石油库安全评价方法研究的现状
2017-05-18张彩慧张采凤宁昭凯
张彩慧 张采凤 宁昭凯
〔1中国石化河南洛阳石油分公司 河南洛阳 471001;2中国石化管道运输有限公司天津输油处 天津 300451;3中航锂电(洛阳)有限公司 河南 洛阳 471003〕
石油库安全评价方法研究的现状
张彩慧1张采凤2宁昭凯3
〔1中国石化河南洛阳石油分公司 河南洛阳 471001;2中国石化管道运输有限公司天津输油处 天津 300451;3中航锂电(洛阳)有限公司 河南 洛阳 471003〕
综述了石油库安全评价中常用的安全检查表法、故障类型及影响分析法、故障树定性分析法、道化学指数评价法、六阶段评价法、模糊综合评价法6种方法的概念和主要内容,从定性与定量、评价目标、适用范围、优缺点以及评价效果等方面对6种方法进行了分析比较,针对石油库对安全评价的不同需要提出了选择方法的原则和建议。
石油库 安全评价 方法 综述
石油库作为储存油品的场所,由于油品易燃、易爆易挥发、有毒等属性,而极具危险性,所以对油库进行科学的安全评价至关重要[1]。
安全评价即是运用系统工程方法,以保障系统安全为目的,对系统中潜在的危险因素进行预先分析和判断,并以此为依据制定相应的安全防护措施和管理决策,从而最大程度地降低事故率,减少损失,使投资效益最大化[2]。安全评价工作包括辨识危险源和危险程度评估两方面。辨识危险源即是识别系统中潜在的危险因素及其危险性。危险程度评估,要首先进行危险定量,即确定发生危险的频率及可造成的后果,并与预定风险值进行比较,判断是否在可接受的范围内;最后为决策建议,即根据危险定量的结果提出消除、降低、转移风险的建议。在整个评价应用过程中,这两方面是相互交叉重叠的[1]。
油库安全评价通常分为定性评价和定量评价。定性评价即运用科学有效的方法辨识系统中潜在的危险及有害因素,并将这些因素按照危害程度进行等级划分,以区分各危险的轻重缓急以采取有效的安全控制措施[3]。常用的定性评价方法有安全检查表法、故障树定性分析法、模糊综合评价法等。定量评价即是在基于危险因素辨识的基础上,运用数学方法,量化系统危险因素的危害程度,以量化的数值大小评估系统的安全可靠程度。常用的定量评价方法有故障类型及影响分析法(FMEA)及道化学火灾爆炸危险指数评价法(F & IE )等。
油库安全评价方法还可以分为传统评价方法和系统评价方法。常用的传统评价方法有安全检查表法、故障树分析法、道化学火灾爆炸指数评价法、故障类型和影响分析法(FMEA);系统评价方法有模糊综合评价法、六阶段评价法等。
近几年有不少研究成果,综合运用这些安全评价方法,结合实际工程,进行更客观、精确的安全评价研究。其中陈家川、李秉昕等基于故障树模型定性分析了油库储油区燃烧爆炸事故的影响因素,阐明了燃烧爆炸事故和基本事件之间的逻辑关系[4];杨守生、王龙灿、陈雷等利用道化学火灾、爆炸危险指数评价法对各油库储罐事故可能导致的经济财产损失进行了预测[5]。王金亮、陈全等运用模糊层析综合分析法将系统中的人、物及环境因素有效地结合起来,客观全面地反映各因素的影响程度,为确保油库的安全运行在理论上提供了有力保障[6]。
1 安全评价的内容及基本程序
1.1 安全评价的内容
安全评价主要包括三方面内容:①识别系统中存在的有害因素,并找出潜在的危险源。然后分析这些危险源可能造成的事故后果及当前安全应对措施的实用性及有效性。②采用定性或定量的方法进行危险性评价,预测危险源可能造成事故的严重程度,然后进行危险等级划分。③依据风险等级、不可接受的风险以及企业的现实经济状况,制定相应安全措施,有效控制风险的发生。
1.2 安全评价的基本程序
安全评价程序主要包括准备阶段(现场考察、资料收集)、危险因素辨识、选择合适的安全评价方法进行安全评价、制定安全对策措施控制风险[7]。
安全评价基本程序见图1。
图1 安全评价基本程序
2 油库项目安全评价常用方法
目前,油库项目常用的安全评价方法有安全检查表法、故障类型及影响分析法( FMEA )、故障树定性分析法、道化学指数评价法、六阶段安全评价法、模糊综合评价法等。
2.1 油库安全检查表法
安全检查表法(Safety Check List)是一种最基础简便且应用十分广泛的安全评价方法。该方法由经验丰富的作业人员,依据油库实际运营中存在的各种不安全因素(机器、工序、设备、装置、操作管理等)确定检查项目,以提问的方式将系统中的检查项目编制成表,以便进行系统检查[8]。安全检查表的作用:①对系统进行安全检查和评价;②对职工进行安全教育和提示;③对事故进行分析和调查;④为系统设计人员提供安全要求;⑤为系统运行提供安全操作指南;⑥为工程设计和验收提供审查依据。
安全检查表一般参照《危险化学品经营单位安全评价导则(试行) 》、《油库设计规范》等一些国家法律规范来制定。安全评价表适用于工程系统的各个阶段(可评价物质、设备和工艺等)。根据检查场所、检查项目以及作业系统的不同,安全检查表又可详细分类,以对各种具体情况进行系统全面的判断评估[9]。
依据安全检查表法对油库安全现状有初步了解后,还需确定油库系统的安全度。安全度用分值表示,首先确定打分原则,制定油库安全等级表,然后进行安全度计算,以最终确定油库的安全现状。
系统安全值(Pa)计算:
其中,Xa=被评项目实际得分/ 被评项目最高得分
油库安全度A值计算:
依据安全评估表的内容检查各项和实际得分,再计算出油库的安全度值,对比安全等级表的分值,得出油库的安全等级。
2.2 油库故障类型及影响分析法
故障类型及影响分析法(FMEA)首先是分析系统的各主要组成部分、元素,找出系统中潜在的故障及类型,然后查明各故障对其他元素及整个系统安全产生的影响,明确故障的严重程度,最后采取有关措施,防止或消除故障发生[3]。按照故障对系统的影响,通常将故障类型划分为四个等级,故障类型等级划分见表1。
表1 故障类型等级划分
FMEA方法的基本步骤:①定义要评估的系统、明确系统各组成部分的功能关系及其性能要求。②划分故障分析等级。标识故障模式、原因、结果以及重要性。③制定故障检测、纠正和保护的相关措施及故障条件下的操作指南。④编写危险程度报告,制定正确的行动指南。
2.3 故障树定性分析法
故障树分析(Fault Tree Analysis),是系统安全工程中常用的一种分析方法,采用演绎方法进行事故因果关系分析,将可能发生或已发生的故障与导致其发生的原因之间的因果关系,通过树形图表示出来。这种叫做“故障树”的树形图是从结果到原因描绘故障发生的有向逻辑树图,依据事故树可求得事故的最小路径集,然后进行定性或定量分析,找出故障发生的原因及控制要点,最后依据控制要点进行多因素之间的关联分析,直观地将故障和原因之间的关系表示出来,并且可以找出造成故障的主要原因和得到故障发生的概率[10]。
油库事故发生的原因是多方面且表现形式不一,与人员素质、经营管理体制、环境适应度、作业工艺流程的复杂程度以及设备的安装设计等诸多因素息息相关。因此对故障树分析人员的要求也很高,既要掌握生产工艺流程、设备操作方法和使用环境,又要掌握数理逻辑、人机工程学、计算机应用等多个学科,这样才能作出科学客观、适用性强的故障树分析[11]。事故树分析的完整步骤如下:①熟悉系统,②调查统计事故,③确定顶上事件,④确定目标值,⑤调查原因事件,⑥故障树作图,⑦故障树定性分析,⑧求出事故发生概率,⑨进行比较,⑩故障树定量分析。
2.4 道化学指数评价法
美国道( DOW ) 化学公司油库火灾、爆炸危险指数评价法是一种客观定量的评价方法,以物质系数为基础,同时考虑操作方法、工艺条件、安全装置情况、设备情况等的影响,计算出各单元的危险度数值,依据危险度值划分危险度等级,对工艺装置及其所含物料的潜在火灾、爆炸危险逐步进行评价[12]。该方法主要应用在储存、处理、生产易燃、易爆等活性物质的操作过程中。
(1)确定物质系数。物质系数表示由于物质燃烧或化学反应引起的火灾、爆炸过程中潜在能量释放的尺度[12]。
可燃性气体、液体及粉尘的物质系数值可查表求出;混合物的物质系数,通过试验方法求取或选取混合物中物质系数最高的。
(2)确定一般工艺过程危险系数F1及特殊工艺过程危险系数F2。F1是确定事故损失程度的主要因素;F2是影响事故发生概率的主要因素。F1和F2的值等于其基本系数(一般取值为1)与其他各项内容(负压、粉尘爆炸、毒性物质等)的危险系数之和。
(3)计算单元危险系数F3。F3反映评价单元的潜在危险性,其值为一般工艺过程危险系数F1和特殊工艺过程危险系数F2的乘积(F3=F1·F2)。
(4)计算火灾爆炸指数F&IE。F&IE反映火灾爆炸事故可能造成的破坏情况(F&IE=F3·MF)。
(5)确定单元危害系数。单元危险系数表示被评价单元中,危险物质能量释放所造成的火灾或爆炸事故的综合效应,其值与危险系数F3和物质系数满足非线性函数关系,通过函数图像可查得。
(6)确定暴露半径R。在所评价的单元内发生火灾爆炸时,通常为立体的同心圆柱形破坏,裸露半径R=0.256×F&IE。
(7)确定安全措施补偿系数C。安全措施补偿系数C反映了安全措施的完善程度对事故可能造成的损失。其值为工艺控制系数C1、危险物质隔离系数C2、防火设施系数C3的乘积,其值在0~1范围内。
(8)最大可能财产损失的计算。
可先计算基本MPPD= 暴露区域内财产价值×DF
基本最大可能财产损失MPPD,其表示系统在无任何一种安全措施时可能造成的损失,其中DF为该单元的危险系数。
实际MPPD=基本MPPD×C
实际最大可能财产损失表示采取合适的安全措施后事故实际造成的财产损失情况,其中C为安全措施补偿系数[13]。
(9)确定最大可能工作日损失。最大可能工作日损失表示由于事故造成的业务中断的天数,其值可用公式求出也可通过相关资料查得。
风险分析计算程序见图2。
图2 风险分析计算程序
2.5 六阶段评价法
日本劳动省化工企业六阶段安全评价法以美国道化学公司的指数评价法为基础,简化了物质系数和补偿系数的计算及危险度等级划分。该方法包含定量和定性两方面的内容。该方法首先进行安全检查表评价,然后根据实际生产中的工艺条件定出危险性点数,最后按照危险性点数制定相应的安全补偿措施[14]。六阶段的6个评价环节如下:①资料准备;②定性评价;③定量评价;④利用求得的危险度等级,依据安全措施表,选择对应的措施;⑤依据过去事故材料进行类比复查;⑥用故障树FTA再评价。
定量评价是这六个环节的核心,例如针对油库的设备评价,可将油库设备分成多个组,各组再细分为不同的单元,各单元按物质、温度、容量、操作和压力5个项目分别打分,分值定在0~10点之间,并分成4个等级,分别为A (10点)、B ( 5点)、C ( 2 点)、D ( 0 点)。最后将各项目的点数相加,求出单元分数及各组的总分数,并划分为3等级,如下表2所示。
表2 单元危险度等级
2.6 模糊综合评价方法
模糊综合评价法是一种定性的全面的油库安全评价方法,它将诸多模糊的概念数字化、定量化,将模糊性转换为确定性,最大程度地避免了评价的主观性和偏好性[15]。模糊综合评价的分析流程图如下图3所示。
图3 模糊综合评价分析流程图
一般步骤如下:
①确定影响油库安全的主要因素。从整体上把握油库的安全现状,通常从人、物、环境、管理4个方面考虑影响油库安全的因素。②确定各影响因素的权重。设计中通常采用专家打分法、层次分析法及神经网络法等确定权重系数。③确定隶属度函数,建立模糊综合评价模型。④确定油库安全等级。
3 各安全评价方法的特点及比较分析
3.1 各方法的特点
以上六种常见油库安全评价方法,无论是定性评价方法还是定量评价方法,都有其各自的特点,下面对各种方法的特点进行简要分析。
3.1.1 油库安全检查表法
油库安全检查表法是油库安全评价最常用方法之一。该方法简单、可操作性强,易于掌握、推广和普及,是安全系统工程中最初步、最基础的分析方法。
但该方法也存在一些问题:第一,只是初步评价,缺乏深度和系统性;第二,主观性太强,有时不能正确客观的反应油库状况;第三,由于主观指标难于做出客观评价,因此安全检查表制作可能不全面。安全检查表法通常是对油库安全评价的第一步。
3.1.2 油库故障类型及影响分析法
该方法现在广泛应用在油库安全评价领域,通过该方法可明确油库系统的故障形式及其影响,对可能发生的故障类型提供切实可行的安全检测方法和手段,为系统提供完善的安全措施等。但由于时间、可用资源及可用必要数据的限制,该方法只能用于早期的危险度分析,通常和故障树分析法结合使用。
3.1.3 故障树定性分析法
该方法依据客观事实,剖析油库系统设计,了解油库安全状况,保障油库安全,是一种对油库安全性可靠性进行分析的有效方法。由于油库安全受诸多因素影响,因此对故障树分析人员要求很高,既要求熟悉生产工艺流程、各设备使用方法及使用环境,又要求掌握多种学科,这样才能作出科学可靠的故障树分析。因此该方法耗时长,复杂度高,且一旦故障树建立的不正确,可能会造成错误甚至严重后果。
3.1.4 道化学指数评价法
该方法适用于化工装置的火灾、爆炸风险的定量评价,可为工厂的安全管理和保险业提供科学依据。该方法对工艺装置、生产过程、物质危险性进行评价,但没有对其他因素(尤其是外部因素)进行分析,因此只能应用于重要危险源筛选的场合。通常设计中用该法进行初步评价,然后用故障树定性分析(FTA)做进一步的安全评价,找出事故发生的原因,求出事故发生概率,用数理模型算出事故后果。油库安全评价系统中常将该方法与企业现有的其他安全评价方法相结合,以弥补该方法的缺陷。
3.1.5 六阶段评价法
该方法以美国道化学公司的火灾指数评价法为基础,简化了物质系数和补偿系数的计算及危险度等级划分,评价内容更加具体化,可操作性更强。但是,评价过程较为复杂。
3.1.6 油库安全模糊综合评价法
模糊综合评价法将油库系统的模糊不确定因素,转化为求取隶属度函数,将模糊化的因素确定化,以便掌握和评价。
隶属度函数的建立是模糊综合评价方法的核心,由于人的经验不同,建立的隶属度函数也有很大差异,有时可能对评价的准确性和客观性产生影响。
因此,确定隶属度函数有较大的操作难度,主观性和随意性都比较强。实际设计中通常通过征求专家建议,尽可能合理地建立隶属度函数,提高系统评价的准确性。
3.2 各方法的比较分析
油库安全评价常用方法的比较分析如表3所示。
表3 油库安全评价常用方法比较分析表
4 安全评价方法的选择及确定
4.1 选择方法的原则
安全评价方法种类繁多,各方法均有各自的使用条件、应用范围和优缺点。实际评价中选择合适的评价方法十分必要,只有选择了合理的安全评价方法才能得到良好的评价结果。油库评价选择评价方法遵循的原则:
(1)充分性原则。充分分析被评价系统;充分掌握各种安全评价方法的特点、使用范围和适用条件;充分准备好安全评价的资料。
(2)系统性原则。将被评价对象看作一个大系统,内部因素相互关联,相互影响,切勿孤立评价单个局部因素。被评价系统可提供评价所需的系统化的数据及资料,安全评价的结果是基于真实、合理的数据之上的。安全评价方法与被评价系统可构成一个和谐的整体。
(3)适应性原则。选择的安全评价方法需适应被评价的系统。被评价系统是由特点各不相同的多个子系统构成的,依据系统及子系统的特点,合理选择合适的安全评价方法。
(4)针对性原则。选择的安全评价方法需能提供针对性强、准确性高的分析结果。由于评价的目标各不相同,评价结果可能为事故原因、事故概率、事故危害程度和系统安全等级等,应依据评价目标选择针对性强的评价方法。
(5)合理性原则。在能得到评价所需评价结果及满足评价目标的前提下,尽可能选择最优的安全评价方法。即选择最容易实施、计算过程最简单的评价方法,使安全评价工作目标和结果都是合理的,避免不必要的麻烦和做无用功。
4.2 评价方法的确定
在实际评价过程中建议依据以上评价原则慎重选取合理的安全评价方法。有时,针对同一被评价对象,可选取多种评价方法进行评价,相互补充,提高评价结果的准确度。
采用安全检查表法可初步了解整个系统及组成部分的安全状况,找出导致事故的可能原因,是安全评价工作的第一步;采用故障树分析法由果到因,寻找导致事故的可能原因,进一步确定影响系统安全的重要因素;采用FMEA分析法分析设备及工艺过程中可能存在的安全隐患,及时提出合理的改进措施。不难发现,传统的安全评价方法均就油库的局部或某个阶段进行评价,缺乏系统性考虑,只能用于初步的安全评价,不能从整个油库运营的系统进行评价。
完成系统初步安全评价工作之后,再从系统角度综合评价整个油库的安全运营状况,从而客观全面、准确地确定油库的安全等级,进而制定相应的安全决策建议。油库系统中涉及的不安全因素众多,由于各因素的不确定性,应该选择一种系统分析方法进行评价。实际评价工作中常用的系统评价方法有模糊综合评价法、层次分析法等。
5 结语
这种采用传统评价方法进行初步安全评价,再采用系统评价方法进行油库整体安全运营状况评价的油库安全评价理论体系,在现阶段的油库安全运营中具有重要的现实参考意义。油库安全系统的理论、评价体系将随着安全系统工程的发展而不断完善,相信在广大石油工作者共同的努力下,油库安全评价体系必将会有大的发展和提高。
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2016-12-16。
张彩慧,女,1991年3月2日出生,本科学历,毕业于河北邢台学院学习艺术设计专业,助理工程师,在中国石化销售有限公司河南洛阳石油分公司就职,从事油库安全、油品检测、油品质量管理等方面工作。