基于層次分析法的化工裝置手閥誤操作可能性分級(jí)方法

劉林杰，李傳坤，酒江波，王春利

(1.中國(guó)石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 2660712.青島歐賽斯環(huán)境與安全技術(shù)有限責(zé)任公司，山東青島 266580)

0 前言

化工裝置生產(chǎn)過程復(fù)雜，工藝條件苛刻，需要使用大量的閥門來控制介質(zhì)流量的大小。在某些不經(jīng)常操作的流程上，往往設(shè)置手動(dòng)閥門，因?yàn)槭謩?dòng)閥門(簡(jiǎn)稱手閥)具有價(jià)格低廉、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。其中，不屬于主流程范圍內(nèi)的部分閥門，操作人員往往對(duì)其設(shè)置作用和設(shè)置意圖了解不夠，導(dǎo)致誤操作概率大幅提高，需對(duì)其進(jìn)行特殊管理，如掛牌提醒、鉛封提醒、執(zhí)行鎖定等。特殊管理手閥若被誤關(guān)或誤開會(huì)造成裝置重要的安全保護(hù)設(shè)施失效，可能使裝置處于不安全狀態(tài)，從而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)手閥的研究多集中在選型[1]、內(nèi)漏檢測(cè)[2,3]、安全性檢測(cè)[4]及診斷[5]等方面，對(duì)特殊手閥管理研究較少。閥門管理方面的研究主要集中在安裝、使用、保養(yǎng)、檢修等方面[6,7]?？傮w來說，缺少對(duì)特殊管理手閥的辨識(shí)，風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)以及誤操作可能性分級(jí)的研究。本文通過分析手閥誤操作的各類影響因素，運(yùn)用層次分析法對(duì)特殊管理手閥的誤操作可能性進(jìn)行分級(jí)。

1 特殊管理手閥可能被誤操作的影響因素

1.1 特殊管理手閥的定義

化工裝置的特殊管理手閥是指位于主工藝流程之外，并不具備正常操作功能但被誤操作之后可能引起嚴(yán)重安全后果的手閥[8]。常見的特殊管理手閥類型如表1所示。

表1 常見需特殊管理的手閥類型

1.2 特殊管理手閥誤操作的影響因素

a) 手閥尺寸。手閥尺寸越大越醒目，操作人員的操作難度越小，操作失誤的概率越??；反之，手閥尺寸越小，操作人員的操作難度越大，操作失誤的概率越大。因此，手閥尺寸對(duì)誤操作概率有重要影響。

b) 手閥環(huán)境。手閥環(huán)境主要是指特殊手閥周邊其他閥門的設(shè)置情況，如果閥門布置較集中，則閥門易被誤操作。另外，照明情況和操作時(shí)間等因素也會(huì)影響手閥操作人員的工作，導(dǎo)致誤操作的發(fā)生。

c) 手閥標(biāo)識(shí)。手閥設(shè)備應(yīng)有字跡清晰、位置顯眼、含義明確的標(biāo)識(shí)，以便工作人員的識(shí)別和使用。手閥標(biāo)識(shí)不清，會(huì)大幅增加誤操作的概率。

d) 操作人員認(rèn)知。手閥的操作安全受操作人員熟練程度的直接影響。若操作人員不明確自己的崗位責(zé)任、不了解自己的崗位安全操作規(guī)程，那么會(huì)大幅增加誤操作的概率。

e) 歷史誤操作。裝置運(yùn)行歷史上，手閥是否發(fā)生過誤操作。如果發(fā)生過，甚至多次發(fā)生過，那么表面誤操作的概率較高，應(yīng)注意防范。

f) 手閥安裝位置。通常，手閥安裝的位置越難以抵達(dá)，其被誤操作的可能性就越?。环粗?，操作人員容易抵達(dá)的手閥(如距離地面高度較近)，其被誤操作的可能性越大。

g) 安全制度建立。手閥相關(guān)的安全管理制度越健全，則手閥被誤操作的可能性越小。

h) 安全制度執(zhí)行。安全制度離不開執(zhí)行，否則完善的安全管理制度形同虛設(shè)。安全管理制度的執(zhí)行力度越大，則手閥被誤操作的可能性越小。

i) 培訓(xùn)狀況。良好的培訓(xùn)，是安全操作的基石。對(duì)操作人員進(jìn)行安全管理制度和操作技能的宣貫和培訓(xùn)，是辨識(shí)、消除和減輕誤操作最有效的方法之一，培訓(xùn)的效果對(duì)手閥誤操作的概率影響重大。

1.3 手閥誤操作影響因素體系

將“手閥誤操作可能性”設(shè)為目標(biāo)層，作為綜合指標(biāo)；將“閥門狀態(tài)”、“安全運(yùn)行”、“制度與培訓(xùn)”設(shè)為準(zhǔn)則層的因素，用C表示；手閥尺寸等9個(gè)指標(biāo)作為底層影響因素，用P表示，形成了手閥誤操作影響因素體系，如圖1所示。

圖1 手閥誤操作影響因素

2 手閥誤操作可能性分級(jí)方法

2.1 手閥誤操作各影響因素的綜合權(quán)重

層次分析法通過結(jié)合定性分析和定量分析，使人們對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)主觀的判斷通過定量表示出來，是一種系統(tǒng)的分析方法，并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行相關(guān)處理，簡(jiǎn)稱AHP(Analytic Hierarchy Process)法[9]。層次分析法通過找出與復(fù)雜問題相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，建立層次結(jié)構(gòu)，然后數(shù)學(xué)方法確定指標(biāo)與層次、層次和上一層次相對(duì)重要性，最后得出底層指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的最終重要程度[10]。

層次分析法的基本過程就是首先將復(fù)雜系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)，然后比較各個(gè)層次的因素相對(duì)于上一層因素的重要程度，通過構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算因素的相對(duì)權(quán)重，并且矩陣通過一致性檢驗(yàn)，進(jìn)而建立層次總排序，得到因素綜合權(quán)重，分析該問題[11]。

對(duì)于多層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以先分別對(duì)每個(gè)判斷矩陣進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，然后逐層組合計(jì)算，得出最底層的評(píng)價(jià)元素對(duì)于目標(biāo)層的綜合權(quán)重，具體的計(jì)算方法如表2所示。

表2 綜合權(quán)重計(jì)算

2.2 手閥誤操作各影響因素的影響分值

專家打分法又稱為德爾菲法，具體做法是組織若干對(duì)被評(píng)估對(duì)象熟悉的專家，依靠其經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和個(gè)人價(jià)值觀確定指標(biāo)權(quán)重，并用統(tǒng)計(jì)方法做適當(dāng)處理[12]。本文采用專家打分法，對(duì)圖1中所示的每個(gè)手閥誤操作影響因素的影響程度進(jìn)行打分。最終確定的底層影響因素影響分值如表3所示。

表3 手閥誤操作底層影響因素影響分值

2.3 手閥誤操作的概率分值

結(jié)合各影響因素的綜合權(quán)重與各影響因素的影響分值，得到閥門誤操作分值的判別公式：

(1)

式中：S——手閥誤操作概率分值；

Wi——各影響因素的綜合權(quán)重；

Ii——各影響因素的影響分值；

m——影響因素的個(gè)數(shù)。

根據(jù)手閥誤操作概率分值，將其誤操作概率等級(jí)分為8級(jí)，如表4所示。

表4 手閥誤操作概率等級(jí)劃分

3 實(shí)例驗(yàn)證

以某煉化公司200×104t/a加氫裂化裝置為實(shí)例，將層次分析法應(yīng)用于裝置的手閥誤操作可能性分級(jí)。該公司對(duì)手閥沒有具體的管理規(guī)定，存在重大風(fēng)險(xiǎn)的手閥并沒有被充分辨識(shí)出來，只是通過現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及P&ID設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的管理措施來實(shí)施管理。

3.1 加氫裂化裝置特殊管理手閥概況

根據(jù)表1，梳理出27個(gè)特殊管理手閥，并將這些手閥誤操作的影響因素進(jìn)行了總結(jié)。由于篇幅所限，僅選擇其中10個(gè)手閥舉例說明，如表5所示。

表5 加氫裂化裝置特殊管理手閥基本信息

3.2 閥門誤操作指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)該加氫裂化裝置的管理實(shí)際，運(yùn)用層次分析法計(jì)算手閥誤操作指標(biāo)體系各因素的權(quán)重：首先對(duì)每個(gè)判斷矩陣進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，然后逐層組合計(jì)算，得出各層的影響因素對(duì)于目標(biāo)層的綜合權(quán)重。各層的權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 手閥誤操作影響因素的權(quán)重

3.3 誤操作概率等級(jí)的確定

對(duì)于需特殊管理的手閥，需進(jìn)行如下計(jì)算：①根據(jù)手閥概況，依據(jù)表3得到各影響因素的分值；②根據(jù)各影響因素的分值以及各因素的權(quán)重，由公式(1)計(jì)算得到手閥誤操作的概率分值；③以表4手閥誤操作概率等級(jí)劃分表為依據(jù)，得到各個(gè)手閥誤操作的概率等級(jí)。

經(jīng)計(jì)算，該加氫裂化裝置的10個(gè)關(guān)鍵手閥的誤操作概率計(jì)算如表7所示。

表7 加氫裂化裝置特殊管理手閥誤操作等級(jí)計(jì)算

根據(jù)本文提出的方法，評(píng)估出地下輕污油罐D(zhuǎn)503排火炬手操閥(序號(hào)4)、KO罐脫液控制閥前后手操閥等手閥(序號(hào)6)具有較高的誤操作概率。

以地下輕污油罐D(zhuǎn)503排火炬手操閥為例，該手閥約每3～4天關(guān)閉一次，執(zhí)行排出輕污油罐油品的作業(yè)。作業(yè)執(zhí)行完成之后，再打開該閥，實(shí)現(xiàn)輕污油罐與火炬系統(tǒng)的連通。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該手閥在最近3年的操作過程中，存在1次清罐作業(yè)執(zhí)行完成后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員忘記打開該閥的現(xiàn)象。因此，該手閥的誤操作概率在中國(guó)石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣中，處于第二高的概率等級(jí)，即10-1次/年：在設(shè)備設(shè)施的使用壽命內(nèi)可能發(fā)生多次。該案例證明，利用本文方法評(píng)估出的高誤操作可能性的手閥，與用安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣發(fā)現(xiàn)的相吻合。

4 結(jié)論

a) 分析得到的手閥誤操作影響因素較為完整，所建立的手閥誤操作影響因素體系涵蓋面較全，提出的各影響因素的影響分值范圍合理。

b) 基于層次分析法，提出的手閥誤操作影響因素的綜合權(quán)重計(jì)算方法準(zhǔn)確合理。

c) 結(jié)合各影響因素的綜合權(quán)重與各影響因素的影響分值，研究的閥門誤操作分值的計(jì)算方法，其最終分值可以對(duì)應(yīng)得出手閥誤操作概率等級(jí)。

d) 在某煉化公司加氫裂化裝置上的實(shí)例表明，本文提出的手閥誤操作可能性分級(jí)方法，對(duì)該裝置手閥誤操作的可能性進(jìn)行了分級(jí)，分級(jí)結(jié)果符合操作實(shí)踐，且分析過程側(cè)重于事前查找，為提前預(yù)防提供了決策依據(jù)。

下一步，在本文提出方法的基礎(chǔ)上，可以通過風(fēng)險(xiǎn)分析得出手閥誤操作所產(chǎn)生的后果等級(jí)，最后根據(jù)概率等級(jí)和后果等級(jí)確定手閥誤操作的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而對(duì)手閥進(jìn)行掛牌、鉛封或者上鎖等不同級(jí)別的管理模式。