林 瑯

(廣州市萬保職業(yè)安全事務(wù)有限公司海南分公司，海南 ?？?570100)

長期以來，石油化工行業(yè)作為高風(fēng)險區(qū)域，給生產(chǎn)帶來極大威脅。石油企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，絕大多數(shù)為易燃易爆物質(zhì)，工藝操作條件苛刻，若生產(chǎn)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(chǎn)品品質(zhì)下降，甚至發(fā)生火災(zāi)爆炸事故[1]。近些年，企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，裝置密集性越來越大，增加了事故連鎖發(fā)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(fēng)險和事故連鎖風(fēng)險進行評價[2]。目前，石油化工裝置安全風(fēng)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(shù)手段和科學(xué)的管理方式的應(yīng)用，實現(xiàn)了石油化工過程風(fēng)險的動態(tài)監(jiān)測、預(yù)警和管控，提升了生產(chǎn)過程安全管理水平[9]。基于此，本文從安全管理、生產(chǎn)設(shè)施及場所、環(huán)境衛(wèi)生等方面進行石油化工裝置評價，并通過模糊數(shù)學(xué)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(biāo)體系

1.1 評估指標(biāo)選擇

石化生產(chǎn)裝置是一個極其復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，石化生產(chǎn)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(fā)生裝置、攪動設(shè)備。其中某一裝置發(fā)生問題，將會對整個生產(chǎn)工藝造成惡劣影響，嚴(yán)重時對人身安全造成重大威脅。因此，對石化生產(chǎn)狀況的安全評價涉及的內(nèi)容繁雜，考慮的因素相當(dāng)廣泛。要建立一套完善、合理、科學(xué)的評價因素指標(biāo)體系，首先需要遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性原則，在確定評價指標(biāo)體系時，采用通用性原則建立共性指標(biāo)評價層，對特殊性指標(biāo)體系，根據(jù)結(jié)構(gòu)層次和關(guān)系，要保證評價指標(biāo)的普遍性，兼顧其特殊性。同時，各選定的指標(biāo)需要可定性、定量化，避免單一的定性分析而造成評價結(jié)果的不全面。為保證指標(biāo)評價的針對性、合理性和有效性，采用決策樹篩選法中經(jīng)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(biāo)。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(chǎn)裝置過程安全管理指標(biāo)關(guān)聯(lián)度屬性作為屬性變量，通過分析設(shè)備、工藝和裝置3個方面，全面地選取各類可測量指標(biāo)作為安全管理評價指標(biāo)，采用決策樹算法訓(xùn)練，計算指標(biāo)關(guān)聯(lián)度屬性數(shù)據(jù)，選取評估指標(biāo)，基于決策樹的化工裝置風(fēng)險安全評估系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 裝置風(fēng)險評估系統(tǒng)

根據(jù)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(biāo)體系(表1)，整個安全管理評價系統(tǒng)采用三級指標(biāo)管理。

表1 石油化工裝置安全管理評估指標(biāo)體系

1.2 評價指標(biāo)的量化

針對指標(biāo)體系中的定量指標(biāo)，采用5段區(qū)間法進行賦值處理，如式(1)所示：

(1)

相應(yīng)地，指標(biāo)體系中定性指標(biāo)也采用5段區(qū)間值來確定，具體為：

(2)

其中，xij為第i類第j個定量指標(biāo)值；a—e為某一指標(biāo)對應(yīng)的量化指標(biāo)值；Aij為第i類第j個指標(biāo)原始狀態(tài)描述(T1—T5)。

1.3 評估等級

石油化工裝置安全管理系統(tǒng)將評估等級指數(shù)劃分為優(yōu)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(dāng)前的裝置運行狀態(tài)難以滿足安全生產(chǎn)工作；②2級處于安全評價績效合格水平，裝置可滿足生產(chǎn)，但存在較大的風(fēng)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(chǎn)，但存在人的行為或硬件設(shè)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(chǎn)需求，管理制度和人的行為符合安全規(guī)則制度；⑤5級處于優(yōu)秀水平，企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、硬件設(shè)施先進，人員素質(zhì)高，匹配齊全的安全防護用品，能處理突發(fā)故障，安全生產(chǎn)規(guī)則制度和安全應(yīng)急預(yù)案完善。為確保評估結(jié)果的有效性和可比性，針對各項評估指標(biāo)，對每一級的指標(biāo)賦予不同的分值，根據(jù)計算結(jié)果評估原始分值，由權(quán)重系數(shù)將評估結(jié)果轉(zhuǎn)化為5個等級數(shù)值。

圖3 石化裝置安全評價等級

1.4 權(quán)重系數(shù)計算

本文采用模糊層次綜合評價法進行各評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)計算[10]。對于任意一個指標(biāo)Ui，在確定的打分標(biāo)準(zhǔn)下給出指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，然后由N個專家進行統(tǒng)計投標(biāo)。假設(shè)有M0票同意，Mns+1票反對，其余偏向于同意至反對的態(tài)度依次有M1，M2，…，Mns票，則確定該評價指標(biāo)的評價結(jié)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)權(quán)重系數(shù)

各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)表示該指標(biāo)在評價體系的重要程度，指標(biāo)權(quán)重系數(shù)越大，則對設(shè)備過程的安全管理影響越大，當(dāng)在指標(biāo)分值相同時，權(quán)重系數(shù)大的指標(biāo)所對應(yīng)的評估結(jié)果績效越好[10-12]。從表2中可以看出，在二級指標(biāo)中，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重影響值由大到小，分別為生產(chǎn)設(shè)施及場所、安全生產(chǎn)與管理、作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生。在三級指標(biāo)中，火災(zāi)爆炸危險場所的權(quán)重系數(shù)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(shù)規(guī)程、安全生產(chǎn)責(zé)任制所占的權(quán)重系數(shù)也相對較高，即在石油化工裝置生產(chǎn)過程中，切實有效的管理制度和技術(shù)方案對于實現(xiàn)安全管理目標(biāo)是相當(dāng)重要的；有害作業(yè)治理情況所占權(quán)重相對較高，作為特殊的化工行業(yè)，石油化工裝置生產(chǎn)過程中會形成各種有毒有害氣體、液體，對有害作業(yè)的治理工作以及有毒氣體管理體系也是需要重點關(guān)注的方面。

2 裝置的安全評價模型

2.1 評判指標(biāo)

根據(jù)建立的三級指標(biāo)體系，采用綜合評判法對石化生產(chǎn)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(yōu)秀；89～80為良好，79～70為中等，69～60為合格，59以下為不合格。風(fēng)險評價等級如圖4所示。

圖4 風(fēng)險評價等級

確定評判集為：V={v5，v4，v3，v2，v1}={優(yōu)秀，良好，中等，合格，不合格}

(7)

2.2 指標(biāo)層模糊評判

由第二級開始進行評判，并根據(jù)杜邦咨詢公司評判結(jié)果比較[12]。在“生產(chǎn)設(shè)施及場所”指標(biāo)體系下有7個指標(biāo)，建立7個因素的單因素評價矩陣為：

(8)

確定指標(biāo)的權(quán)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(chǎn)設(shè)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(jù)最大隸屬度原則，確定“生產(chǎn)設(shè)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(zhì)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(shè)備硬件條件質(zhì)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(shè)備的完整性。在日常檢查工作中，更多的是集中于工藝設(shè)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(shù)據(jù)收集和分析趨勢行為，從而獲得的結(jié)果無法代表不尋常狀況。由杜邦評價準(zhǔn)則，可以從以下方面進行完善：預(yù)防性維修、檢測存在高度風(fēng)險和生產(chǎn)、運輸、管理危險化學(xué)品的設(shè)備等制定合格的檢修計劃、分析非計劃停車數(shù)據(jù)，給出關(guān)鍵設(shè)備的日常管理數(shù)據(jù)和停車檢修數(shù)據(jù)，注重對人的不安全行為的管理，實現(xiàn)“人、機、物”的安全管理目標(biāo)。

在“作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生”指標(biāo)體系下的4個指標(biāo)建立單因素評價矩陣，并獲得指標(biāo)的模糊綜合評判結(jié)果為：

A=(0，0.024 7，0.462 5，0.307 9，0.204 9)

(11)

根據(jù)最大隸屬度原則，確定“作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生”的評價級別為“良好”。由杜邦評價：施工現(xiàn)場與辦公區(qū)采取了有效了隔離措施，保持安全距離，施工企業(yè)為作業(yè)人員提供了必備的防護用品，采取了有效的職業(yè)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(zhì)未做好有效的防護措施。對施工過程中產(chǎn)生的有毒、有害物質(zhì)以及水土污染物進行了有效處理，建立起環(huán)境保護、環(huán)境衛(wèi)生和檢查制度。企業(yè)根據(jù)有關(guān)法律法規(guī)制定了施工現(xiàn)場公共衛(wèi)生突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案。

在“安全生產(chǎn)與管理”指標(biāo)體系下的11個指標(biāo)建立單因素評價矩陣，并獲得指標(biāo)的模糊綜合評判結(jié)果為：

A=(0，0，0.263 2，0.516 8，0.220 0)

(12)

根據(jù)最大隸屬度原則，確定“安全生產(chǎn)與管理”的評價級別為“合格”。由杜邦評價：乙烯裝置管理層認(rèn)識到安全的直觀重要性，但在實際執(zhí)行過程中，更多地強調(diào)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(xiàn)在遵守規(guī)章制度，但法規(guī)僅是最低安全要求的體現(xiàn)，管理人員在面對無法接受的風(fēng)險時，難以迅速采取有效的糾正措施。企業(yè)存在許多成文規(guī)則制度，但未落實為詳細(xì)工作指導(dǎo)。

2.3 裝置整體安全評價

整體安全評價獲得最終的評價結(jié)果，整體安全評價中包括“生產(chǎn)設(shè)施及場所”、“作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生”、“安全生產(chǎn)與管理”指個指標(biāo)，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(jié)果為：

A=(0，0，0.135 7，0.527 5，0.336 8)

(14)

根據(jù)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(chǎn)的重要性，并建立了相應(yīng)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(lǐng)導(dǎo)能力，對不安全行為表現(xiàn)為容忍態(tài)度，缺乏對安全業(yè)績的跟進機制和獎懲機制，并未體現(xiàn)出直線管理層在安全方面的職責(zé)。

3 結(jié)論

從生產(chǎn)設(shè)施及場所、作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生、安全生產(chǎn)與管理3方面考慮，建立三級指標(biāo)體系。采用專家調(diào)查法和層次分析法來計算指標(biāo)權(quán)重，通過模糊數(shù)學(xué)理論建立石油化工裝置的安全評價模型，將評價結(jié)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(diào)查法指出，指標(biāo)影響權(quán)重由大到小依次為：生產(chǎn)設(shè)施及場所、安全生產(chǎn)與管理、作業(yè)環(huán)境與衛(wèi)生。其中三級指標(biāo)中，火災(zāi)爆炸危險場所的權(quán)重系數(shù)最大，安全管理體系、規(guī)章制度權(quán)重相對較高。

(2)基于綜合評判法，將評價結(jié)果分為5級，通過模糊數(shù)學(xué)理論對乙烯石油化工裝置評價為“合格”級別，結(jié)合杜邦評價準(zhǔn)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(yè)績的跟進機制和獎懲機制等方面存在不足。