基于模糊層次分析的合成氨裝置安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

摘要：以合成氨裝置安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)為目的，結(jié)合“人—機(jī)—環(huán)境—管理”系統(tǒng)思想將影響合成氨裝置安全現(xiàn)狀的因素，分為工藝條件、員工素質(zhì)、設(shè)備安全可靠度、職業(yè)衛(wèi)生和安全管理等5大類和21小類。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，確定各指標(biāo)因素的權(quán)重，構(gòu)建合成氨裝置安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)模型，并運(yùn)用該模型對(duì)某合成氨裝置安全現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：該評(píng)價(jià)方法可以有效地對(duì)合成氨裝置安全現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：模糊層次分析；安全現(xiàn)狀；模糊綜合評(píng)價(jià)；合成氨

中圖分類號(hào)：X937文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

[WT]文章編號(hào)：1672-1098（2012）04-0060-07

作者簡(jiǎn)介：劉維（1986-），男，安徽來安人，在讀碩士，研究方向：安全評(píng)價(jià)技術(shù)與方法。

安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)是掌握企業(yè)生產(chǎn)安全狀況綜合等級(jí)的一種有效方法。近年來，為使得安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀、更準(zhǔn)確，相繼提出一些安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[1]提出了“安全檢查表—危險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算、分級(jí)與評(píng)估—系統(tǒng)安全分析”的評(píng)價(jià)模式，對(duì)安全狀況的等級(jí)采用危險(xiǎn)指數(shù)法確定。文獻(xiàn)[2]針對(duì)石化企業(yè)提出了一種基于熵技術(shù)的安全模糊綜合評(píng)價(jià)模型。文獻(xiàn)[3]介紹了一種石化企業(yè)在役裝置的安全評(píng)價(jià)方法——美國(guó)達(dá)信風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法能夠確定裝置的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。文獻(xiàn)[4]運(yùn)用基于層次分析-模糊綜合評(píng)判的方法對(duì)電解車間安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。

合成氨工藝被列為首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，合成氨生產(chǎn)過程具有高壓、高溫、深冷、連續(xù)化、大型化的特點(diǎn)，原料和產(chǎn)品大多為易燃、易爆、有毒、有害物質(zhì)，與其他行業(yè)生產(chǎn)相比，合成氨生產(chǎn)過程涉及的危險(xiǎn)有害因素較多，如果操作失誤或設(shè)備管理不善、年久失修等，這些危險(xiǎn)有害因素就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N事故，危及人們的生命安全同時(shí)會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失，甚至?xí)斐蓢?yán)重的環(huán)境污染。

合成氨生產(chǎn)工藝復(fù)雜，涉及的危險(xiǎn)因素多，因此影響合成氨裝置安全因素是多方面的，涵蓋員工素質(zhì)、工藝過程、生產(chǎn)設(shè)備、職業(yè)衛(wèi)生和安全管理，每個(gè)因素的權(quán)重決定了對(duì)裝置安全現(xiàn)狀的影響程度，而各種因素又受其隸屬因素的影響，因素相互關(guān)聯(lián)、相互制約構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，具有一定的模糊性和隨機(jī)性。

基于模糊層次分析的安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)方法，適應(yīng)了合成氨裝置安全狀況模糊性和隨機(jī)性的特點(diǎn)。本文在分析合成氨裝置安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模糊層次分析的指標(biāo)權(quán)重確定方法和模糊綜合評(píng)判理論，提出了一種合成氨裝置安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)方法，并應(yīng)用于本地某合成氨裝置的安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)中，取得了較好的效果。

1安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

通過對(duì)本地某化工企業(yè)合成氨裝置的調(diào)查，并參考大量化工企業(yè)安全評(píng)價(jià)文獻(xiàn)[4-8]，建立了合成氨裝置安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)模型。

1.1評(píng)價(jià)流程

根據(jù)模糊層次分析法確定各指標(biāo)因素對(duì)于裝置安全的影響權(quán)值，采用模糊數(shù)學(xué)方法構(gòu)建各影響因素對(duì)合成氨裝置安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的隸屬函數(shù)，然后進(jìn)行綜合評(píng)判，判斷分析安全現(xiàn)狀（見圖1）。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立

建立安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，要借鑒和參考系統(tǒng)理論和已有研究者的研究成果，反復(fù)研究，形成比較科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文將合成氨裝置安全現(xiàn)狀指標(biāo)體系分為兩個(gè)層次。第一層包括工藝條件、員工素質(zhì)、設(shè)備安全可靠性、職業(yè)衛(wèi)生和安全管理，第二層次由第一層次指標(biāo)分解組成（見圖2）。

1.3模糊層次分析確定各指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定方法有很多，如德爾菲法、相對(duì)比較法、最優(yōu)權(quán)法、熵值法等[9]，每種方法都有各自的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。但這些都不能直接用于合成氨裝置安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定，因?yàn)樗荒苤苯油ㄟ^定量計(jì)算確定，需要經(jīng)過一個(gè)從定性到定量的轉(zhuǎn)換過程。層次分析法就是一種很好的選擇，但是其應(yīng)用有一定的局限性。層次分析法采用1～9的整數(shù)及其倒數(shù)作為標(biāo)度來構(gòu)造判斷矩陣，確定的數(shù)字表示評(píng)價(jià)者的主觀判斷，因此忽略了主觀判斷的模糊性。而且層次分析法建立判斷矩陣后，對(duì)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)困難[10]。

為了克服上述困難和局限性，文獻(xiàn)[11]將模糊理論與層次分析法結(jié)合起來，提出了模糊層次分析方法。該方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)，利用模糊化得到模糊權(quán)重，再將模糊判斷的不確定性轉(zhuǎn)換為確定性[12]。

為了考慮極限情況，采用11個(gè)等級(jí)的“0～1”標(biāo)度[13]（見表1）。

有了定量的標(biāo)度，就容易通過比較得出模糊評(píng)判矩陣

模糊判斷矩陣的一致性反映了人們思維判斷的一致性，但在實(shí)際決策分析中，由于所研究問題的復(fù)雜性和人們認(rèn)識(shí)上可能產(chǎn)生的片面性，使初步得到的判斷矩陣常常是不一致的，這時(shí)需要進(jìn)行變換以獲得模糊一致矩陣。變換的原則是以符合專家的判斷習(xí)慣為前提，在盡可能多地保留原判斷矩陣信息的基礎(chǔ)上，使變換過程盡可能簡(jiǎn)便、易操作和計(jì)算量小。

利用文獻(xiàn)[14]提出的經(jīng)過文獻(xiàn)[13]參數(shù)修正后的轉(zhuǎn)換公式把模糊互補(bǔ)矩陣變換為模糊一致矩陣。

1.4建立評(píng)語集與模糊關(guān)系矩陣

評(píng)語集是評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出的各種總的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合。評(píng)價(jià)等級(jí)分為：很安全、較安全、一般安全、較不安全、不安全。設(shè)V為評(píng)價(jià)等級(jí)構(gòu)成的評(píng)價(jià)集合：V={V 1，V 2，…，V p}分別表示由高到低的各級(jí)。

獲得各層次權(quán)重后，分別對(duì)各底層指標(biāo)進(jìn)行專家打分和無量綱化處理，利用隸屬函數(shù)進(jìn)行模糊化，然后形成模糊關(guān)系矩陣D。

然而指標(biāo)因素既有定性因素，也有定量因素，對(duì)于不同因素，應(yīng)采取不同的方法確定各自的隸屬度[15]。

1）定量指標(biāo)的隸屬度確定。求解定量指標(biāo)隸屬度的思路是選定各指標(biāo)的合理取值范圍，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的方法來建立各個(gè)指標(biāo)具體的隸屬函數(shù)，將各指標(biāo)的具體值帶入相應(yīng)的隸屬函數(shù)得到隸屬度[16]。

2）定性指標(biāo)的單因素評(píng)價(jià)方法。對(duì)于定性指標(biāo)，通常采用專家打分再綜合取值的辦法，然后采用5個(gè)檔次的評(píng)語集。一些已經(jīng)量化分析的指標(biāo)也可能因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)數(shù)值等原因而降低評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，可采用定性與定量相結(jié)合的辦法[16]。

3）確定單因素模糊評(píng)價(jià)矩陣。綜合上述定量與定性指標(biāo)的評(píng)判結(jié)果，可得到模糊關(guān)系矩陣D=[d 1d 2…d n] T

1.5模糊綜合評(píng)價(jià)

在求出因素權(quán)重集W和評(píng)價(jià)因素隸屬度評(píng)價(jià)矩陣D后，即可求出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B=W*D=（b 1，b 2，…，b p），即：

評(píng)價(jià)結(jié)果B是V的一個(gè)模糊子集，而b j的大小反映了評(píng)價(jià)對(duì)象屬于評(píng)語集V j的程度。其中“*”表示模糊變換算子符號(hào)，在這里采用加權(quán)平均算子M（*，），該算子的優(yōu)點(diǎn)是體現(xiàn)權(quán)重明顯，綜合度高，利用R信息充分。

得到評(píng)價(jià)結(jié)果之后，可以按照最大隸屬原則確定評(píng)價(jià)對(duì)象的具體等級(jí)，即取與最大的評(píng)價(jià)指標(biāo)maxb j相對(duì)應(yīng)的評(píng)語集V j為評(píng)價(jià)結(jié)果。

2應(yīng)用實(shí)例

結(jié)合本地一合成氨車間實(shí)際情況，運(yùn)用模糊層次分析的綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)其安全現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的收集

某化工企業(yè)擁有兩套合成氨裝置，總氨年生產(chǎn)能力達(dá)到36萬t。生產(chǎn)工序采用焦煤、白煤以及焦?fàn)t氣為原料聯(lián)產(chǎn)粗甲醇和合成氨。主要設(shè)備有氨合成塔，脫硫、脫碳精煉系統(tǒng)，機(jī)泵和壓縮機(jī)等。搜集的相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.2權(quán)重計(jì)算

結(jié)合合成氨裝置安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊層次分析計(jì)算確定各因素重要性的權(quán)重。

U層相對(duì)于一級(jí)指標(biāo)（U～Ui）的模糊判斷矩陣R為

R不是模糊一致矩陣，所以利用式（1）將其變換為相應(yīng)的模糊一致矩陣，變換后的模糊一致矩陣

2.3模糊評(píng)判矩陣

結(jié)合表2數(shù)據(jù)運(yùn)用定量指標(biāo)隸屬函數(shù)求出各定量指標(biāo)的隸屬度。運(yùn)用專家打分再綜合取值的辦法確定各定性指標(biāo)的隸屬度，結(jié)果如表3所示。

2.4模糊綜合評(píng)價(jià)

1）單因素評(píng)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果。運(yùn)用相關(guān)公式，計(jì)算工藝條件模糊評(píng)價(jià)結(jié)果。

同理，員工素質(zhì)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果B 2=w 2*d 2=（0.15，0.4283，0.2717，0.10，0.05）；設(shè)備安全可靠度模糊評(píng)價(jià)結(jié)果B 3=（0.23，0.34，0.3533，0.0767，0）；職業(yè)衛(wèi)生模糊評(píng)價(jià)結(jié)果B 4=（0.1380，0.2465，0.2427，0.2420，0.0341）；安全管理因素模糊評(píng)價(jià)結(jié)果B 5=（0.109，0.254，0.452，0.139，0.046）

2）模糊綜合評(píng)價(jià)。由總排序權(quán)重值分配W和單因素評(píng)判矩陣B′=[B 1；B 2；B 3；B 4；B 5]T，可得到模糊層次評(píng)價(jià)結(jié)果B=W*B′=（0.2321，0.3509，0.2859，0.0971，0.0270）

2.5安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，該合成氨裝置安全現(xiàn)狀對(duì)應(yīng)的各安全等級(jí)的隸屬度最大值為0.3509，根據(jù)最大隸屬原則確定該合成氨裝置安全現(xiàn)狀等級(jí)屬于較安全級(jí)別。

1）在影響合成氨裝置安全現(xiàn)狀的因素中，員工素質(zhì)影響最為顯著，其次是工藝條件、安全管理水平和設(shè)備安全可靠度，相比較而言職業(yè)衛(wèi)生影響較小。

2）由模糊綜合評(píng)價(jià)分析可知，該合成氨企業(yè)員工素質(zhì)因素總體上屬于較安全級(jí)別，其隸屬度高達(dá)42.83%；工藝條件因素屬于很安全級(jí)別，隸屬度高達(dá)45.29%；該企業(yè)安全管理水平和設(shè)備安全可靠度總體上屬于一般安全級(jí)別，隸屬度分別為45.2%、35.33%。職業(yè)衛(wèi)生方面屬于較安全級(jí)別，但隸屬度只有24.65%。

3）對(duì)于安全等級(jí)屬于一般安全級(jí)別的安全管理水平和設(shè)備安全可靠度，在整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，因此注重針對(duì)這些因素提出合理的安全對(duì)策措施。應(yīng)加強(qiáng)管理，完善規(guī)章制度，加大對(duì)員工的技術(shù)培訓(xùn)力度，構(gòu)建企業(yè)安全文化，提高設(shè)備安全可靠度，改善企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生系統(tǒng)，這些對(duì)于提高合成氨裝置安全現(xiàn)狀等級(jí)有重要意義。

3結(jié)論

1）建立合成氨裝置安全現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并提出相應(yīng)的安全現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)價(jià)方法，能比較客觀地反映合成氨裝置的安全現(xiàn)狀。

2）采取模糊層次分析評(píng)價(jià)方法，將主觀判斷與客觀計(jì)算相結(jié)合，增加了權(quán)重的可信性，從而提高了安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)的科學(xué)性和可靠性。

3）根據(jù)合成氨裝置安全現(xiàn)狀模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果，不僅可以了解裝置的安全現(xiàn)狀，而且可以通過對(duì)安全等級(jí)較差的指標(biāo)的進(jìn)一步分析提出合理的安全對(duì)策措施，實(shí)現(xiàn)改善裝置安全狀況的目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅）