CN105825320A - 一种石油化工企业承灾体脆弱性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石化企业承灾体脆弱性评估方法，所构建的石化企业承灾体脆弱性评估模式可指导石化企业火灾、爆炸及有毒物质泄漏事故的控制与预防，降低石化企业事故风险。该方法构建的评估模式考虑了主客观因素的影响，评估结果更为客观合理，提供的决策建议具有较大的实际应用价值。

Description

一种石油化工企业承灾体脆弱性评估方法

技术领域

本发明是一种利用综合指数技术对石油化工企业内承灾体进行脆弱性评估的方法，属于石油化工企业事故风险管理领域。

技术背景

由于石油化工企业内危险化学品存储量大、生产工艺复杂、操作条件严格，事故风险较大，一旦发生火灾、爆炸或有毒物质泄漏事故，易对周围人员、装置及建(构)筑物等承灾目标造成严重影响。石油化工企业内承灾体类型一般可分为三种：人员承灾目标、装置承灾目标、建(构)筑物承灾目标，各类承灾目标构成的承灾体系的脆弱性与事故发生的可能性及后果严重度密切相关，因此，对事故的控制和预防可看作是对承灾体脆弱性的管控。

目前石化企业风险评估主要从致灾因素的辨识分析与管理控制方面进行研究，缺乏从承灾体脆弱性方面的事故控制和灾害预防措施研究。现阶段国内外关于工业事故领域脆弱性研究主要集中于化工园区及化工行业层面的土地规划、应急救援、安全管理等方面，缺乏针对石化企业层面上的承灾体脆弱性研究，比较常用的评估方法为综合指数法，该方法中指标权重的计算主要采用主观赋权法，评判结果受人的主观因素影响较大，主观性较强。因此有必要建立石油化工企业承灾体脆弱性评估模式，考虑主观因素和客观因素的对权重结果的影响，采用一种科学合理的评估方法，为石油化工企业采取多层次、多方面的灾害预防和事故控制措施提供决策依据，最大限度的降低事故对各类承灾目标的影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有石油化工企业事故控制与灾害预防的问题，提出一种石油化工企业承灾体脆弱性评估方法，以提高安全管理的效率。

本发明提供的一种石油化工码头储罐区火灾爆炸风险评估方法包括有以下步骤：

(1)确定研究区域

由于生产的大型化和连续化，石化企业通常占地面积较大，危险源分布较广，人员、装置、建(构)筑物分布呈现一定的集聚性，为便于管理企业通常按照生产类型的不同分区管理。在确定研究区域范围时，参考前人关于化工园区脆弱性研究时通常分模块研究，同时考虑到石化企业内各类承灾目标和危险源的分布特点，结合企业实际特点并参照标准《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)中重大危险源区域划分，按照重大危险源的划分方式，进行研究区域的划分。

(2)资料的收集与统计

资料的详尽情况直接影响研究结果是否客观、全面，在实际的评估过程中，资料的收集与统计受到客观因素的影响，往往受到限制。基于石化企业人员、装置、建(构)筑物脆弱性影响因素分析，脆弱性评估应收集的关键信息：研究区域工艺情况、研究区域内人口、装置、建(构)筑物分布情况、研究区域内原材物料情况、研究区域内设备、设施情况、研究区域内消防设施配备情况、研究区域内安全防护措施采取情况、企业安全管理状况等。

(3)危险源和承灾体类型辨识与统计分析

危险源和承灾体类型辨识与统计过程如下：

①辨识研究区域内原材物料的品种、数量、储量及运行过程中的存在部位，依据标准《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)分析研究区域内物质的固有危险性。

②分析生产、储存、运输过程中可能发生的火灾、爆炸、有毒有害事故及事故后果影响，依据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》对研究区域进行重大危险源分级。

③辨识研究区域内可能遭受火灾、爆炸、有毒物质泄漏事故的人员、装置及建(构)筑物等各类承灾目标的数量及分布，分析事故发生时承灾目标的受伤害程度。

(4)指标体系的构建及权重的确定

指标体系的构建须综合考虑各方面的因素，结合研究对象的特点筛选脆弱性评估指标。考虑到石化企业内人员、装置及建(构)筑物为主要承灾目标，可构建目标层为承灾体脆弱性总体指标、准则层为人员脆弱性指标、装置脆弱性指标、建(构)筑物脆弱性指标的指标体系，各因素层指标可结合承灾目标的脆弱性影响因素分析和研究区域的实际情况进行筛选。

脆弱性指标重要程度需要咨询该领域专家意见，设计脆弱性指标权重问卷调查表，发放并统计问卷调查结果，计算指标权重，过程如下：

①层次分析法确定权重

对专家的评分结果进行加权计算，并采用1～9及其倒数的标度方法^[12]进行两两比较，得到判断矩阵。

矩阵正规化：

$\stackrel{\‾}{a_{ij}}=\frac{a_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{ij}},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

求和向量：

$W_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\stackrel{\‾}{a_{ij}},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(2\right)$

求权向量：

$\stackrel{\‾}{W_i}=\frac{W_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{W}_i},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(3\right)$

求最大特征根：

${\mathrm{\λ}}_{max}=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\[A\stackrel{\‾}{W_i}\]}_i}{n\left(\stackrel{\‾}{W_i}\right)}---\left(4\right)$

检验公式：

$CI=\frac{{\mathrm{\λ}}_{\max }-n}{n-1}---\left(5\right)$

$CR=\frac{CI}{RI}---\left(6\right)$

其中，RI取值见表1，当CR小于0.1时，认为结果符合一致性要求，即权系数的分配是合理的；否则，需要调整判断矩阵的元素的取值，重新分配权重系数的值。

表1平均随机一致性指标(RI)取值表

②熵权法确定权重

构造判断矩阵

由已获得的m个评价对象的n个评价指标初始数据构建判断矩阵R，判断矩阵如下：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& \mathrm{...}& R_{1m}\\ R_{21}& R_{22}& \mathrm{...}& R_{2m}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ R_{n1}& R_{n2}& \mathrm{...}& R_{nm}\end{array}\right],(i=1,\mathrm{2...},n;j=1,2,\mathrm{...},m)$

权重的计算

矩阵正规化：

$Y_{ij}=\frac{r_{ij}-r_{min}}{r_{\max }-r_{\min }}---\left(7\right)$

信息熵的计算：

$f_{ij}=\frac{1+Y_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(1+Y_{ij})}---\left(8\right)$

$E_j=-\frac{1}{lnn}\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ij}\ln f_{ij}\right)---\left(9\right)$

熵权系数即权重的计算：

$u_j=\frac{1-E_j}{m-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{E}_j}---\left(10\right)$

③组合权重的计算

组合权重的计算即对层次分析法和熵权法得到的权重进行复合，组合权重计算公式为：

$T_i=0.5u_i+0.5\stackrel{\‾}{W_i}---\left(11\right)$

(5)模糊综合评价

①确定因素集

根据已构建的指标体系可建立脆弱性评估因素集u＝{u1，u2，u3}。

②建立评价等级集

依据脆弱性指数划分为等级，见表1。不脆弱等级表示优秀，不太脆弱等级表示良好，一般脆弱等级表示系统处于临界状态，应对系统薄弱部位加强管控，比较脆弱表示承灾体脆弱性程度较高，应立即采取措施加以改进，非常脆弱表示承灾体脆弱性程度极高，应立即采取措施并进行重点管控。

表1脆弱性等级

③构建评语集，设计专家问卷调查，确立模糊评价矩阵。

根据因素等级划分以及承灾体脆弱性影响因素分析，设计各因素的评语集和专家问卷调查表，统计专家对各因素的评判意见，确立模糊评价矩阵R：

$R_{1i}=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \mathrm{...}& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& \mathrm{...}& r_{2m}\\ r_{31}& r_{32}& \mathrm{...}& r_{3m}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ r_{n1}& r_{n2}& \mathrm{...}& r_{nm}\end{array}\right]$

其中rij(j＝1，2，...，m)表示第Ui个因素对应评语集V的模糊判断。

④多级模糊综合评价

脆弱性评估模式为多层次模型，需构建多级模糊综合评价，评价过程为：

求二级模糊评价矩阵：R₁＝T_iοR_1i(12)

准则层脆弱性指数：

$f_i=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i{V}_i---\left(13\right)$

一级模糊评价矩阵确定：D＝TοR₁＝Tο(T_iοR_1i)(14)

目标层脆弱性指数：

附图说明：

图1石化企业承灾体脆弱性评估模式程序框图

图2石化企业承灾体脆弱性评估指标体系

具体实施方式：

下面以本发明的石油化工企业承灾体脆弱性评估方法在某石油化工企业的实施为例做进一步的说明。

步骤(1)确定研究区域；

依据石油化工布置情况和重大危险源区域划分标准选取企业内乙烯装置区为研究对象进行承灾体脆弱性研究。

步骤(2)资料的收集与统计；

通过实地调差收集研究区域工艺情况、研究区域内人口、装置、建(构)筑物分布情况、研究区域内原材物料情况、研究区域内设备、设施情况、研究区域内消防设施配备情况、研究区域内安全防护措施采取情况、企业安全管理状况等。

步骤(3)危险源和承灾体类型辨识与统计分析；

依据重大危险源辨识与分级标准可知，该区域构成一级重大危险源。装置区内工艺设备、压力容器及压力管道因腐蚀、制造安装质量问题，以及开停工频繁，温度和压力升降骤变等原因，或由于突然断电等意外事故，可能引起动、静密封部位泄漏，且装置物料为汽油、氢气，操作温度较高，一旦泄漏威胁现场人员、设备安全，存在火灾危险。装置中物料是易燃、易爆物质，装置内许多设备操作温度高，泄漏的物料可能被引燃，发生火灾、爆炸事故，压缩机出口、裂解炉、二段反应器、氢压机出口若发生泄漏，形成可燃气体蒸气云，具有火灾、爆炸危险，对区域内人员、装置、建(构)筑物伤害极大。企业内主要承灾目标有人员、装置及建构筑物。

步骤(4)指标体系的构建及权重的确定；

石化企业承灾体脆弱性评估体系为多层复杂系统，承灾系统脆弱性受到区域内人员承灾、装置及建(构)筑物等承灾目标的暴露性、敏感性和应对能力的影响。本文根据标体系构建原则构建目标层为承灾体脆弱性总体指标、准则层为人员脆弱性指标、装置脆弱性指标、建(构)筑物脆弱性指标的指标体系，建立的释怀企业承灾体脆弱性评估指标体系见图2。

邀请13位石化领域风险评估人员组成的专家组，以问卷调查的形式评估承灾体各级指标重要性。将评分结果带入式(1)至(11)中，可得组合权重，计算结果见表2。

表2各级指标权重

步骤(5)模糊综合评价；

根据指标体系可建立因素集u＝{人员脆弱性因素集、装置脆弱性因素集、建(构)筑物脆弱性因素集}，对各指标进行脆弱性等级划分，依据脆弱性等级划分设计专家调查问卷，邀请第三方风险评估人员、企业安全管理人员、生产人员及消防维保人员共10人组成的专家评分组对各指标进行等级评判，将统计结果代入公式(11)至(15)中，可得二级模糊矩阵和各级指标脆弱性等级：f₁＝0.7374，f₂＝0.6227，f₃＝0.6562，f₀＝0.6753

由分级结果可知，区域内人员、装置及建(构)筑物脆弱性指数均为比较脆弱等级，系统脆弱性处于不可接受水平。人员脆弱性程度较高的原因主要由于区域内人员数量较大、暴露于工作场所时间较长、安全意识薄弱，且现场存在部分未按照规章制度要求设置防护措施、佩戴防护用品现象。装置脆弱性程度较高的原因主要由于区域内危险化学品和化工装置数量较多、装置运行条件苛刻及现场存在部分安全防护措施不符合标准要求现象(如未按照标准要求对装置内风速、风向、环境温度等参数进行实时检测，且未与安全监控系统联网)。建(构)筑物脆弱性程度较高的原因主要由于区域内各建(构)筑物间距虽符合标准要求，但距离较近，事故发生时易对周边产生影响，且区域内存在变配电所和阀门室等重要功能性建筑。

Claims (1)

1.一种石化企业承灾体脆弱性评估方法，其中所述方法的步骤主要包括：

①确定研究区域

按照重大危险源的划分方式，进行研究区域的划分；

②资料的收集与统计

应收集的关键信息：研究区域工艺情况、研究区域内人口、装置、建(构)筑物分布情况、研究区域内原材物料情况、研究区域内设备、设施情况、研究区域内消防设施配备情况、研究区域内安全防护措施采取情况、企业安全管理状况等；

③危险源和承灾体类型辨识与统计分析

a.辨识研究区域内原材物料的品种、数量、储量及运行过程中的存在部位，依据标准《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)分析研究区域内物质的固有危险性；

b.分析生产、储存、运输过程中可能发生的火灾、爆炸、有毒有害事故及事故后果影响，依据《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》对研究区域进行重大危险源分级；

c.辨识研究区域内可能遭受火灾、爆炸、有毒物质泄漏事故的人员、装置及建(构)筑物等各类承灾目标的数量及分布，分析事故发生时承灾目标的受伤害程度；

④指标体系的构建及权重的确定

考虑到石化企业内人员、装置及建(构)筑物为主要承灾目标，可构建目标层为承灾体脆弱性总体指标、准则层为人员脆弱性指标、装置脆弱性指标、建(构)筑物脆弱性指标的指标体系，各因素层指标可结合承灾目标的脆弱性影响因素分析和研究区域的实际情况进行筛选；

a.层次分析法确定权重

对专家的评分结果进行加权计算，并采用1～9及其倒数的标度方法^[12]进行两两比较，得到判断矩阵：

矩阵正规化： $\stackrel{\‾}{a_{ij}}=\frac{a_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{ij}},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(1\right)$

求和向量： $W_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\stackrel{\‾}{a_{ij}},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(2\right)$

求权向量： $\stackrel{\‾}{W_i}=\frac{W_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{W}_i},(i,j=1,2,\mathrm{...},n)---\left(3\right)$

求最大特征根： ${\mathrm{\λ}}_{\max }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}\frac{{\[A\stackrel{\‾}{W_i}\]}_i}{n\left(\stackrel{\‾}{W_i}\right)}---\left(4\right)$

检验公式： $CI=\frac{{\mathrm{\λ}}_{max}-n}{n-1}---\left(5\right)$

$CR=\frac{CI}{RI}---\left(6\right)$

b.熵权法确定权重

由已获得的m个评价对象的n个评价指标初始数据构建判断矩阵R，判断矩阵如下：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& \mathrm{...}& R_{1m}\\ R_{21}& R_{22}& \mathrm{...}& R_{2m}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ R_{n1}& R_{n2}& \mathrm{...}& R_{nm}\end{array}\right],(i=1,\mathrm{2...},n;j=1,2,\mathrm{...},m)$

权重的计算

矩阵正规化： $Y_{ij}=\frac{r_{ij}-r_{min}}{r_{\max }-r_{\min }}---\left(7\right)$

信息熵的计算： $f_{ij}=\frac{1+Y_{ij}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(1+Y_{ij})}---\left(8\right)$

$E_j=-\frac{1}{\ln n}\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{f}_{ij}\ln f_{ij}\right)---\left(9\right)$

熵权系数即权重的计算：

$u_j=\frac{1-E_j}{m-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{E}_j}---\left(10\right)$

c.组合权重的计算

组合权重的计算即对层次分析法和熵权法得到的权重进行复合，组合权重计算公式为：

$T_i=0.5u_i+0.5\stackrel{\‾}{W_i}---\left(11\right)$

⑤模糊综合评价

a.确定因素集

根据已构建的指标体系可建立脆弱性评估因素集u＝{u1，u2，u3}；

b.建立评价等级集

依据脆弱性指数划分为等级，不脆弱等级表示优秀，不太脆弱等级表示良好，一般脆弱等级表示系统处于临界状态，应对系统薄弱部位加强管控，比较脆弱表示承灾体脆弱性程度较高，应立即采取措施加以改进，非常脆弱表示承灾体脆弱性程度极高，应立即采取措施并进行重点管控；

c.构建评语集，设计专家问卷调查，确立模糊评价矩阵；

根据因素等级划分以及承灾体脆弱性影响因素分析，设计各因素的评语集和专家问卷调查表，统计专家对各因素的评判意见，确立模糊评价矩阵R：

$R_{1i}=\left[\begin{array}{cccc}{r}_{11}& r_{12}& \mathrm{...}& r_{1m}\\ r_{21}& r_{22}& \mathrm{...}& r_{2m}\\ r_{31}& r_{32}& \mathrm{...}& r_{3m}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ r_{n1}& r_{n2}& \mathrm{...}& r_{nm}\end{array}\right]$

其中rij(j＝1，2，...，m)表示第Ui个因素对应评语集V的模糊判断；

d.多级模糊综合评价

脆弱性评估模式为多层次模型，需构建多级模糊综合评价，评价过程为：

求二级模糊评价矩阵：R₁＝T_iоR_1i(12)

准则层脆弱性指数： $f_i=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}{R}_i{V}_i---\left(13\right)$

一级模糊评价矩阵确定：D＝TоR₁＝Tо(T_iоR_1i)(14)

目标层脆弱性指数： $\begin{array}{c}{D}_i^l=D_i/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i---\left(15\right)\\ f=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i^l{V}_i---\left(16\right)\end{array}$