張彩慧 張采鳳 寧昭凱
〔1中國石化河南洛陽石油分公司 河南洛陽 471001;2中國石化管道運輸有限公司天津輸油處 天津 300451;3中航鋰電(洛陽)有限公司 河南 洛陽 471003〕
石油庫安全評價方法研究的現(xiàn)狀
張彩慧1張采鳳2寧昭凱3
〔1中國石化河南洛陽石油分公司 河南洛陽 471001;2中國石化管道運輸有限公司天津輸油處 天津 300451;3中航鋰電(洛陽)有限公司 河南 洛陽 471003〕
綜述了石油庫安全評價中常用的安全檢查表法、故障類型及影響分析法、故障樹定性分析法、道化學指數(shù)評價法、六階段評價法、模糊綜合評價法6種方法的概念和主要內(nèi)容,從定性與定量、評價目標、適用范圍、優(yōu)缺點以及評價效果等方面對6種方法進行了分析比較,針對石油庫對安全評價的不同需要提出了選擇方法的原則和建議。
石油庫 安全評價 方法 綜述
石油庫作為儲存油品的場所,由于油品易燃、易爆易揮發(fā)、有毒等屬性,而極具危險性,所以對油庫進行科學的安全評價至關(guān)重要[1]。
安全評價即是運用系統(tǒng)工程方法,以保障系統(tǒng)安全為目的,對系統(tǒng)中潛在的危險因素進行預先分析和判斷,并以此為依據(jù)制定相應的安全防護措施和管理決策,從而最大程度地降低事故率,減少損失,使投資效益最大化[2]。安全評價工作包括辨識危險源和危險程度評估兩方面。辨識危險源即是識別系統(tǒng)中潛在的危險因素及其危險性。危險程度評估,要首先進行危險定量,即確定發(fā)生危險的頻率及可造成的后果,并與預定風險值進行比較,判斷是否在可接受的范圍內(nèi);最后為決策建議,即根據(jù)危險定量的結(jié)果提出消除、降低、轉(zhuǎn)移風險的建議。在整個評價應用過程中,這兩方面是相互交叉重疊的[1]。
油庫安全評價通常分為定性評價和定量評價。定性評價即運用科學有效的方法辨識系統(tǒng)中潛在的危險及有害因素,并將這些因素按照危害程度進行等級劃分,以區(qū)分各危險的輕重緩急以采取有效的安全控制措施[3]。常用的定性評價方法有安全檢查表法、故障樹定性分析法、模糊綜合評價法等。定量評價即是在基于危險因素辨識的基礎上,運用數(shù)學方法,量化系統(tǒng)危險因素的危害程度,以量化的數(shù)值大小評估系統(tǒng)的安全可靠程度。常用的定量評價方法有故障類型及影響分析法(FMEA)及道化學火災爆炸危險指數(shù)評價法(F & IE )等。
油庫安全評價方法還可以分為傳統(tǒng)評價方法和系統(tǒng)評價方法。常用的傳統(tǒng)評價方法有安全檢查表法、故障樹分析法、道化學火災爆炸指數(shù)評價法、故障類型和影響分析法(FMEA);系統(tǒng)評價方法有模糊綜合評價法、六階段評價法等。
近幾年有不少研究成果,綜合運用這些安全評價方法,結(jié)合實際工程,進行更客觀、精確的安全評價研究。其中陳家川、李秉昕等基于故障樹模型定性分析了油庫儲油區(qū)燃燒爆炸事故的影響因素,闡明了燃燒爆炸事故和基本事件之間的邏輯關(guān)系[4];楊守生、王龍燦、陳雷等利用道化學火災、爆炸危險指數(shù)評價法對各油庫儲罐事故可能導致的經(jīng)濟財產(chǎn)損失進行了預測[5]。王金亮、陳全等運用模糊層析綜合分析法將系統(tǒng)中的人、物及環(huán)境因素有效地結(jié)合起來,客觀全面地反映各因素的影響程度,為確保油庫的安全運行在理論上提供了有力保障[6]。
1.1 安全評價的內(nèi)容
安全評價主要包括三方面內(nèi)容:①識別系統(tǒng)中存在的有害因素,并找出潛在的危險源。然后分析這些危險源可能造成的事故后果及當前安全應對措施的實用性及有效性。②采用定性或定量的方法進行危險性評價,預測危險源可能造成事故的嚴重程度,然后進行危險等級劃分。③依據(jù)風險等級、不可接受的風險以及企業(yè)的現(xiàn)實經(jīng)濟狀況,制定相應安全措施,有效控制風險的發(fā)生。
1.2 安全評價的基本程序
安全評價程序主要包括準備階段(現(xiàn)場考察、資料收集)、危險因素辨識、選擇合適的安全評價方法進行安全評價、制定安全對策措施控制風險[7]。
安全評價基本程序見圖1。
圖1 安全評價基本程序
目前,油庫項目常用的安全評價方法有安全檢查表法、故障類型及影響分析法( FMEA )、故障樹定性分析法、道化學指數(shù)評價法、六階段安全評價法、模糊綜合評價法等。
2.1 油庫安全檢查表法
安全檢查表法(Safety Check List)是一種最基礎簡便且應用十分廣泛的安全評價方法。該方法由經(jīng)驗豐富的作業(yè)人員,依據(jù)油庫實際運營中存在的各種不安全因素(機器、工序、設備、裝置、操作管理等)確定檢查項目,以提問的方式將系統(tǒng)中的檢查項目編制成表,以便進行系統(tǒng)檢查[8]。安全檢查表的作用:①對系統(tǒng)進行安全檢查和評價;②對職工進行安全教育和提示;③對事故進行分析和調(diào)查;④為系統(tǒng)設計人員提供安全要求;⑤為系統(tǒng)運行提供安全操作指南;⑥為工程設計和驗收提供審查依據(jù)。
安全檢查表一般參照《危險化學品經(jīng)營單位安全評價導則(試行) 》、《油庫設計規(guī)范》等一些國家法律規(guī)范來制定。安全評價表適用于工程系統(tǒng)的各個階段(可評價物質(zhì)、設備和工藝等)。根據(jù)檢查場所、檢查項目以及作業(yè)系統(tǒng)的不同,安全檢查表又可詳細分類,以對各種具體情況進行系統(tǒng)全面的判斷評估[9]。
依據(jù)安全檢查表法對油庫安全現(xiàn)狀有初步了解后,還需確定油庫系統(tǒng)的安全度。安全度用分值表示,首先確定打分原則,制定油庫安全等級表,然后進行安全度計算,以最終確定油庫的安全現(xiàn)狀。
系統(tǒng)安全值(Pa)計算:
其中,Xa=被評項目實際得分/ 被評項目最高得分
油庫安全度A值計算:
依據(jù)安全評估表的內(nèi)容檢查各項和實際得分,再計算出油庫的安全度值,對比安全等級表的分值,得出油庫的安全等級。
2.2 油庫故障類型及影響分析法
故障類型及影響分析法(FMEA)首先是分析系統(tǒng)的各主要組成部分、元素,找出系統(tǒng)中潛在的故障及類型,然后查明各故障對其他元素及整個系統(tǒng)安全產(chǎn)生的影響,明確故障的嚴重程度,最后采取有關(guān)措施,防止或消除故障發(fā)生[3]。按照故障對系統(tǒng)的影響,通常將故障類型劃分為四個等級,故障類型等級劃分見表1。
表1 故障類型等級劃分
FMEA方法的基本步驟:①定義要評估的系統(tǒng)、明確系統(tǒng)各組成部分的功能關(guān)系及其性能要求。②劃分故障分析等級。標識故障模式、原因、結(jié)果以及重要性。③制定故障檢測、糾正和保護的相關(guān)措施及故障條件下的操作指南。④編寫危險程度報告,制定正確的行動指南。
2.3 故障樹定性分析法
故障樹分析(Fault Tree Analysis),是系統(tǒng)安全工程中常用的一種分析方法,采用演繹方法進行事故因果關(guān)系分析,將可能發(fā)生或已發(fā)生的故障與導致其發(fā)生的原因之間的因果關(guān)系,通過樹形圖表示出來。這種叫做“故障樹”的樹形圖是從結(jié)果到原因描繪故障發(fā)生的有向邏輯樹圖,依據(jù)事故樹可求得事故的最小路徑集,然后進行定性或定量分析,找出故障發(fā)生的原因及控制要點,最后依據(jù)控制要點進行多因素之間的關(guān)聯(lián)分析,直觀地將故障和原因之間的關(guān)系表示出來,并且可以找出造成故障的主要原因和得到故障發(fā)生的概率[10]。
油庫事故發(fā)生的原因是多方面且表現(xiàn)形式不一,與人員素質(zhì)、經(jīng)營管理體制、環(huán)境適應度、作業(yè)工藝流程的復雜程度以及設備的安裝設計等諸多因素息息相關(guān)。因此對故障樹分析人員的要求也很高,既要掌握生產(chǎn)工藝流程、設備操作方法和使用環(huán)境,又要掌握數(shù)理邏輯、人機工程學、計算機應用等多個學科,這樣才能作出科學客觀、適用性強的故障樹分析[11]。事故樹分析的完整步驟如下:①熟悉系統(tǒng),②調(diào)查統(tǒng)計事故,③確定頂上事件,④確定目標值,⑤調(diào)查原因事件,⑥故障樹作圖,⑦故障樹定性分析,⑧求出事故發(fā)生概率,⑨進行比較,⑩故障樹定量分析。
2.4 道化學指數(shù)評價法
美國道( DOW ) 化學公司油庫火災、爆炸危險指數(shù)評價法是一種客觀定量的評價方法,以物質(zhì)系數(shù)為基礎,同時考慮操作方法、工藝條件、安全裝置情況、設備情況等的影響,計算出各單元的危險度數(shù)值,依據(jù)危險度值劃分危險度等級,對工藝裝置及其所含物料的潛在火災、爆炸危險逐步進行評價[12]。該方法主要應用在儲存、處理、生產(chǎn)易燃、易爆等活性物質(zhì)的操作過程中。
(1)確定物質(zhì)系數(shù)。物質(zhì)系數(shù)表示由于物質(zhì)燃燒或化學反應引起的火災、爆炸過程中潛在能量釋放的尺度[12]。
可燃性氣體、液體及粉塵的物質(zhì)系數(shù)值可查表求出;混合物的物質(zhì)系數(shù),通過試驗方法求取或選取混合物中物質(zhì)系數(shù)最高的。
(2)確定一般工藝過程危險系數(shù)F1及特殊工藝過程危險系數(shù)F2。F1是確定事故損失程度的主要因素;F2是影響事故發(fā)生概率的主要因素。F1和F2的值等于其基本系數(shù)(一般取值為1)與其他各項內(nèi)容(負壓、粉塵爆炸、毒性物質(zhì)等)的危險系數(shù)之和。
(3)計算單元危險系數(shù)F3。F3反映評價單元的潛在危險性,其值為一般工藝過程危險系數(shù)F1和特殊工藝過程危險系數(shù)F2的乘積(F3=F1·F2)。
(4)計算火災爆炸指數(shù)F&IE。F&IE反映火災爆炸事故可能造成的破壞情況(F&IE=F3·MF)。
(5)確定單元危害系數(shù)。單元危險系數(shù)表示被評價單元中,危險物質(zhì)能量釋放所造成的火災或爆炸事故的綜合效應,其值與危險系數(shù)F3和物質(zhì)系數(shù)滿足非線性函數(shù)關(guān)系,通過函數(shù)圖像可查得。
(6)確定暴露半徑R。在所評價的單元內(nèi)發(fā)生火災爆炸時,通常為立體的同心圓柱形破壞,裸露半徑R=0.256×F&IE。
(7)確定安全措施補償系數(shù)C。安全措施補償系數(shù)C反映了安全措施的完善程度對事故可能造成的損失。其值為工藝控制系數(shù)C1、危險物質(zhì)隔離系數(shù)C2、防火設施系數(shù)C3的乘積,其值在0~1范圍內(nèi)。
(8)最大可能財產(chǎn)損失的計算。
可先計算基本MPPD= 暴露區(qū)域內(nèi)財產(chǎn)價值×DF
基本最大可能財產(chǎn)損失MPPD,其表示系統(tǒng)在無任何一種安全措施時可能造成的損失,其中DF為該單元的危險系數(shù)。
實際MPPD=基本MPPD×C
實際最大可能財產(chǎn)損失表示采取合適的安全措施后事故實際造成的財產(chǎn)損失情況,其中C為安全措施補償系數(shù)[13]。
(9)確定最大可能工作日損失。最大可能工作日損失表示由于事故造成的業(yè)務中斷的天數(shù),其值可用公式求出也可通過相關(guān)資料查得。
風險分析計算程序見圖2。
圖2 風險分析計算程序
2.5 六階段評價法
日本勞動省化工企業(yè)六階段安全評價法以美國道化學公司的指數(shù)評價法為基礎,簡化了物質(zhì)系數(shù)和補償系數(shù)的計算及危險度等級劃分。該方法包含定量和定性兩方面的內(nèi)容。該方法首先進行安全檢查表評價,然后根據(jù)實際生產(chǎn)中的工藝條件定出危險性點數(shù),最后按照危險性點數(shù)制定相應的安全補償措施[14]。六階段的6個評價環(huán)節(jié)如下:①資料準備;②定性評價;③定量評價;④利用求得的危險度等級,依據(jù)安全措施表,選擇對應的措施;⑤依據(jù)過去事故材料進行類比復查;⑥用故障樹FTA再評價。
定量評價是這六個環(huán)節(jié)的核心,例如針對油庫的設備評價,可將油庫設備分成多個組,各組再細分為不同的單元,各單元按物質(zhì)、溫度、容量、操作和壓力5個項目分別打分,分值定在0~10點之間,并分成4個等級,分別為A (10點)、B ( 5點)、C ( 2 點)、D ( 0 點)。最后將各項目的點數(shù)相加,求出單元分數(shù)及各組的總分數(shù),并劃分為3等級,如下表2所示。
表2 單元危險度等級
2.6 模糊綜合評價方法
模糊綜合評價法是一種定性的全面的油庫安全評價方法,它將諸多模糊的概念數(shù)字化、定量化,將模糊性轉(zhuǎn)換為確定性,最大程度地避免了評價的主觀性和偏好性[15]。模糊綜合評價的分析流程圖如下圖3所示。
圖3 模糊綜合評價分析流程圖
一般步驟如下:
①確定影響油庫安全的主要因素。從整體上把握油庫的安全現(xiàn)狀,通常從人、物、環(huán)境、管理4個方面考慮影響油庫安全的因素。②確定各影響因素的權(quán)重。設計中通常采用專家打分法、層次分析法及神經(jīng)網(wǎng)絡法等確定權(quán)重系數(shù)。③確定隸屬度函數(shù),建立模糊綜合評價模型。④確定油庫安全等級。
3.1 各方法的特點
以上六種常見油庫安全評價方法,無論是定性評價方法還是定量評價方法,都有其各自的特點,下面對各種方法的特點進行簡要分析。
3.1.1 油庫安全檢查表法
油庫安全檢查表法是油庫安全評價最常用方法之一。該方法簡單、可操作性強,易于掌握、推廣和普及,是安全系統(tǒng)工程中最初步、最基礎的分析方法。
但該方法也存在一些問題:第一,只是初步評價,缺乏深度和系統(tǒng)性;第二,主觀性太強,有時不能正確客觀的反應油庫狀況;第三,由于主觀指標難于做出客觀評價,因此安全檢查表制作可能不全面。安全檢查表法通常是對油庫安全評價的第一步。
3.1.2 油庫故障類型及影響分析法
該方法現(xiàn)在廣泛應用在油庫安全評價領域,通過該方法可明確油庫系統(tǒng)的故障形式及其影響,對可能發(fā)生的故障類型提供切實可行的安全檢測方法和手段,為系統(tǒng)提供完善的安全措施等。但由于時間、可用資源及可用必要數(shù)據(jù)的限制,該方法只能用于早期的危險度分析,通常和故障樹分析法結(jié)合使用。
3.1.3 故障樹定性分析法
該方法依據(jù)客觀事實,剖析油庫系統(tǒng)設計,了解油庫安全狀況,保障油庫安全,是一種對油庫安全性可靠性進行分析的有效方法。由于油庫安全受諸多因素影響,因此對故障樹分析人員要求很高,既要求熟悉生產(chǎn)工藝流程、各設備使用方法及使用環(huán)境,又要求掌握多種學科,這樣才能作出科學可靠的故障樹分析。因此該方法耗時長,復雜度高,且一旦故障樹建立的不正確,可能會造成錯誤甚至嚴重后果。
3.1.4 道化學指數(shù)評價法
該方法適用于化工裝置的火災、爆炸風險的定量評價,可為工廠的安全管理和保險業(yè)提供科學依據(jù)。該方法對工藝裝置、生產(chǎn)過程、物質(zhì)危險性進行評價,但沒有對其他因素(尤其是外部因素)進行分析,因此只能應用于重要危險源篩選的場合。通常設計中用該法進行初步評價,然后用故障樹定性分析(FTA)做進一步的安全評價,找出事故發(fā)生的原因,求出事故發(fā)生概率,用數(shù)理模型算出事故后果。油庫安全評價系統(tǒng)中常將該方法與企業(yè)現(xiàn)有的其他安全評價方法相結(jié)合,以彌補該方法的缺陷。
3.1.5 六階段評價法
該方法以美國道化學公司的火災指數(shù)評價法為基礎,簡化了物質(zhì)系數(shù)和補償系數(shù)的計算及危險度等級劃分,評價內(nèi)容更加具體化,可操作性更強。但是,評價過程較為復雜。
3.1.6 油庫安全模糊綜合評價法
模糊綜合評價法將油庫系統(tǒng)的模糊不確定因素,轉(zhuǎn)化為求取隸屬度函數(shù),將模糊化的因素確定化,以便掌握和評價。
隸屬度函數(shù)的建立是模糊綜合評價方法的核心,由于人的經(jīng)驗不同,建立的隸屬度函數(shù)也有很大差異,有時可能對評價的準確性和客觀性產(chǎn)生影響。
因此,確定隸屬度函數(shù)有較大的操作難度,主觀性和隨意性都比較強。實際設計中通常通過征求專家建議,盡可能合理地建立隸屬度函數(shù),提高系統(tǒng)評價的準確性。
3.2 各方法的比較分析
油庫安全評價常用方法的比較分析如表3所示。
表3 油庫安全評價常用方法比較分析表
4.1 選擇方法的原則
安全評價方法種類繁多,各方法均有各自的使用條件、應用范圍和優(yōu)缺點。實際評價中選擇合適的評價方法十分必要,只有選擇了合理的安全評價方法才能得到良好的評價結(jié)果。油庫評價選擇評價方法遵循的原則:
(1)充分性原則。充分分析被評價系統(tǒng);充分掌握各種安全評價方法的特點、使用范圍和適用條件;充分準備好安全評價的資料。
(2)系統(tǒng)性原則。將被評價對象看作一個大系統(tǒng),內(nèi)部因素相互關(guān)聯(lián),相互影響,切勿孤立評價單個局部因素。被評價系統(tǒng)可提供評價所需的系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)及資料,安全評價的結(jié)果是基于真實、合理的數(shù)據(jù)之上的。安全評價方法與被評價系統(tǒng)可構(gòu)成一個和諧的整體。
(3)適應性原則。選擇的安全評價方法需適應被評價的系統(tǒng)。被評價系統(tǒng)是由特點各不相同的多個子系統(tǒng)構(gòu)成的,依據(jù)系統(tǒng)及子系統(tǒng)的特點,合理選擇合適的安全評價方法。
(4)針對性原則。選擇的安全評價方法需能提供針對性強、準確性高的分析結(jié)果。由于評價的目標各不相同,評價結(jié)果可能為事故原因、事故概率、事故危害程度和系統(tǒng)安全等級等,應依據(jù)評價目標選擇針對性強的評價方法。
(5)合理性原則。在能得到評價所需評價結(jié)果及滿足評價目標的前提下,盡可能選擇最優(yōu)的安全評價方法。即選擇最容易實施、計算過程最簡單的評價方法,使安全評價工作目標和結(jié)果都是合理的,避免不必要的麻煩和做無用功。
4.2 評價方法的確定
在實際評價過程中建議依據(jù)以上評價原則慎重選取合理的安全評價方法。有時,針對同一被評價對象,可選取多種評價方法進行評價,相互補充,提高評價結(jié)果的準確度。
采用安全檢查表法可初步了解整個系統(tǒng)及組成部分的安全狀況,找出導致事故的可能原因,是安全評價工作的第一步;采用故障樹分析法由果到因,尋找導致事故的可能原因,進一步確定影響系統(tǒng)安全的重要因素;采用FMEA分析法分析設備及工藝過程中可能存在的安全隱患,及時提出合理的改進措施。不難發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的安全評價方法均就油庫的局部或某個階段進行評價,缺乏系統(tǒng)性考慮,只能用于初步的安全評價,不能從整個油庫運營的系統(tǒng)進行評價。
完成系統(tǒng)初步安全評價工作之后,再從系統(tǒng)角度綜合評價整個油庫的安全運營狀況,從而客觀全面、準確地確定油庫的安全等級,進而制定相應的安全決策建議。油庫系統(tǒng)中涉及的不安全因素眾多,由于各因素的不確定性,應該選擇一種系統(tǒng)分析方法進行評價。實際評價工作中常用的系統(tǒng)評價方法有模糊綜合評價法、層次分析法等。
這種采用傳統(tǒng)評價方法進行初步安全評價,再采用系統(tǒng)評價方法進行油庫整體安全運營狀況評價的油庫安全評價理論體系,在現(xiàn)階段的油庫安全運營中具有重要的現(xiàn)實參考意義。油庫安全系統(tǒng)的理論、評價體系將隨著安全系統(tǒng)工程的發(fā)展而不斷完善,相信在廣大石油工作者共同的努力下,油庫安全評價體系必將會有大的發(fā)展和提高。
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2016-12-16。
張彩慧,女,1991年3月2日出生,本科學歷,畢業(yè)于河北邢臺學院學習藝術(shù)設計專業(yè),助理工程師,在中國石化銷售有限公司河南洛陽石油分公司就職,從事油庫安全、油品檢測、油品質(zhì)量管理等方面工作。