基于AHP的煤化工生產(chǎn)過程安全性分析研究

趙 霞

(同煤廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001)

引 言

在我國化工行業(yè)中，煤化工是非常重要的一個組成分支。我國是世界上最大的煤制合成氨、煤制甲醇生產(chǎn)國，因此煤化工產(chǎn)業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展和能源生產(chǎn)起著重要的作用。在煤化工行業(yè)中，不論是傳統(tǒng)的工藝還是現(xiàn)代煤化工工藝，都存在著化學元素利用效率偏低的問題，針對這一問題，國家也采用煤化電熱一體化、多聯(lián)產(chǎn)等多種不同方式提高煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

由于大部分化學品具有易燃易爆、有毒有害等特征，所以煤化工生產(chǎn)過程中安全問題一直比較突出。隨著煤化工產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展，其生產(chǎn)過程中的工藝越來越發(fā)雜、規(guī)模越來越大，都增加了安全風險。因此，在生產(chǎn)實際中，對工藝過程、環(huán)境和管理等方面進行全面、綜合、客觀的安全評價是非常有必要的。本文就是針對這一問題進行研究與實踐應用。

1 安全指標分析

要對煤化工生產(chǎn)過程進行工藝、環(huán)境和管理等方面的評價，就要從這三個方面的具體內(nèi)容和特點進行分析，從中找到主要的影響因素，只有找到關鍵因素，才能建立有效、客觀、科學的評價體系。

1.1 工藝過程安全分析

煤化工工藝過程的安全性分析，主要是對參加反應的化學原料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物的特性進行分析，同時要分析反應過程中的一些條件。根據(jù)相關文獻和現(xiàn)場經(jīng)驗來看，主要的參數(shù)應該有以下幾類。

1) 物質(zhì)的燃燒性

物質(zhì)的燃燒性就是物質(zhì)能夠燃燒的能力。這一指標反應的是化學原料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物是否可能導致火災的特性。

2) 物質(zhì)的爆炸性

爆炸是一種非常迅速的能量連續(xù)釋放的過程，會帶來很大的危害。在煤化工生產(chǎn)中，可燃氣體、粉塵等都可能導致爆炸的發(fā)生。這個指標就是衡量在生產(chǎn)中，反應物、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的濃度范圍是否可能產(chǎn)生爆炸反應。

3) 物質(zhì)的反應活性

化學物質(zhì)都具有一定的反應活性，也就是不穩(wěn)定性，主要體現(xiàn)在容易自我反應或者與其他物質(zhì)發(fā)生反應。化學物質(zhì)的反應活性越大，可能造成的危害就越大，越有可能發(fā)生安全事故。因此，反應活性應該作為一個安全評價指標[1]。

4) 物質(zhì)的毒性

化學物質(zhì)的毒性是指當該物質(zhì)接觸人體或者進入人體內(nèi)部時，可能對人體產(chǎn)生的危害程度。簡單的講，化學物質(zhì)對人體機體的危害越大，就可以定義其毒性越大。對煤化工生產(chǎn)中物質(zhì)毒性的判斷，應該包含物質(zhì)本身的毒性、與人體接觸的難易程度、已發(fā)覺程度、及時處理程度等多個方面，這樣才能客觀的評價毒性對安全的影響。

5) 生產(chǎn)工藝方式

生產(chǎn)工藝方式主要是指化學物質(zhì)的輸送和反應方式，一般是指連續(xù)作業(yè)和非連續(xù)作業(yè)。連續(xù)作業(yè)對物質(zhì)的控制、人員的操作等要求都比較高，在沒有緩和時間，因此容易出現(xiàn)事故。

6) 反應環(huán)境

反應環(huán)境主要包括三個方面。一方面是反應過程需要的溫度。溫度是化學反應的一個重要的參與因素。高溫和低溫都易造成危害：高溫容易引起火災或者爆炸，低溫容易導致某些容器破損、開裂。另一方面是反應過程中產(chǎn)生的熱量。反應產(chǎn)生的熱量越高，越有可能導致設備密封損壞、質(zhì)量下降，甚至產(chǎn)生燃燒和爆炸。還有一個方面是反應過程中的壓力大小。壓力過高和過低都有可能造成爆炸，增加了安全的隱患。所以，反應環(huán)境也應該是安全評價的指標之一[2]。

1.2 設備安全分析

煤化工設備安全主要包括設備自身和環(huán)境安全。

1) 設備類型

設備類型主要是指設備是否屬于加熱設備、加壓設備、儲存設備、反應設備等。加熱與加壓設備往往容易發(fā)生事故，反應設備比儲存設備更容易發(fā)生事故。

2) 設備體積

設備體積主要是指當發(fā)生事故時，體積大的設備所造成的影響輻射范圍較大，可能導致的危害也就更大。

3) 設備密封與設備質(zhì)量

設備密封性的好壞直接關系到化學原料或者氣體的泄露，密封性差容易導致泄露而發(fā)生危險。設備質(zhì)量是指設備本身的材料強度、抗疲勞性等參數(shù)，良好的質(zhì)量能夠確保設備的長時間穩(wěn)定運行。

4) 廠房安全條件

廠房及周邊的安全條件也會對煤化工生產(chǎn)安全性產(chǎn)生一定的影響。主要考慮以下因素：廠房結構是否安全，比如密閉空間容易發(fā)生事故，也會給事故后的救援帶來困難；廠房防火設施是否到位，防火設備數(shù)量、防火工具等是否完備；廠房泄壓能力，泄壓能力強的能夠緩解爆炸帶來的危害；廠房的應急和疏散條件，完善的應急和疏散能夠減少事故造成的人員傷亡[3]。

1.3 管理因素分析

隨著現(xiàn)代管理制度的不斷發(fā)展，管理體系的重要性也越來越受到企業(yè)的重視。企業(yè)要建立完整的安全管理機構，制定和遵守安全管理制度，組織安全培訓，提高企業(yè)安全保障，加強員工的安全意識[4]。

2 安全評價標準分析

對煤化工生產(chǎn)過程安全指標的分析后，要進行定量的計算還需要建立每個指標的賦值標準。本文對各個指標賦值分為5個等級，分別為非常安全/5分、安全/4分、存在隱患/3分、危險/2分、非常危險/1分。對物質(zhì)燃燒性賦值劃分為不燃、可燃、較易燃、易燃、非常易燃；爆炸性賦值劃分為不爆、不易爆、較易爆、易爆、非常易爆；反應活性賦值劃分為穩(wěn)定、較活躍、活躍、非常活躍、劇烈反應；毒性賦值是以物質(zhì)毒性對人體的危害劃分，分為沒有影響、輕微影響、中度影響、高度影響、嚴重影響；工藝方式、反應環(huán)境、設備烈性、設備體積、設備密封、廠房安全這幾個指標的賦值為沒有危險、存在危險、中度危險、高度危險、極度危險；管理制度、管理機構、培訓情況賦值為完善、優(yōu)秀、良好、一般、較差[5]。

3 基于AHP的煤化工生產(chǎn)過程安全性評價

在層次分析法中，評價體系的建立是通過具體指標的實現(xiàn)的。根據(jù)前面的分析，建立基于三個中間層和13個具體指標的評價體系，如圖1所示。

圖1 煤化工生產(chǎn)安全評價體系

3.1 對評價體系的數(shù)學分析

1) 構建判斷矩陣的構建

構建判斷矩陣就是對各個因素之間進行兩兩比較。矩陣中，xij的取值就是同層兩個因素之間重要性對比值，取值為1～9，值越大，說明i與j相比，重要程度越高。

因此，對圖1評價體系進行衡量，可得判斷矩陣分別為：

2) 權重排序與一致性檢驗

權重排序是通過計算判斷矩陣的特征向量，計算得出各個因素的重要程度。一致性檢驗則是判斷矩陣取值是否合理，其計算方法如式(1)、式(2)。

CR=CI/RI

(1)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(2)

式(1)中：CR代表判斷矩陣的隨機一致性比率，如果CR<0.10，一致性檢驗合格，否則需要重新取值；CI代表判斷矩陣的一致性指標；RI代表平均隨機一致性指標，取1.56；式(2)中λmax代表判斷矩陣的最大特征根。

利用MATLAB計算機程序可以求解判斷矩陣的特征向量和最大特征根，計算結果如表1所示，一致性檢驗結果合格。

表1 煤化工生產(chǎn)過程安全評價結果表

3) 總排序

最底層各影響因素c1、c2……c15對最高層因素A的影響權重向量為式(3)、式(4)。

Q=[q1,q2,……,q13]T

(3)

qk=ckbl

(4)

k=1～6時，l=1；k=7～10時，l=2；k=11～13時，l=3。

式(3)中：q代表c層因素對A層影響的權重值；式(4)中ck代表c層因素對B層影響的權重值；b代表B層因素對A層影響的權重值。

所以，可以計算得出各因素的層次總排序，結果填入表1。

3.2 綜合評價分析與應用

在分析了評價體系各因素對頂層的影響權重之后，對每個因素根據(jù)現(xiàn)場情況進行打分，可以得出最終的綜合評價成績。

綜合評價計算如式(5)。

(5)

式(5)中：F代表綜合評價得分；P代表各因素的現(xiàn)場打分結果矩陣；pk代表現(xiàn)場打分結果。

以同煤集團某化工公司煤制甲醇為例，綜合一線技術人員和安全管理人員的打分結果，如表1所示。結合層次分析法結果，得出最終評價結果為：F=3.488，即存在一定的隱患，需要在生產(chǎn)中加強安全措施。

4 結語

通過對煤化工生產(chǎn)過程中常見的危險因素的分析，根據(jù)層次分析法的基本原理，建立了安全性價評價體系并計算了各因素的權重大小。根據(jù)實際情況進行打分，得出了綜合評價結果。這一結果可以以定量的結果綜合反映煤化工生產(chǎn)過程的安全性，可以為安全評價提供一定的理論依據(jù)。