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基于组合赋权的防爆电气爆炸风险评估
博燃网● 2015-12-22

摘 要:为了客观、系统地评估典型工业场所防爆电气爆炸风险状况,构建了完整的防爆电气爆炸风险可能性评估指标体系,提出了基于组合赋权法的防爆电气爆炸风险评估方法。首先,通过对防爆电气设备关键技术参数进行分析,结合行业专家意见构建防爆电气爆炸风险可能性评估指标体系;运用AHPCV相结合的组合赋权方法获取各指标权重,以Delphi法及现场调研获得评估指标状态分值,综合运用模糊数学及概率论原理构建防爆电气设备及所处环境构成的系统爆炸风险可能性计算模型。其次,基于不同工艺设备的特点,结合工艺设备分类、ETA及火灾爆炸事故后果模型确定爆炸风险后果;综合爆炸风险可能性及后果,运用风险矩阵表征系统整体风险。最后,运用该评估方法对典型工业场所防爆电气进行爆炸风险分析,提供相应的风险决策方案,为防爆电气现场管理及检查提供借鉴与指导。

关键词:防爆电气  风险评估  指标体系  组合赋权  风险矩阵  爆炸后果

Explosion risk evaluation on explosion-proof electric apparatus based on combination weighting

AbstractIn order to evaluate objectively and systematically the explosion risk of explosion-proof electric apparatus in typical industrial sitesa complete index system was established for evaluating the risk possibilityand an explosion risk evaluation method was also put forward on the basis of combination weightingThe evaluation was divided into three stepsFirstlywith the opinions of industrial experts as referencean evaluation index system of explosion risk possibility was established after an analysis was conducted on the critical technical parameters of explosion-proof electric apparatusThe weights for each index were obtained by means of combination weighting which combines AHP with CVand state score for evaluation index was obtained through Delphi method and site investigationThena calculation model was built for explosion risk possibility of the system composed of explosion proof electric apparatus and their surroundings by using fuzzy mathematics and probability theorySecondlybased on the features of different process equipmentexplosion risk consequence was determined with the aid of process equipment classificationETA and fire explosion hazard consequence modelConsidering the explosion risk possibility and consequencethe risk of the whole system was characterized by using risk matrixFinallythe above mentioned evaluation method was used to analyze the explosion risk of explosion proof electric apparatus in typical industrial sitesand the corresponding risk decision program was put forward so as to provide the reference and guide for the site management and inspection of explosion proof electric apparatus

KeywordsExplosion proof electric apparatusRisk evaluationIndex systemCombination weightingRisk matrixExplosion consequence

随着我国燃气、石化等典型工业生产规模日益扩大,为确保生产安全,防爆电气设备的需求和应用数量E1趋增长。在使用过程中,防爆电气会受到化学腐蚀、高温、高湿、盐雾、振动等环境因素的影响,加之选型安装、检修维护、使用时间等因素,其综合安全性能会受到一定影响。因此,对防爆电气的风险进行深入分析研究,建立防爆电气爆炸风险评估方法显得非常必要。

国内外对典型工业场所的爆炸风险评估已做了相关研究[1-8]。但这些研究或是忽略、淡化了风险两要素中事故后果严重度的研究,或是侧重于从爆炸危险物质的物性及工艺设备危险性方面进行评估,欠缺把防爆电气设备作为点燃源的研究工作。因此,笔者融合国内外研究特点,通过分析防爆电气设备关键技术参数并结合行业专家意见,构建防爆电气风险可能性指标体系,参考现有相关标准规范,给出定量化评估分级基准;结合典型火灾爆炸后果模型,形成相对完整的评估模型;运用主观和客观相结合的赋权方法求取指标权重,以使指标权重相对客观准确。

1 防爆电气爆炸风险的可能性分析

防爆电气爆炸风险评估思路图如图1所示。

 

从爆炸原理、防爆电气防爆原理及防爆安全管理的角度分析,提炼出适合于防爆电气爆炸风险评估的爆炸风险三角形(2)[1]。点燃源即各类防爆电气设备,爆炸危险环境即工况现场爆炸危险物质浓度等参数,安全补偿措施即设备安全管理、人员资质、检验及监测预警等。

 

11 防爆电气爆炸风险的可能性评估指标体系

为了能够对典型工业场所防爆电气爆炸风险可能性进行客观准确的评估,通过爆炸风险三角形原理、借鉴FMEA的思想方法、多轮行业专家咨询论证及依据现有相关标准规范[9-11],构建典型工业场所防爆电气爆炸风险可能性评估指标体系(3)

 

12 组合赋权确定指标权重

对于模糊综合评判,指标权重的确定至关重要,不同的方法所确定的权重将得出不同的评价结果。根据上述评估指标体系的特点,对于具有客观统计数据的爆炸危险环境出现可能性采用变异系数法(Coefficient of Variation Method)[12]确定客观权重,而对于不具备客观统计数据的部分采用基于Delphi的层次分析法[13]确定主观权重,通过发放20份问卷对防爆电气领域专家进行调查咨询。经过专家问卷回收及数据处理确定指标体系指标权重结果如表1所示。

 

13 指标评判的等级划分

在实际的防爆电气风险评估中,每个评估指标的状况不同,其对应的指标等级和风险值也不尽相同,为此需对指标评判等级进行科学合理的划分及赋值。该指标体系不同于传统的指标体系,其部分指标对应等级可直接得出风险可能性,而其余部分指标则通过等级划分得出相对风险值来修正风险可能性。

131基于个人风险可接受标准的指标等级划分

为了合理表征危险源不同等级的风险可能性,参照相关国内外文献资料[114-15],提出基于个人风险可接受标准的指标等级划分方法,针对区域级别(G11)、人工通风(G21)和各类型防爆电气设备(X1X6)相应指标等级赋予风险可能性(24)

 

 

其中各类型防爆电气设备(X1X6)的分级依据最新提出的设备保护级别(EPL)[16-17]同时根据区域级别与EPL选型之间的对应关系[4],通过个人风险可接受标准确定设备风险可能性。

132基于Delphi法的指标等级划分及赋值

对于防爆电气关键技术参数指标(X11X62)及安全补偿措施(M)所属指标(M1M4M11M41)的等级划分,通过现场调研、标准规范及Delphi法确定指标等级划分条件及相对风险值(1)。由于篇幅限制,现列举隔爆面(X11)分级状况及相对风险值(5)

 

2 防爆电气的潜在爆炸后果分析

防爆电气设备引发的爆炸事故后果取决于多方面的因素,包括危险场所中可能存在的爆炸危险物质的燃爆性、数量,承载爆炸危险物质的工艺设备特性,环境温度等。综合以上因素确定三类潜在火灾爆炸初始事故后果模型,即蒸气云爆炸(VCE)TNT当量模型[18]、池火灾(PF)事故半经验模型[19]、喷射火(JF)点源模型[20]。若考虑事故多米诺效应可参考本文文献[21-22]计算。

21 事件树分析(ETA)

防爆电气爆炸危险场所的火灾爆炸事故都是由泄漏引发的。因此,以泄漏为顶部事件对潜在事故后果进行分析(4)

 

22 工艺设备危险性分析

在典型工业爆炸危险场所中,爆炸危险物质通过工艺设备存储、输送、转化等。因此,笔者应用ETA针对各类典型工艺设备[23]进行分类分析,归纳总结出其对应潜在事故后果(6)

 

3 防爆电气的爆炸风险评估模型

31 防爆电气爆炸风险可能性评估模型

根据前文分析,可得防爆电气设备及所处环境构成的整体系统风险可能性数学模型如下:

PG×X×M      (1)

式中P为系统整体风险可能性;G为爆炸危险环境出现可能性;X为防爆电气设备引燃可能性;M为安全补偿措施。

由于设备的型式、台数都是变量,故需分别评估各台设备的引燃可能性,得出各自概率风险值,再依据概率论中对立事件概率原理和相互独立事件概率原理对系统所有防爆电气设备总体风险进行计算,其数学模型如下:

 

式中``Xi为各类防爆电气设备不被引燃的可能性。

其中各类防爆电气设备不被引燃的可能性,需根据现场评估状况对EPL进行修正并进一步的计算,其数学模型如下:

 

式中aEPL对应的参数,取值范围643bjbj¢指设备关键技术参数指标相对风险值、权重值;Cm指处于同种风险状态的设备数值;m指现场设备风险状态数。

32 防爆电气潜在爆炸后果严重度评估

根据前文分析所得防爆电气潜在爆炸事故后果模型,计算出死亡、重伤和财产损失半径。再根据评价单元内的人员密度、财产密度计算人员伤亡个数及财产损失数。事故后果严重度包括人员伤害和财产损失两方面,按照相关法律规范[25]将事故后果分为4个等级(7)

 

33 防爆电气爆炸风险评估结果

风险是事故发生的可能性与事故后果的组合,通过风险矩阵来表征防爆电气爆炸风险可能性和潜在爆炸后果的不同组合所对应的不同风险等级。其中风险可能性根据个人风险可接受标准平均分为6个级别,后果严重度依据上文分为4级,最后通过风险矩阵结合ALARP原则得到的风险等级划分为5个级别。风险等级从高到低依次为五级(红色)、四级(黄色)、三级(绿色)、二级(蓝色)、一级(无色),如表8所示。

 

4 实例应用

应用上述防爆电气爆炸风险评估模型对广州市某天然气分输站的防爆电气爆炸风险进行评估。该分输站包括进出站阀组区和计量调压、过滤分离区,基本呈正方形分布(32m×30m)。整个分输站处于开放露天环境,与大气环境空气对流良好。其基础参数如表9所示,评估结果如表10所示。

 

从风险评估结果及数据分析,该分输站风险处于三级,风险可能性偏高,主要由于部分防爆电气设备的设备状态处于高风险水平。建议该分输站要针对性地进行防爆电气设备(特别是隔爆型电气设备)的全面排查检修工作,及时更换老旧部件同时加强保养工作,以提高该分输站整体的防爆安全水平。

5 结论

1)根据爆炸风险三角形,综合考虑爆炸危险环境、防爆电气设备、安全补偿措施,同时通过借鉴FMEA的思想、行业专家论证咨询以及依据相关标准规范,构建了相对系统、完整的防爆电气爆炸风险可能性评估指标体系。采用组合赋权的方法确定指标权重,针对不同指标分别采取基于个人风险可接受标准和Delphi法对指标进行等级划分及赋值。

2)通过结合事件树分析和工艺设备危险性分析,较为客观准确地选取防爆电气潜在爆炸后果计算模型。最后根据提出的防爆电气爆炸风险可能性评估模型及风险矩阵对评估单元进行风险的分级评估。

3)选取典型工业场所作为评估对象,从评估结果可见,该方法能比较客观地评估防爆电气爆炸危险场所的风险状况,根据评估数据可采取针对性的风险预控和防范措施。

 

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本文作者:陈国华 林艺松 王新华 梁峻

作者单位:华南理工大学安全科学与工程研究所

  广州特种机电设备检测研究院

 

 

 

 

 

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