CN111242504A - 基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程风险评估领域，公开了一种基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，通过搭建包括四个一级指标以及十一个二级指标的层次评价指标体系并使用模糊层次分析法评估煤气化装置多米诺事故的扩展风险，将扩展风险分为三级，确定不同二级指标所对应的参数范围，输入不同的指标实际数值即可求得扩展风险，以所述扩展概率为基础更新贝叶斯网络中的条件概率表，最终获得该区域的多米诺风险概率。本发明综合考虑物理因素外的气象因素、安全防护措施、被扩展装置特征，从而提高风险概率评估结果的可靠性和实用性，正确指导安全防御工作，降低化工园区多米诺事故的发生率。

Description

基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法

技术领域

本发明涉及工程风险评估领域，尤其涉及一种基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法。

背景技术

我国化工行业尤其煤化工近几年发展十分迅速，大规模的化工园区也越来越多，其内部区域布局紧凑，机械设备随处可见。由于化工园区所具有的基本特征，火灾爆炸在化工园区是较为典型的事故类型，其中损伤最大的多米诺事故也时有发生，其所带来的危害远远超过单一火灾或者爆炸事故。多米诺事故是指由初始事故产生的物理影响依次经时间与空间扩展至二次事故、三次事故以及更多事故的情况，但实际上此扩展过程除受物理影响外还受其它因素的影响，例如：气象因素、安全措施和被扩展装置特征等。

以往有运用事件树、贝叶斯网络、动态贝叶斯网络及蒙特卡洛模拟法基于扩展概率来定量评估多米诺效应。但是以往的扩展概率评估均仅基于物理影响来计算，忽略了其他重要影响因素，如此便会对风险评估结果造成较大偏差。而且在物理影响评估中，仅考虑火灾或爆炸某一种事故情景，这与实际情况不相符，因为在以往的事故案例中，火灾和爆炸常常同时发生。因此，为了运用更合理的评估结果指导安全预防工作，就需要综合评估各因素对多米诺扩展风险的影响。

在煤气化装置中存在合成气及煤尘两种危险物质，但以往的多米诺评估中均仅考虑一种危险物质，因此非常有必要提出一种可以综合评估两种危险物质的多米诺扩展评估的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种用于煤气化装置、综合多种因素更准确推测多米诺效应风险概率的计算方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：搭建包括四个一级指标以及十一个二级指标的层次评价指标体系并使用模糊层次分析法评估煤气化装置多米诺事故的扩展风险，求得扩展概率，以所述扩展概率为基础更新贝叶斯网络中的条件概率表，最终获得该区域的多米诺风险概率。

本发明的优点在于：采用层级评估体系选定四个一级指标及十一个二级指标用于综合评估多米诺的扩展概率，层级评估体系囊括引发及影响多米诺效应的多种因素，综合全面地评估多米诺效应，提高风险概率评估结果的可靠性和实用性，从而正确指导安全防御工作，降低化工园区多米诺事故的发生率。

附图说明

图1为层次评价指标体系架构图。

图2为实施例中三个节点的空间布局示意图。

图3为实施例中多米诺情景。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明通过搭建包括四个一级指标以及十一个二级指标的层次评估指标体系并使用模糊层次分析法评估煤气化装置多米诺事故的扩展风险、求得扩展概率，以扩展概率为基础更新贝叶斯网络中的条件概率表，最终获得该区域的多米诺风险概率，其详细方法步骤如下：

1.建立层次评价指标体系

为了综合评估多因素对扩展过程的影响，建立如图一的层次评价指标体系，包括四个一级指标：

物理影响，物理影响包括二级指标：热辐射、冲击波超压、爆炸碎片；

气象因素，气象因素包括二级指标：风向与风速、温度、湿度；

安全防护措施，安全防护措施包括二级指标：主动防护装置(发挥作用需要外部能量激发例如紧急制动装置等)、被动防护装置(发挥作用不需要外部能量激发例如防火分区和压力阀等)、紧急防护措施(应急管理类人为预防措施)；

被扩展装置特征，被扩展装置特征包括二级指标：危险物质的类别与储量、装置的脆弱性分类。

2.建立对比矩阵

针对图一的层析评价指标体系，确定模糊对比矩阵，其采用三角模糊数，转化规则见表1。由于过去没有四个一级指标，十一个二级指标对扩展风险的定量研究，本发明采用专家问卷调查法获取此数据。共向三个单位(高校、研究院及煤气化工业园区)各个层次专家发放此问卷，对问卷的处理采用赋予权重法，即每个专家具有自己的权重，此权重即为所得数据(对比矩阵中的模糊数)的权重，将数据相同的权重相加和，最终获取最高权重的三角模糊数为最终结果，计入模糊对比矩阵中，最终有50份有效问卷收回，所得对比矩阵见表2-表6。

表1相对重要度语言变量转化为三角模糊数的法则

表2一级指标对比矩阵

表3物理影响对比矩阵

表4气象因素对比矩阵

表5安全防护措施对比矩阵

表6被扩展装置特征对比矩阵

3.一致性检验及权重计算

对所得模糊对比矩阵进行去模糊化得到对比矩阵，进行一致化检验，最终所得每个对比矩阵均具有一致性。采取相应的权重求取方法确定出各因素的模糊权重及清晰权重，见表7。

表7一致性比，模糊权重，清晰权重数据

4.扩展风险评估

本发明共将扩展风险分为三级(低、中、高)，各级对应三角模糊数的转化法则见表8。11个二级指标分别对应的三个扩展风险级别的参数范围见表9。

表8三个扩展风险等级及范围所对应的语言变量

表9各自因素参数范围所对应的三个扩展风险

其中，热辐射C₁₁、冲击波超压C₁₂的计算方法见表10。

表10概率模型评估热辐射C_11、冲击波超压C₁₂

其中，物理影响中的二级指标热辐射和冲击波超压由概率模型求取，爆炸碎片为求取其抛射距离；

气象因素中的二级指标风向与风速、温度均是由大气稳定度等级确定，由国际标准计算，湿度的数据由现场侧得平均值或者由气象台官方数据确定；

安全防护措施中的二级指标主动防护装置、被动防护装置均由事件树方法确定其是否可对多米诺场景造成影响，如果有影响，则按照其影响程度确定扩展风险等级，紧急防护措施按照厂区有没有该项人员配备，若有则取1，没有取0；

被扩展装置特征中的二级指标危险物质的类别与储量，该数值由国家重大危险源辨识的国标求取，装置的脆弱性为被扩展的装置类型，不同装置类型其扩展风险也不同。

按照实际情况，确定每个二级指标的数值，对应不同等级扩展风险的参数范围，确定出每个二级指标的模糊评估向量，并与各每个二级指标的清晰权重相乘；一级指标模糊评估向量按照式(Ι)计算，再将四大一级指标按照式(Ⅱ)去模糊化，求得的清晰数据即为扩展概率；

一级指标模糊评估向量：

最终扩展风险评估向量：

表示二级指标的清晰权重值，

表示一级指标的清晰权重值，

是根据实际情况所确定的每个二级指标模糊评估向量扩展风险所对应的三角模糊数。

将每个级别的扩展概率带入贝叶斯网络的条件概率表中，最终求得该区域的多米诺概率。

做为上述多米诺效应风险概率的计算方法的应用，多米诺事故概率评估过程包括以下步骤：

(1)确定节点：此节点为所评估工业园区的危险设备，所辨识的危险设备均有可能造成伤亡，例如：储罐和较大的反应釜；

(2)确定初始事故情景：基于(1)中所确定的节点，运用事件树的方法，确定出各节点的事故发生概率，最终确定出的初始事故情景为事故发生概率最大且事故发生后可引发下一个事故的初始节点与事故情景；

(3)计算扩展向量：若初始情景为火灾，其扩展向量即为热辐射；如果初始情景为爆炸，其扩展向量为超压与爆炸碎片，数据计算采用PHAST软件实现；

(4)确定二级事故：设定热辐射阈值为15kW/m²，爆炸冲击波超压在常压状态下阈值为7kPa，在超压状态下阈值为36kPa，将所计算的扩展向量数值与阈值对比，若超过阈值，则判定二级事故发生，反之则不；

(5)计算扩展概率：采取上述模糊层次分析法计算多米诺的扩展概率；

(6)计算多米诺事故链概率：将二级事故情景作为初始事故情景，重复以上步骤，直至没有下一个事故发生，事故链的概率由贝叶斯网络计算，采用GeNie软件得出。

具体而言，可以先对某煤气化工业园区的安全评估，选取其粉煤储罐(T)，给料罐(G)及气化炉(A)为三个危险节点。三个节点的特征及其空间布局见表11-表13及图2。其粗合成气成分为H₂(30％)，CO(65％)，CO₂(3％)和H₂S(2％)。

表11三个节点物理特征

表12三个节点之间距离

表13超压扩展向量(kPa)

经过PHAST软件对其后果评估，其火灾的结果均不会造成扩展，此处仅说明爆炸压力计算结果，见表12。由所求的超压扩展向量的数值可以确定多米诺情景见图3所示。

针对某煤气化化工园区调查，一级二级多米诺扩展风险评估所输入参数表14。

表14多米诺扩展风险评估的输入参数

基于以上参数，确定其所对应的三角模糊数，应用模糊评估公式，求得其一级多米诺扩展模糊数为(-2.114，-1.6098，-1.0803)去模糊化之后的多米诺扩展概率为0.023，同理，二级多米诺扩展概率为0.12。最终该多米诺概率为5.5×10^-9。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于：搭建包括四个一级指标以及十一个二级指标的层次评价指标体系并使用模糊层次分析法评估煤气化装置多米诺事故的扩展风险，求得扩展概率，以所述扩展概率为基础更新贝叶斯网络中的条件概率表，最终获得该区域的多米诺风险概率。

2.如权利要求1所述的基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于，所述层次评价指标体系包括四个一级指标：

物理影响，物理影响包括二级指标：热辐射、冲击波超压、爆炸碎片；

气象因素，气象因素包括二级指标：风向与风速、温度、湿度；

安全防护措施，安全防护措施包括二级指标：主动防护装置、被动防护装置、紧急防护措施；

被扩展装置特征，被扩展装置特征包括二级指标：危险物质的类别与储量、装置的脆弱性分类。

3.如权利要求2所述的基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于，针对层析评价指标体系使用模糊层析分析法得出十一个二级指标的清晰权重及其二级指标所对应的一级指标清晰权重分别为：

物理影响，热辐射、冲击波超压、爆炸碎片(0.4225，0.3271、0.4123、0.2606)；

气象因素，风向与风速、温度、湿度(0.1253，0.5623、0.2455、0.2283)；

安全防护措施，主动防护装置、被动防护装置、紧急防护措施(0.2723，0.3227、0.4384、0.2390)；

被扩展装置特征，危险物质的类别与储量、装置的脆弱性分类(0.1798，0.7123、0.2877)。

4.如权利要求1所述的基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于，所述扩展风险分为三个等级：高、中、低，且其相应的概率为(10^-1≤P_扩展＜10⁰；10^-2≤P_扩展＜10^-1；10^-3≤P_扩展＜10^-2)。

5.如权利要求4所述的基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于，十一个二级指标对应扩展风险高、中、低三个等级的参数范围分别为：

热辐射(≥0.65，[0.5，0.65]，＜0.5)，冲击波超压(≥0.65，[0.5，0.65]，＜0.5)，爆炸碎片(>1800，[1150，1800]，[500，1150])；

风向与风速(A，B、C，D、E)、温度(A，B、C，D、E)、湿度分为三种情况：火灾(≤25，[30，40]，＞40)，气体爆炸(≤35，[35,60]，＞60)，粉尘爆炸)＞45或＜10，[20,45]，[10,20])；

被动防护装置(未缓解多米诺情景，缓解多米诺情景，抑制多米诺情景)、主动防护装置(未缓解多米诺情景，缓解多米诺情景，抑制多米诺情景)、紧急防护措施(0，0，1)；

危险物质的类别与储量(≥1(物质有毒性)，≥1，[0.2,1])、装置的脆弱性分类(管道，常压容器，超压容器)。

6.如权利要求2所述的基于多米诺效应的煤气化装置风险概率的计算方法，其特征在于：

物理影响中的二级指标热辐射和冲击破超压由概率模型求取，爆炸碎片为求取其抛射距离；

气象因素中的二级指标风向与风速、温度均是由大气稳定度等级确定，由国际标准计算，湿度的数据由现场侧得平均值或者由气象台官方数据确定；

安全防护措施中的二级指标主动防护装置、被动防护装置均由事件树方法确定其是否可对多米诺场景造成影响，如果有影响，则按照其影响程度确定扩展风险等级，紧急防护措施按照厂区有没有该项人员配备，若有则取1，没有取0；

被扩展装置特征中的二级指标危险物质的类别与储量，该数值由危险源辨识的国标计算方法求取。

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