喷煤车间煤粉爆炸风险评估★

苏岱峰

（山西工程职业学院冶金与环境工程系， 山西 太原 030009）

高炉喷煤是从风口向炉内喷吹煤粉，起着提供热量和还原剂的作用，可以有效的降低焦炭使用量，降低生产成本。喷煤车间主要是用来制备、输送煤粉的场所，由原煤储运系统、干燥气制备系统、煤粉制备系统、煤粉输送系统、煤粉喷吹系统、供气系统以及煤粉计量与控制系统组成[1]。由于烟煤挥发分含量高、着火点低、易于燃烧，容易被高炉接受，因此企业喷煤车间大多选用烟煤来制作煤粉，且对煤粉的粒径要求为小于200 目，在该种状态下，煤粉遇到火源极易发生火灾或者爆炸，因此开展喷煤车间煤粉的火灾、爆炸风险评估具有重要的研究价值。

煤粉与氧气长时间接触氧化会使其表面的温度升高，升温会进一步加速氧化反应的进行，如果散热不良，热量就会积聚，使得煤粉发生自燃进而引起火灾。当受限空间中煤粉悬浮在空气中时，只要有适量的氧气和热量则会诱发煤粉发生爆炸。

喷煤车间是用于制备煤粉的场所，其作用是往高炉中喷吹煤粉以实现降低焦炭使用量和降低生产成本这一目的。煤粉作为一种易燃易爆物质，对其发生爆炸的风险进行评估可以有效的提高冶金企业喷煤车间的安全管理水平。本文首先建立了煤粉爆炸风险评估指标体系主要包括5 个一级指标和18 个二级指标，其次采用AHP-综合模糊分析法对山西某冶金企业的喷煤车间煤粉爆炸进行了风险得到该企业的风险等级为中等，即还需进一步加强企业安全管理，消除隐患。

1 AHP-综合模糊分析法简介

1.1 模糊综合评价法

模糊综合评价法可以将一些边界不明、难以量化的因素进行定量处理。依据隶属度原则可以将多种因素做出总体评价。

该评估方法的基本流程为：首先确定评价指标的等级集合；其次确定每个评价指标的权重及隶属度，得到评价矩阵R；最后将权重矩阵和隶属度矩阵进行运算，得到模糊综合评价结果。

1.2 层次分析法（AHP）

通常获取指标权重的方法有四种：AHP、德尔菲法、数列分析法以及专家调查法。层次分析法是将评价对象分解为多个因素，依据各个因素的关系建立层次关系，然后将每个因素的重要程度两两比较，并排序，供决策者选择。

在层次分析法的运用过程中，首先要构建判断矩阵，其意义是将指标的重要程度实现量化。在建立重要性矩阵时，重要程度量化要参考表1。

表1 比例标度表

若有n个评价指标，各个指标相比较得到的判断矩阵为：A=（aij）n×n。aij就是要素i和要素j的重要性比例标度。

首先求解模糊判断矩阵的特征根，得到最大特征根，其次获取特征向量，最后对对特征向量进行归一化处理。计算公式如下所示：

式中：A 为判断矩阵；W为特征向量。

为了保证结果合理，要对结果的一致性进行检验。通过计算判断矩阵的IC（一致性指标）与IR（平均随机一致性指标）相比较，当比值IC∶IR小于0.1 时，表明矩阵是合理的；反之，就要对判断矩阵进行修正，使一致性检验满足条件。平均随机一致性指标通过查表获取，IC的计算方式如下：

2 构建风险评估指标

依据客观性、通用性、适用性等原则，建立喷煤车间火灾爆炸风险评估模型，评价指标主要包括以下几点：

1）煤粉的特性。主要包括煤粉的挥发分含量、煤粉的粒径、煤粉堆积厚度以及煤尘云的最低着火温度。

2）安全技术措施。通风技术措施、消防设施、泄爆装置、防爆电气设备、惰化气体氧含量。

3）人的因素。人员安全素质、作业人员技能。

4）安全管理水平。安全操作规程检查；保养、维护制度；安全监测制度。安全检查及隐患整改制度的科学合理程度。

5）作业环境条件。环境温度、湿度等因素都会对煤粉爆炸有影响。

图1 喷煤车间煤粉爆炸风险评估指标

3 模型运用

本文以某铸造企业的喷煤车间为例，运用AHP-模糊综合评价法，对其喷煤车间的煤粉爆炸开展了风险评估，确定了该车间的风险等级。

3.1 评估指标权重获取

通过向专家发放调查问卷的形式，确定了评估指标体系准则层和方案层的判断矩阵。

同样仍然以向专家发放调查问卷的形式获取方案层指标的权重，现以煤粉特性和安全装置为例：

通过对判断矩阵进行运算，得到方案层每个指标的权重：

表2 准则层判断矩阵

表3 煤粉特性下层指标判断矩阵

表4 安全装置下层指标判断矩阵

表4 皮带机风险评估指标权重

3.2 模糊综合评价

将喷煤车间煤粉爆炸风险评估的每个指标的风险等级分为5 个等级，即V={优秀、良好、中等、合格、不合格}。邀请煤粉爆炸行业内10 位专家对每一级的每个指标进行评估，确定其风险等级，如表5。

表5 喷煤车间煤粉爆炸风险评估指标风险等级汇总表

进行一级综合模糊评价矩阵运算可得：

接着进行二级模糊综合评价矩阵运算可以得到：

依据最大隶属度原则，通过对矩阵R1进行处理，可知评估企业喷煤车间的煤粉爆炸的风险等级为中等，即还存在有一些潜在的风险因素，需要继续加强安全管理水平。

4 结论

本文通过AHP-模糊综合评价方法对喷煤车间煤粉爆炸进行了风险评估，得到了以下结论：

1）构建了喷煤车间煤粉爆炸风险评估指标。结果表明，煤粉特性对煤粉爆炸的风险等级影响最大，作业环境条件对风险等级影响最小。

2）采用AHP-模糊综合评价方法对喷煤车间的煤粉爆炸风险等级进行了评估，评估结果显示煤粉爆炸处于中等风险水平，说明喷煤车间的安全管理水平还需要继续加强。