基于FTA和AHP對液氨儲罐危險性安全分析

李耀宙

(太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

基于FTA和AHP對液氨儲罐危險性安全分析

李耀宙

(太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008)

液氨儲罐由于儲存介質(zhì)的危險性，在生產(chǎn)中對其進行有效的安全管理顯得尤為重要。本文以液氨儲罐火災(zāi)爆炸為頂事件，運用故障樹(FTA)和層次分析法(AHP)分別對液氨儲罐的常見危險性因素進行評價分析，將FTA危險性因素分為四類，分別計算其結(jié)構(gòu)重要度，并與AHP中指標層權(quán)重進行對比，結(jié)果表明兩者一致，并對常見危險因素提出改進措施，為液氨儲罐在實際運行中提供參考。

液氨儲罐；危險性；故障樹；層次分析法

氨是一種重要的化工原料，在化工、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域起著重要作用，為了運輸及存儲的便利，通常將氣態(tài)的氨氣加壓或冷卻成液態(tài)氨。而液氨儲罐作為液態(tài)氨的儲存容器，在工業(yè)生產(chǎn)中會存在嚴重的安全隱患，甚至發(fā)生火災(zāi)爆炸等嚴重事故，因此對工業(yè)生產(chǎn)中液氨儲罐進行全面的安全評價是必要的。張哲源等[1]采用改進層次分析法對液氨儲罐進行安全分析。顧建偉[2]對電廠液氨儲罐泄漏進行危險源分析，并進行液氨泄漏進行定量計算。張曦[3]采用蒙德法對液氨儲罐進行分析，得到各個危險源的等級。姜楠等[4]對涉氨場所火災(zāi)爆炸進行危險分析，并提出相應(yīng)防護措施與建議。趙承建[5]應(yīng)用故障樹法對液氨儲罐火災(zāi)爆炸進行分析，并定量計算處頂上事件概率重要度和危險重要度。張克躍[6]對液氨儲罐泄漏事故進行定量分析，并提出必要的安全措施預(yù)防液氨泄漏事故。本文采用FTA和AHP兩種評價方法對某液氨儲罐進行危險性分析，得到常見危險因素的權(quán)重，最后將常見危險因素歸整為四類，用兩種方法得到的結(jié)果一致，并提出防護措施，為液氨儲罐的運行管理提供參考。

1 故障樹(FTA)分析

通過對某液氨儲罐進行分析和調(diào)查得到常見危險因素，確定液氨儲罐火災(zāi)爆炸為頂上事件，得到故障樹結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，其中事件類型如表1所列。

圖1 液氨儲罐火災(zāi)爆炸故障樹

經(jīng)計算得此故障樹割集數(shù)為70個，將故障樹改為成功樹，計算得最小徑集數(shù)為6個，分別是P1={X11；X13；X15；X24；X27；X14；X22；X25；X26；X12；X16；X17；X18；X23}，P2={ X11；X13；X18；X24；X27；X14；X22；X25；X26；X12；X23；X19；X20}，P3={X11；X13；X15；X24；X27；X14；X21；X25；X26；X12；X16；X17；X18}，P4={X11；X13；X18；X24；X27；X14；X21；X25；X26；X12；X19；X20}，P5={X5；X9；X7；X8；X4；X10；X6}，P6={ X2；X1；X3}。

在不考慮基本事件的概率條件下，結(jié)構(gòu)重要度越大，頂事件發(fā)生概率越大，根據(jù)公式計算結(jié)構(gòu)重要系數(shù)

式中，nj——第i個基本事件所在 的基本事件總數(shù)。

根據(jù)計算結(jié)果確定結(jié)構(gòu)重要度的次序，則I(2) =0.1875 gt; I(1) =I(3) =0.1458 gt; I(18) = 0.125 gt; I(4) =I(5) =I(6)= 0.0833gt;I(7)= I(8)= 0.0625 gt; I(9) = I(10)= 0.0333 gt; I(11) = I(12)= I(13) =I(14) =I(24) =I(25) =I(26) =I(27) =0.0167gt;I(21)= I(22)= I(23)=0.0125gt;I(15)= I(16)= I(17)= I(19) = I(20) = 0.0042。現(xiàn)將這些基本事件歸整為四類，即：人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素，并分別計算四類因素的結(jié)構(gòu)重要度，其中人為因素：I(3)+ I(4)+ I(10)+ I(12)+ I(16)+ I(17)+ I(24)+I(25)=0.1458+0.0833+0.0333+0.0042+0.0042+0.0167+0.0167=0.3042；設(shè)備因素：I(2)+ I(13)+ I(14)+ I(18)+ I(19)+ I(22)+ I(27)+ I(5)+ I(7)+ I(8)+ I(9) =0.1875 +0.0167 +0.0167 +0.125 +0.0042 +0.0125+0.0167+0.0833+0.0625+0.0625+0.0333=0.6206；環(huán)境因素：I(6)+ I(21) + I(23) =0.0833 +0.0125+0.0125=0.1083；管理因素I(1) +I(11) +I(15)+ I(20) +I(26) =0.1458 + 0.0167 +0.0042 +0.0167 =0.1834。其中各因素權(quán)重分別為：人為因素占25.01%，設(shè)備因素占51.02%，環(huán)境因素占8.90%，管理因素占15.08%。

2 層次分析法(AHP)分析

本文利用層次分析法(AHP)將各因素進行分層，其中目標層為液氨儲罐火災(zāi)爆炸事件，準則層分為人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、管理因素，最后將各基本事件作為指標層進行分類。

表2

(1)準則層各因素對目標層的重要程度

表3 C-C判斷矩陣

用方根法求評價因素權(quán)重向量值，并作歸一化處理，則W1=0.3077，W2=0.4615，W3=0.0769，W4=0.1539，判斷矩陣最大特征值λ[max]=4.0001，一致性指標為CI=(4.0001-4)/(4-1)=0.00003四階矩陣隨機一致性指標RI=0.89，則一致性比率為=0.000034lt;0.1，滿足一致性。

(2)指標層各因素對準則層的相對重要程度

用方根法求評價因素權(quán)重向量值，并作歸一化處理，則 =(0.0714、0.0714、0.1429、0.1429、0.1429、0.1429、0.0714、0.2142)，判斷矩陣最大特征值 =8，一致性指標為CI=(8-8)/(8-1)=0，八階矩陣的隨機一致性指標RI=1.41，則一致性比率為=0lt;0.1滿足一致性。

表4 C1-P判斷矩陣

表5 C2-P判斷矩陣

用方根法求評價因素權(quán)重向量值，并作歸一化處理，則 =(0.1667、0.0417、0.0417、0.0833、0.0833、0.0417、0.0833、0.1250、0.0833、0.0833、0.1667)，判斷矩陣最大特征值 =11.5908，一致性指標為CI=(11.5908-11)/(11-1)=0.05908，11階矩陣隨機一致性指標RI=1.52，則一致性比率為=0.0389lt;0.1，滿足一致性。

表6 C3-P判斷矩陣

用方根法求評價因素權(quán)重向量值，并作歸一化處理，則 =(0.25、0.25、0.5)，判斷矩陣最大特征值 =3，一致性指標為CI=(3-3)/(3-1)=0，三階矩陣隨機一致性指標RI=0.52，則一致性比率為=0lt;0.1滿足一致性。

表7 C4-P判斷矩陣

用方根法求評價因素權(quán)重向量值，并作歸一化處理，則 =(0.4、0.2、0.2、0.1、0.1)，判斷矩陣最大特征值 =5，一致性指標為CI=(5-5)/(5-1)=0，五階矩陣隨機一致性指標RI=1.12，則一致性比率為=0lt;0.1，滿足一致性。

(3)排序

人為因素對液氨儲罐安全狀況的權(quán)重為: = 0.3077 (0.0714、0.0714、0.1429、0.1429、0.1429、0.1429、0.0714、0.2142)=(0.02197、 0.02197、0.0440、0.0440、0.0440、0.0440、0.02197、0.06591)。設(shè)備因素對液氨儲罐安全狀況的權(quán)重為: =0.4615 (0.1667、0.0417、0.0417、0.0833、0.0833、0.0417、0.0833、0.1250、0.0833、0.0833、0.1667)=(0.07693、0.01924、0.01924、0.03844、0.03844、0.01924、0.03844、0.05769、0.03844、0.03844、0.07693)。環(huán)境因素對液氨儲罐安全狀況的權(quán)重為 =0.0769 (0.25、0.25、0.5)=(0.019225、0.019225、0.03845)。管理因素對液氨儲罐安全狀況的權(quán)重為 =0.1539 (0.4、0.2、0.2、0.1、0.1)=(0.06156、0.03078、0.03078、0.01539、0.01539)。

運用故障樹分析法計算常見危險因素結(jié)構(gòu)重要度，得到人為因素為25.01%，設(shè)備因素為51.02%，環(huán)境因素為8.90%，管理因素為15.08%；通過利用AHP對液氨儲罐分析，人為因素權(quán)重為30.77%，設(shè)備因素權(quán)重為46.15%，環(huán)境因素權(quán)重為7.69%，管理因素權(quán)重為15.39%，經(jīng)對比分析，兩者基本一致。

綜上所述，得到對液氨儲罐火災(zāi)爆炸影響較大的因素包括排風設(shè)施損壞，材料缺陷，動火作業(yè)，無排風設(shè)施，腐蝕裂紋。因此在對液氨儲罐進行設(shè)計時就要嚴格按照相應(yīng)標準設(shè)計合理的排風設(shè)施，注意局部通風和全面通風的合理布置。對儲罐的選材也要嚴格把關(guān)，尤其要考慮材料的機械性能和制造工藝性，同時在安裝完成的設(shè)備上必要時進行無損檢測。嚴格按照動火作業(yè)等級執(zhí)行相應(yīng)審批和作業(yè)制度，同時要等到作業(yè)區(qū)域溫度降低到安全溫度以下，方可作業(yè)結(jié)束。在管理方面定期對員工進行安全培訓(xùn)，提高安全意識，定期有計劃的組織相關(guān)員工進行應(yīng)急演練，提高員工安全生產(chǎn)的主動意識，同時編制發(fā)生火災(zāi)爆炸后的現(xiàn)場應(yīng)急處置方案和應(yīng)急救援預(yù)案。

3 結(jié)論

通過對液氨儲罐運用FTA和AHP進行分析，得到結(jié)論如下：

(1)根據(jù)故障樹考慮了27個基本事件，經(jīng)計算有70個最小割集，這些最小割集定性地描述了液氨儲罐的薄弱環(huán)節(jié)。

(2)通過利用FTA和AHP方法對液氨儲罐分析，經(jīng)對比分析權(quán)重結(jié)果，兩者基本一致。其中對AHP的指標層排序得：排風設(shè)施損壞，材料缺陷，動火作業(yè)，無排風設(shè)施，腐蝕裂紋這些因素對儲罐影響比較嚴重。

(3)分別從人為因素、設(shè)備因素、管理因素等方面提出相應(yīng)預(yù)防措施。

[1] 張哲源,謝飛,張苗,宋相杰,宋文華. 基于改進層次分析法的液氨儲罐安全分析[J]. 南開大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,47(04):6-13.

[2] 顧建偉,張小平,王 穎.電廠脫硝工程液氨儲罐泄漏環(huán)境風險分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2012,12(06):108-112.

[3] 張曦,姜 豐.蒙德法在火電廠液氨儲罐評價單元的應(yīng)用[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2012,8(02):189-194.

[4] 姜 楠,呂 東,王 婕,張 網(wǎng),任常興,原志紅. 涉氨場所火災(zāi)爆炸風險分析與控制[J]. 廣東化工,2016,43(07):104-105.

[5] 趙承建. 液氨儲罐火災(zāi)爆炸事故樹分析[J]. 石油和化工設(shè)備,2012,15(08):73-76.

[6] 張克躍,龍 煦,劉仁國. 液氨儲罐泄漏事故危險性的定量分析[J].化學(xué)與生物工程,2015,32(07):59-61.

(本文文獻格式：.李耀宙基于FTA和AHP對液氨儲罐危險性安全分析[J].山東化工，2017，46(20)：119-122.)

SafetyAnalysisoftheLiquidAmmoniaTankBasedonFTAandAHP

LiYaozhou

(Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China)

Because of the risk of storage medium, it is very important to carry out effective safety management of liquid ammonia storage tank in practice. The fault tree (FTA) and analytic hierarchy process (AHP) is used to analyze the common risk factors of the liquid ammonia tank. The FTA risk factors are divided into four categories to calculate the structure importance respectively. Compared with the index of AHP layer in weight, the results show that the results are consistent, and the improvement measures of the common risk factors are put forward, providing reference for the actual operation of the liquid ammonia tank in practice.

the liquid ammonia tank; risk; FTA; AHP

2017-08-28

李耀宙(1988—)，河南周口人，助教，碩士學(xué)位，主要從事化工裝備結(jié)構(gòu)強度分析與安全評價。

X932

A

1008-021X(2017)20-0119-04