石油化工企業(yè)在役丙烷球罐可靠性綜合評(píng)估研究

唐佳林

(延安大學(xué) 西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 延安 721300)

0 引言

隨著我國(guó)科技水平和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)已發(fā)展成為全球最大的大石油和石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家。近十幾年來(lái)，我國(guó)不斷對(duì)石油化工結(jié)構(gòu)布局的不斷優(yōu)化，相繼建成百萬(wàn)噸乙烯生產(chǎn)基地和浙江石化、恒力石化和山東裕龍島石化等三十幾個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)一體化項(xiàng)目，為了實(shí)現(xiàn)用量和使用效益的最大化，球罐在石油化工得到廣泛的使用，而且呈現(xiàn)大型化、大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展，從投資量和占地面積的使用量來(lái)看，球罐容量越大所儲(chǔ)存每立方的介質(zhì)就約經(jīng)濟(jì)[1-3]。目前球罐儲(chǔ)存的介質(zhì)一般以天然氣、丙烷、乙烯、丙烯等具有易燃易爆和有毒有害的氣體為主。一旦發(fā)生氣體泄漏安全事故，在外界環(huán)境的影響下很有可能就會(huì)發(fā)生中毒和窒息、火災(zāi)和爆炸等安全事故，就會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染以及影響和諧安定的社會(huì)環(huán)境。

球罐作為一種薄殼大容量、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜的壓力容器特種設(shè)備，而且對(duì)其安全可靠性的影響因素眾多，且其影響因素具有模糊性、干涉性和不確定性的特點(diǎn)。在其服役使用的期間，受到人、機(jī)、管理和環(huán)境等眾多方面不確定因素的影響，并且這些影響因素對(duì)其安全可靠性的影響程度各都不一樣，使得在役球罐的實(shí)際情況較為復(fù)雜多變，導(dǎo)致其系統(tǒng)整體的風(fēng)險(xiǎn)程度往往難以來(lái)精確計(jì)算，探究如何提高球罐的安全可靠性成為目前亟待解決的問(wèn)題

1 模糊層次分析法簡(jiǎn)介

模糊層次分析法是基于模糊數(shù)學(xué)理論，采用建立適當(dāng)?shù)仉`屬函數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行模糊化處理而實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的定量化評(píng)價(jià)。模糊層次分析法具有解決評(píng)價(jià)對(duì)象具有多目標(biāo)、多層次、多準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，能將復(fù)雜的評(píng)價(jià)目標(biāo)簡(jiǎn)單化、化簡(jiǎn)化、層次化、數(shù)學(xué)量化的特點(diǎn)。模糊層次分析法具有解決影響因素不確定性和多層次復(fù)雜交叉的問(wèn)題，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料可知，前有王一斌采用層次分析法得到原油常壓儲(chǔ)罐的18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的權(quán)重值，進(jìn)而求到原油常壓儲(chǔ)罐的系統(tǒng)安全可靠系數(shù)處于一般安全與較為安全之間，并針對(duì)已存安全隱患問(wèn)題有針對(duì)性的提出整改措施[4-6]。

為解決在役球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)中影響因素不確定性、主觀(guān)性的問(wèn)題，以日常工作期間對(duì)在役球罐的無(wú)損檢測(cè)和收集到的球罐質(zhì)量設(shè)計(jì)安全事故資料為研究基礎(chǔ)，構(gòu)建在役球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型，利用模糊層次分析法確定其影響因素相對(duì)的權(quán)重值，先單因素評(píng)價(jià)矩陣的基礎(chǔ)上建立多級(jí)因素模糊綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而求得在役球罐的定量風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果有針對(duì)性的提出管控措施，降低在役球罐的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，這為化工企業(yè)提高在役大型球罐的安全可靠性具有重要的實(shí)踐借鑒意義。

2 球罐可靠性綜合評(píng)估研究

2.1 構(gòu)建球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估指標(biāo)體系

化工行業(yè)在役大型球罐在運(yùn)行過(guò)程中都要面臨著復(fù)雜多樣的影響因素，在球罐設(shè)計(jì)、制作、組裝、安裝和運(yùn)行等多個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致球罐的安全等級(jí)不符合要求。為了準(zhǔn)確的了解并判定在役球罐真實(shí)的安全等級(jí)，所構(gòu)建的球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估指標(biāo)體系必須由全面的、真實(shí)的、科學(xué)的、合理的、系統(tǒng)的和客觀(guān)的反應(yīng)出球罐安全風(fēng)險(xiǎn)的影響因素構(gòu)成。通過(guò)1～9標(biāo)度打分法對(duì)各影響因素進(jìn)行打分，打分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[7-8]。

表1 1～9兩者對(duì)比標(biāo)度打分法含義解釋表

續(xù)表

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。運(yùn)用系統(tǒng)安全原理，咨詢(xún)相關(guān)專(zhuān)家老師合理優(yōu)化和篩選，最終構(gòu)建起符合客觀(guān)實(shí)際、層次分明的石油化工企業(yè)在役丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，包括：運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素、管理風(fēng)險(xiǎn)因素、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素、損傷風(fēng)險(xiǎn)因素4個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括：設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)狀況、設(shè)備運(yùn)行使用年限、操作規(guī)程培訓(xùn)和考核狀況、消防和安全等附件狀況、運(yùn)行施工對(duì)其的破壞狀況等19個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表2。

表2 丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)判斷矩陣

組織相關(guān)專(zhuān)家、老師對(duì)球罐層次結(jié)構(gòu)判斷矩陣中的影響指標(biāo)進(jìn)行打分，建立丙烷球罐層次結(jié)構(gòu)判斷矩陣，為避免專(zhuān)家和老師組在對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素時(shí)存在片面性和不客觀(guān)的問(wèn)題，需對(duì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的判斷矩陣Ai～Bi分別見(jiàn)表3～表7。

表3 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣U～Ai及計(jì)算結(jié)果

表4 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣A1～Bi及計(jì)算結(jié)果

表5 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣A2～Bi及計(jì)算結(jié)果

表6 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣A3～Bi及計(jì)算結(jié)果

表7 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣A4～Bi及計(jì)算結(jié)果

通過(guò)求和法權(quán)重對(duì)一致性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到一致性評(píng)價(jià)系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表8。一致性檢驗(yàn)值均小于0.1，符合評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的判斷矩陣符合一致性檢驗(yàn)指標(biāo)，通過(guò)一致性驗(yàn)證。

表8 評(píng)價(jià)指標(biāo)因素判斷矩陣一致性判斷匯總表

通過(guò)逐層計(jì)算，計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)層因素的權(quán)重，見(jiàn)表9。

表9 丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)層影響因素計(jì)算結(jié)果

續(xù)表

通過(guò)計(jì)算可以得出丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型一級(jí)影響因素的模糊子集為：

A=(0.199，0.118，0.162，0.521)

(1)

運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)A1的評(píng)價(jià)子集為：

U11=(0.174，0.079，0.174，0.534，0.039)

(2)

管理風(fēng)險(xiǎn)A2的評(píng)價(jià)子集為：

U21=(0.114，0.387，0.352，0.147)

(3)

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)A3的評(píng)價(jià)子集為：

U31=(0.292，0.127，0.292，0.145，0.144)

(4)

損傷風(fēng)險(xiǎn)A4的評(píng)價(jià)子集為：

U41=(0.148，0.235，0.125，0.006，0.007)

(5)

根據(jù)上面所求的評(píng)價(jià)因素指標(biāo)權(quán)重表9，可以得到一級(jí)評(píng)價(jià)因素權(quán)重和二級(jí)評(píng)價(jià)因素權(quán)重的情況分布圖，如圖1和圖2所示。

圖1 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素權(quán)重值情況圖

圖2 球罐二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素權(quán)重值圖

根據(jù)評(píng)價(jià)因素的權(quán)重值的權(quán)重值大小，可以對(duì)丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型中的19個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素進(jìn)行由大到小的排列順序?yàn)椋汗摅w腐蝕狀況B16、罐體裂紋狀況B15、地基沉降或傾斜狀況B17、消防和安全等附件狀況B4、球罐設(shè)計(jì)水平B10、球罐焊接組裝狀況B12、公司安全生產(chǎn)責(zé)任制落實(shí)狀況B7、公司各級(jí)安全教育和培訓(xùn)及崗位人員配備狀況B8、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)狀況B1、操作規(guī)程培訓(xùn)和考核狀況B3、球罐焊后熱處理狀況B13、球罐竣工后檢查落實(shí)狀況B14、球罐元件選材和儀表系統(tǒng)配備狀況B11、安全經(jīng)費(fèi)及安全措施保障狀況B9、設(shè)備運(yùn)行使用年限B2、事故應(yīng)急狀態(tài)處理能力和機(jī)制B6、運(yùn)行施工對(duì)其的破壞狀況B5、風(fēng)雪影響B(tài)19、地震影響B(tài)18。

3 丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化準(zhǔn)則

丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中包括多項(xiàng)指標(biāo)，并且他們的量衡方式各不相同，這樣都給各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)一衡量和對(duì)丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)造成了困難。因此，需要對(duì)并完全球罐的定性指標(biāo)進(jìn)行量化處理，使評(píng)價(jià)結(jié)果由定量評(píng)價(jià)等級(jí)轉(zhuǎn)化為定性評(píng)價(jià)等級(jí)。

根據(jù)前文統(tǒng)計(jì)的球罐安全事故統(tǒng)計(jì)分析情況，結(jié)合查閱的相關(guān)文獻(xiàn)資料，將丙烷球罐的安全風(fēng)險(xiǎn)綜合狀況分為：安全、較安全、一般安全、較危險(xiǎn)、危險(xiǎn)5級(jí)。采用10分制的方式對(duì)其評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)授權(quán)，見(jiàn)表10[9-10]。

表10 丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化準(zhǔn)則

在丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)量化準(zhǔn)則中，評(píng)價(jià)等級(jí)為“V1安全”表示為：指處于良好的狀態(tài)，丙烷球罐的布局和設(shè)計(jì)合理，能夠預(yù)防和控制風(fēng)險(xiǎn)。評(píng)價(jià)等級(jí)為“V2較安全”是指可以對(duì)丙烷球罐的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的控制和預(yù)防；評(píng)價(jià)等級(jí)為“V3較危險(xiǎn)”是指可以基本上可以控制和預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的作用；評(píng)價(jià)等級(jí)為“V4較危險(xiǎn)”是指控制和預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的能力較差；評(píng)價(jià)等級(jí)為“V5危險(xiǎn)”是指沒(méi)有控制和預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的能力。

4 構(gòu)建單影響因素評(píng)價(jià)矩陣

選擇研究公司的安全管理人員、專(zhuān)業(yè)設(shè)備和技術(shù)人員，及相關(guān)評(píng)價(jià)單位的評(píng)價(jià)專(zhuān)家10人作為評(píng)價(jià)小組，根據(jù)丙烷球罐日常實(shí)際的安全管理和運(yùn)行狀況，對(duì)丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的二級(jí)評(píng)價(jià)因素進(jìn)行打分。例如，對(duì)于某一項(xiàng)評(píng)價(jià)因素指標(biāo)，若2人認(rèn)為“安全”，3人認(rèn)為“較安全”，2人認(rèn)為“一般安全”，2人認(rèn)為“較危險(xiǎn)”，1人認(rèn)為“危險(xiǎn)”。則這一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的評(píng)價(jià)集V為(0.2,0.3,0.2,0.2,0.1)，同理可以求出其他評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)體系中二級(jí)評(píng)價(jià)因素評(píng)價(jià)值

5 進(jìn)行丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)

利用單因素評(píng)價(jià)值表，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)的矩陣。對(duì)丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)A1、管理風(fēng)險(xiǎn)A2、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)A3、損傷風(fēng)險(xiǎn)A4進(jìn)行一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。

(1) 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)A1：

=(0.379，0.392，0.208，0.021，0.000)

(6)

同理，可以求出管理風(fēng)險(xiǎn)A2、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)A3、損傷風(fēng)險(xiǎn)A4一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度。

管理風(fēng)險(xiǎn)A2的隸屬度為：

U2=(0.344，0.434，0.161，0.061，0.000)；

(7)

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)A3的隸屬度為：

U3=(0.357，0.371，0.215，0.057，0.000)；

(8)

損傷風(fēng)險(xiǎn)A4的隸屬度為：

U4=(0.374，0.377，0.249，0.000，0.000)；

(9)

由上可知，丙烷球罐的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的影響因素對(duì)應(yīng)的安全評(píng)價(jià)等級(jí)“安全，較安全，一般安全”的隸屬度較高，可以簡(jiǎn)單的判定丙烷球罐整體的安全評(píng)價(jià)結(jié)果為較安全這個(gè)等級(jí)的。下面我們進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。

根據(jù)石油化工企業(yè)在役丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中一級(jí)指標(biāo)因素的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)體系中的二級(jí)指標(biāo)因素進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果如下所示，

U總=UR=(0.199，0.118，0.162，0.521)

(10)

=(0.369，0.386，0.225，0.020，0.000)

根據(jù)上文表10丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化準(zhǔn)則中的授權(quán)加權(quán)值，丙烷球罐整體的可靠性安全狀況進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，如下：

V=(10×0.369)+(8.5×0.386)+(7.0×0.225)+
(5.0×0.020)+(1.0×0.000)=8.646

(11)

對(duì)照表10丙烷球罐風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化準(zhǔn)則中的指標(biāo)量化值為：

V=8.646 ∈ (7～8.9)

(12)

可知，丙烷球罐目前的安全狀況屬于“較為安全”的安全等級(jí)。但仍有一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)完善，如安全教育和培訓(xùn)及人員配備和消防和安全等附件等。

6 結(jié)論

(1) 制造單位應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)球罐進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，加強(qiáng)產(chǎn)品安全質(zhì)量控制，合理選材，加強(qiáng)球罐施工的監(jiān)檢和監(jiān)理工作，以確保焊接質(zhì)量；在球罐內(nèi)壁和丙烷介質(zhì)之間設(shè)置隔離層，以減少腐蝕及裂紋的產(chǎn)生。

(2) 使用單位應(yīng)做好罐體年度檢查等日常檢查工作，發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)及時(shí)處理。對(duì)包含安全附件在內(nèi)的球罐整體進(jìn)行定期檢驗(yàn)，對(duì)查出的隱患或問(wèn)題及時(shí)整改，及時(shí)打磨消除裂紋；對(duì)于不均勻沉降情況，需及時(shí)在支柱底板與基礎(chǔ)預(yù)埋墊板之間插入相應(yīng)厚度的平墊鐵鋼板，以杜絕球罐運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生倒塌事故的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 企業(yè)還應(yīng)建立指標(biāo)到人的安全生產(chǎn)責(zé)任制，加強(qiáng)職工安全培訓(xùn)，提高其操作技能和安全意識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)動(dòng)火規(guī)定條款，并建立完善相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，完善設(shè)備搶修措施。定期組織職工進(jìn)行預(yù)案演練、提高廣大職工對(duì)突發(fā)性事故的應(yīng)變能力。

(4) 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)宏觀(guān)檢查超標(biāo)部位、形態(tài)突變部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查并做進(jìn)一步檢測(cè)，增加表面和近表面無(wú)損檢測(cè)手段甚至埋藏缺陷無(wú)損檢測(cè)手段。