}}_2,\·\·\·\·\·\·{\tilde{A}}_n),i=\mathrm{1,2}\·\·\·\·\·\·n.$

对于离散型随机事件变量，其数学期望值E(x)即为其均值m，则 离散型随机事件变量的数学方差u＝D(x)为

$D\left(x\right)={\mathrm{\δ}}^2=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[x_k-E\left(x\right)]}^2{P}_k---\left(1\right)$

步骤5.结构重要度分析；

结构重要度分析，是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度。即在不考虑各基本事件的发生概率的情况下，分析各基本事件对顶事件发生所产生的影响程度。基本事件结构重要度越大，它对顶事件的影响就越大，反之亦然。基本事件的结构重要度系数由近似式(2)计算所得。

式中，为基本事件X_i的结构重要度系数；N_i为基本事件X_i所属最小径集包含的基本事件数；E_r为最小径集。

步骤6.加权结构重要度分析；

基本事件加权结构重要度分析法，能从量的角度上来表达事故树中各基本事件对顶事件的影响程度，根据损失合成原则的思想，得出数学表达式(3)。

式中，I′_g(i)为加权结构严重度，用来表达基本事件X_i对顶事件的影响程度；基本事件X_i的发生概率；基本事件X_i的结构重要度系数

步骤7.依据基本事件结构重要度系数确定安全控制优选方案；

由模糊FTA分析得出的各基本事件的结构重要度系数知，各基本事件对顶上事件影响重要程度的相对大小，籍此可以找出系统的最薄弱环节，从而确定所应采取相应安全措施的优先顺序，实现对生产安全进行科学、合理、有效的控制。

本发明具有的有益效果是：本发明提出一种基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法，对传统事故树无法解决的基本事件难以确定概率值的羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故进行分析，并采用多种模糊数的形式来进行评价，使得事故树的分析范围得以延伸和扩展，对化工生产安全事故的评价工作有不可估量的推动作用。

附图说明

图1是羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事故树的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1.确定分析对象为“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”；

步骤2.建造事故树。

编制故障树时，首先从顶上事件分析，确定顶上事件的直接、必要和充分的原因，应注意不是顶上事件的基本原因。将这直接、必要和充分原因事件作为次顶上事件(即中间事件)，再来确定它们的直接、必要和充分的原因，这样逐步展开。分析顶事件发生的原因和过程，找出导致顶事件发生的直接原因即中间事件，作为逻辑门的输入事件，根据它们与顶事件的逻辑关系用适当的逻辑门连接起来。

由反应釜爆炸可知只有在“反应压力异常升高”、“压力超过反应釜的承受能力”同时发生且在“控制系统故障”存在的条件下，反应釜爆炸事故才可能发生。因此，第一层事件之间的逻辑关系用逻辑与门、逻辑与门表示，直至事故树的规模和分析深度达到基本事件为止，得到“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”的事故树图。

步骤3.事故树的简化描述。

利用一个三维数组T(i，j，k)来存储故障树各层事件之间的连接关系，T(i，j，k)表示第i层中第j个事件所连接的第k个下层事件。同时利用二维数组Ts(i，j)来存储故障树中所有用逻辑与门连接的事件；

顶事件：T(0，0，1)＝T

第二层事件：T(1，1，1)＝A₁；T(1，1，2)＝A₂；T(1，1，3)＝A₃

第三层事件： $T\left(\mathrm{2,1,1}\right)=B_1\⊕B_2\⊕B_3;T\left(\mathrm{2,2,2}\right)=X_1\⊕X_2;T\left(\mathrm{2,3,3}\right)=X_3\⊕X_4\⊕B_4\⊕X_5$

第四层事件： $T\left(\mathrm{3,1,1}\right)=C_1\⊕C_2;T\left(\mathrm{3,1,2}\right)=X_6\⊕X_7;T\left(\mathrm{3,1,3}\right)=C_3\⊕C_4$

逻辑与门连接的事件： $\mathrm{Ts}(i,j)=A_1\⊗A_2\⊗A_3$

由各中间事件出发逐层深入地找出每层事件发生的所有可能的原因，直到无须再深究其发生原因的底事件为止。

步骤4.事故树分析的模糊算子设定。

由于化工生产系统的复杂性，导致各基本事件的发生是随机的不确定的，对于没有统计资料的各基本事件或统计资料不够全面或统计资料缺失的情况下，应采用专家打分结合三角模糊数来进行处理，用三角模糊数来表示各不定事件发生的概率。

有n个专家对羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事件的发生概率进行评估，则其三角模糊数的概率值集合为： ${\tilde{A}}_i=({\tilde{A}}_i,{\tilde{A}}_2,\·\·\·\·\·\·{\tilde{A}}_n),i=\mathrm{1,2}\·\·\·\·\·\·n.$

对于离散型随机事件变量，其数学期望值E(x)即为其均值m，则 离散型随机事件变量的数学方差u＝D(x)为

$D\left(x\right)={\mathrm{\δ}}^2=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[x_k-E\left(x\right)]}^2{P}_k---\left(1\right)$

步骤5.结构重要度分析。

结构重要度分析，是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度。即在不考虑各基本事件的发生概率的情况下，分析各基本事件对顶事件发生所产生的影响程度。基本事件结构重要度越大，它对顶事件的影响就越大，反之亦然。基本事件的结构重要度系数由近似式(2)计算所得。

式中，为基本事件X_i的结构重要度系数；N_i为基本事件X_i所属最小径集包含的基本事件数；E_r为最小径集。

步骤6.加权结构重要度分析。

底事件的结构重要度从故障树结构的角度反映了各底事件在故障树中的重要度。

基本事件加权结构重要度分析法，能从量的角度上来表达事故树中各基本事件对顶事件的影响程度，根据损失合成原则的思想，得出数学表达式(3)。

式中，I′_g(i)为加权结构严重度，用来表达基本事件X_i对顶事件的影响程度；基本事件X_i的发生概率；基本事件X_i的结构重要度系数。

步骤7.依据基本事件结构重要度系数确定安全控制优选方案。

由模糊FTA分析得出的各基本事件的结构重要度系数知，各基本事件对顶上事件影响重要程度的相对大小，籍此可以找出系统的最薄弱环节，从而确定所应采取相应安全措施的优先顺序，实现对生产安全进行科学、合理、有效的控制。

Claims (1)

1.基于模糊事故树羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸分析方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1.确定分析对象为“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”；

步骤2.建造事故树；由反应釜爆炸可知只有在“反应压力异常升高”、“压力超过反应釜的承受能力”同时发生且在“控制系统故障”存在的条件下，反应釜爆炸事故才可能发生；因此，第一层事件之间的逻辑关系用逻辑与门、逻辑与门表示，直至事故树的规模和分析深度达到基本事件为止，得到“羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸”的事故树图；

步骤3.事故树的简化描述

利用一个三维数组T(i,j,k)来存储故障树各层事件之间的连接关系，T(i,j,k)表示第i层中第j个事件所连接的第k个下层事件；同时利用二维数组Ts(i,j)来存储故障树中所有用逻辑与门连接的事件；

顶事件：T（0,0,1）=T

第二层事件：T（1,1,1）=A₁；T（1,1,2）=A₂；T（1,1,3）=A₃

第三层事件：T（2,1,1）=B₁⊕B₂⊕B₃；T（2,2,2）=X₁⊕X₂；T（2,3,3）=X₃⊕X₄⊕B₄⊕X₅

第四层事件：T（3,1,1）=C₁⊕C₂；T（3,1,2）=X₆⊕X₇；T（3,1,3）=C₃⊕C₄

逻辑与门连接的事件： $\mathrm{Ts}(i,j)=A_1\⊗A_2\⊗A_3$

步骤4.事故树分析的模糊算子设定；

由于化工生产系统的复杂性,导致各基本事件的发生是随机的不确定的,对于没有统计资料的各基本事件或统计资料不够全面或统计资料缺失的情况下,应采用专家打分结合三角模糊数来进行处理，用三角模糊数来表示各不定事件发生的概率；

有n个专家对羰基化生产醋酐合成反应釜爆炸事件的发生概率进行评估,则其三角模糊数的概率值集合为:i=1,2……n；

对于离散型随机事件变量,其数学期望值E(x)即为其均值m,则m=E(x)=离散型随机事件变量的数学方差u=D(x)为

$D\left(x\right)={\mathrm{\δ}}^2=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[x_k-E\left(x\right)]}^2{P}_k---\left(1\right)$

步骤5.结构重要度分析；

结构重要度分析,是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度，即在不考虑各基本事件的发生概率的情况下,分析各基本事件对顶事件发生所产生的影响程度；基本事件结构重要度越大,它对顶事件的影响就越大,反之亦然；基本事件的结构重要度系数由近似式(2)计算所得；

式中，为基本事件X_i的结构重要度系数；N_i为基本事件X_i所属最小径集包含的基本事件数；E_r为最小径集；

步骤6.加权结构重要度分析；

基本事件加权结构重要度分析法，能从量的角度上来表达事故树中各基本事件对顶事件的影响程度，根据损失合成原则的思想，得出数学表达式(3)；

式中，I'_g(i)为加权结构严重度，用来表达基本事件X_i对顶事件的影响程度；为基本事件X_i的发生概率；为基本事件X_i的结构重要度系数；

步骤7.依据基本事件结构重要度系数确定安全控制优选方案；

由模糊事故树分析方法分析得出的各基本事件的结构重要度系数知，各基本事件对顶上事件影响重要程度的相对大小，籍此可以找出系统的最薄弱环节，从而确定所应采取相应安全措施的优先顺序，实现对生产安全进行科学、合理、有效的控制。