基于層次分析模糊綜合法的油庫油氣爆炸風(fēng)險管控研究

魏供喜，郭露

基于層次分析模糊綜合法的油庫油氣爆炸風(fēng)險管控研究

魏供喜1，郭露2

（1. 陸軍勤務(wù)學(xué)院勤務(wù)指揮系，重慶 401311； 2. 中國人民解放軍32507部隊，浙江 杭州 310023）

通過分析多起典型的油氣爆炸事故原因，充分吸收事故經(jīng)驗教訓(xùn)，分析影響因素，構(gòu)建油氣爆炸事故預(yù)防指標(biāo)體系，為事故預(yù)防提供科學(xué)可靠的依據(jù)，提高油庫油氣爆炸風(fēng)險管控能力。本文以成品油儲備油庫為研究對象，針對組織管理、人員管理、設(shè)施設(shè)備管理、物資管理和風(fēng)險作業(yè)等油氣爆炸主要影響要素進行量化分析，采用層次分析和模糊綜合評價法進行綜合評估，得出各影響因素具體權(quán)重數(shù)值，并通過對某油庫進行實例評估，得出評估結(jié)論，為防范油氣爆炸事故提供危險預(yù)警和整改意見。

層次分析；模糊綜合；油氣爆炸；風(fēng)險管控

油料固有的揮發(fā)性、易燃性、易爆性、帶電性、突溢性和膨脹性等危險特性，導(dǎo)致其在儲存、輸轉(zhuǎn)、加注等各個環(huán)節(jié)均存在發(fā)生油氣爆炸事故的風(fēng)險性，近年來英國邦斯菲爾德油庫大爆炸、青島中石化輸油管道泄漏爆炸事故，給石油化工行業(yè)敲響了油庫油氣爆炸風(fēng)險預(yù)防管控的警鐘。開展基于對油氣爆炸事故深入分析和全面系統(tǒng)的安全評估，對及時消除安全隱患，加強油庫油氣爆炸事故預(yù)防具有十分重要的意義。

1 油氣爆炸事故分析

1.1 油氣爆炸機理

油氣爆炸是指油料在燃燒的基礎(chǔ)上本身發(fā)生的高速化學(xué)反應(yīng)，油蒸汽和空氣瞬間劇烈膨脹，壓力急劇增加而引發(fā)的爆炸，屬于化學(xué)爆炸的一種[1]。油氣與空氣的混合物，必須在一定的濃度范圍內(nèi)遭遇火源才能爆炸，這個遇火源能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍稱之為爆炸濃度極限，通常用體積百分比（%）表示。油氣濃度低于爆炸下限時，油氣不爆炸也不燃燒，油氣濃度高于爆炸上限時可燃燒不爆炸。

油氣爆炸的一般反應(yīng)式：

CnHn+O2=10kCO2

1.2 爆炸事故原因分析

2005年12月11日，英國邦斯菲爾德油庫大爆炸事故原因是油罐自動測量系統(tǒng)失靈，在油料接收作業(yè)過程中儲罐裝滿油料后，ATG系統(tǒng)未報警，油罐進油閥門未自動關(guān)閉，導(dǎo)致油料從罐頂溢出，形成油氣云，遇明火先后發(fā)生三次大爆炸。2007年10月10日，云南某油庫爆炸事故原因是多座油罐同時開展清洗通風(fēng)作業(yè)和動火作業(yè)，施工電火花引起通風(fēng)作業(yè)油罐發(fā)生爆炸。2013年11月22日，青島中石化輸油管道泄漏爆炸事故原因是輸油管道與排水暗渠交匯處管道腐蝕減薄、管道破裂、原油泄漏，泄漏原油及其混合氣體在排水暗渠內(nèi)蔓延、擴散、積聚，最終造成大范圍連續(xù)爆炸。

上述爆炸事故的機理是火源與爆炸極限范圍內(nèi)的油氣相遇，導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生，主要原因是安全工作有漏洞、規(guī)章制度不落實、人員違章操作、設(shè)施設(shè)備有缺陷，風(fēng)險作業(yè)管理不嚴(yán)格等。

1.3 爆炸事故危害

英國邦斯菲爾德油庫火災(zāi)爆炸事故是歐洲最大的一次工業(yè)火災(zāi)爆炸事故，經(jīng)濟損失和相關(guān)賠償費用高達10億英鎊。該事故作為重大環(huán)境污染事故上報至歐盟，事故共燒毀23座儲罐，造成43人受傷，油庫附近300間房屋損壞，2000多居民疏散，M1高速公路關(guān)閉，火災(zāi)持續(xù)燃燒長達5天，釋放的濃煙擴展到英國南部地區(qū)。火災(zāi)撲救消耗了大量泡沫和冷卻水，造成弗爾河污染[2]。云南某油庫洞庫爆炸事故，造成2人死亡，油料設(shè)施設(shè)備損毀，泄漏油料從山腰沿水溝流淌至河流之中，造成河水污染次生災(zāi)害。山東青島中石化東黃輸油管道發(fā)生重大爆炸事故，造成62人死亡，136人受傷，直接經(jīng)濟損失75172萬元。中石油大連新港7．16儲罐火災(zāi)爆炸事故，財產(chǎn)損失近2 億元，上萬噸原油流入大海，造成嚴(yán)重環(huán)境污染問題[3]。

近年來，重特大油氣爆炸事故的接連發(fā)生，不僅造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且直接引發(fā)次生災(zāi)害，造成難以修復(fù)的環(huán)境污染和惡劣的社會影響。

2 影響因素分析

油氣爆炸的兩個必備條件是爆炸極限范圍內(nèi)的油氣和火源，兩者其中之一不滿足就不會發(fā)生油氣爆炸事故，所以本文主要圍繞油氣的產(chǎn)生和火源的來源兩個因素進行分析比較[4]。油氣的產(chǎn)生直接原因是油氣的泄漏和通風(fēng)不暢，而火源的來源主要是明火（吸煙、打火機點火）、施工檢修作業(yè)火花、電火花、撞擊火花、靜電火花、雷擊火花等。而在油氣爆炸事故預(yù)防工作中，對防控主體的工作特征、構(gòu)成要素和油料儲運管理各個環(huán)節(jié)進行分析可得：影響油氣和火源產(chǎn)生遭遇而引發(fā)爆炸事故的因素有組織管理、人員管理、設(shè)施設(shè)備管理、物資管理和風(fēng)險作業(yè)5個方面。

2.1 管理因素

管理因素包括建立安全組織，實行安全責(zé)任制，落實規(guī)章制度，開展安全教育訓(xùn)練等，管理因素影響油氣爆炸的主要有：安全組織是否健全，安全形勢分析、評估、檢查活動是否經(jīng)常，安全管控和規(guī)章制度執(zhí)行是否落實到位，安全教育和安全訓(xùn)練演練成效是否顯著。

2.2 人員因素

人是主導(dǎo)防控油氣爆炸事故的決定性因素，也是最活躍、最復(fù)雜的因素。人員從類別劃分為管理人員、操作人員、警衛(wèi)人員和外來人員。人員因素影響油氣爆炸的主要有：管理人員對安全工作的重視程度、組織領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)務(wù)管理能力強弱；操作人員是否配齊配強、持證上崗；專業(yè)培訓(xùn)計劃是否落實，作業(yè)考核和崗位調(diào)整交接是否正規(guī)；警衛(wèi)人員是否盡職盡責(zé)，緊急情況處置能力強弱以及對外來人員管理是否嚴(yán)格。

2.3 油品因素

不同品種、不同數(shù)量的油品對油氣爆炸影響不同，油庫儲存的油品依據(jù)閃點由低到高劃分為甲、乙、丙類可燃品，影響程度汽油>航空油>柴油>潤滑油。汽油超過200 t、航空油超過500 t、柴油超過5 000 t構(gòu)成重大危險源，發(fā)生油氣爆炸事故的概率增大。庫存油品的數(shù)質(zhì)量管理也是重要因素，要做到數(shù)量準(zhǔn)確，質(zhì)量完好，賬物卡相符。

2.4 設(shè)施設(shè)備因素

設(shè)施設(shè)備包括油庫總體布局、儲油設(shè)施設(shè)備、輸油設(shè)施設(shè)備、收發(fā)作業(yè)設(shè)施設(shè)備、變配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防信息系統(tǒng)。設(shè)施設(shè)備不符合規(guī)定要求，設(shè)備損壞，維護保養(yǎng)不力等均會直接影響油料儲存、供應(yīng)作業(yè)，還可能引起事故發(fā)生。

2.5 風(fēng)險作業(yè)因素

從油氣爆炸事故發(fā)生的環(huán)節(jié)來看，大部分事故發(fā)生在風(fēng)險作業(yè)過程中，風(fēng)險作業(yè)制度不落實、違章操作是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因。風(fēng)險作業(yè)包括油料收發(fā)作業(yè)、倒罐作業(yè)、整修改造動火作業(yè)、設(shè)備檢修保養(yǎng)作業(yè)、清洗除銹涂裝作業(yè)等。

3 風(fēng)險管控模型構(gòu)建

綜合評價指標(biāo)體系以系統(tǒng)全面、層次分明、科學(xué)簡潔為設(shè)計原則，通過與石油化工和安全管理領(lǐng)域?qū)＜易稍兘⒂蛶煊蜌獗ㄊ鹿曙L(fēng)險管控模型[5]。

3.1 建立風(fēng)險管控指標(biāo)體系

綜合考慮各種影響因素，構(gòu)建油庫油氣爆炸事故風(fēng)險管控指標(biāo)體系，其中一級指標(biāo)5個，二級指標(biāo)22個，油庫油氣爆炸事故風(fēng)險管控指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 油氣爆炸事故風(fēng)險管控指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

通過專家咨詢，根據(jù)層次分析1-9標(biāo)度含義表進行兩兩指標(biāo)相對重要性調(diào)查，得出兩兩指標(biāo)相對重要性，構(gòu)造一級指標(biāo)層判斷矩陣U和二級指標(biāo)層判斷矩陣U1、U2、U3、U4、U5。

采用求跟法算出判斷矩陣特征向量：

將矩陣按行求

歸一化：

計算矩陣的最大特征根：

判斷矩陣的一致性檢驗：

判斷矩陣的一致性指標(biāo)

判斷矩陣的一致性比率

隨機一致性指標(biāo)RI的取值見表1，當(dāng)CR<0.10時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則就要對判斷矩陣進行調(diào)整。

表1 判斷矩陣的隨機一致性指標(biāo)RI

3.2 指標(biāo)體系權(quán)重系數(shù)的確定

這里對二級指標(biāo)組織管理項目進行演算，其余省略。二級指標(biāo)組織管理項目判斷矩陣為：

代入式（1-5）計算得出權(quán)重集：

w=（0.375 0，0.375 0，0.125 0，0.125 0）T

一致性指標(biāo)CI=0；

一致性比率CR=0<0.10。

通過一致性檢驗，因此，判斷矩陣可以接受。

根據(jù)某位專家給出的判斷矩陣計算得出各級指標(biāo)體系權(quán)重和一致性檢驗結(jié)果。綜合若干個專家的體系權(quán)重值，通過對權(quán)重值取平均值，并做歸一化處理，得出最終權(quán)重值，結(jié)果如表2所示。

表2 指標(biāo)體系權(quán)重系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

3.3 模糊綜合評價

將統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別歸一化后，得：

這里僅對組織管理指標(biāo)進行綜合評估，其余略。

利用模糊矩陣的合成運算，采用平均加均算子，得出綜合評價模型

B=W·R=(1,2,,B) （7）

式中為第個底層評估指標(biāo)的綜合評判向量，W為第個底層評估指標(biāo)的權(quán)重向量，R為第個底層評估指標(biāo)的單因素評判矩陣。

組織管理U1指標(biāo)底層評估指標(biāo)權(quán)重系數(shù)為

單因素指標(biāo)評判結(jié)果效用值的計算：

設(shè)=(1,2,3,4,5)T分?jǐn)?shù)集，以100分為滿分，根據(jù)前文對評語集的約定，=(95, 85, 75, 65, 30)T。

根據(jù)公式3.6，可計算出第個單因素指標(biāo)的效用值：

I=B·

組織管理底層評估指標(biāo)評價結(jié)果效用值為：

1=（0.25, 0.7, 0.005, 0, 0）·(95, 85, 75, 65, 30)T=87

即5位專業(yè)對油庫油氣爆炸風(fēng)險防控的組織管理指標(biāo)的評估結(jié)果效用值為87，同理可以算出其他指標(biāo)效用值。

4 實例應(yīng)用

4.1 實例計算

某成品油儲備庫設(shè)于省會城郊，在職員工200人，建于1995年，儲備92#汽油14.76萬t，95#汽油4.22萬t，98#汽油2.11萬t，0#柴油15.74萬t，采用管道和油船接收油料，通過公路零發(fā)油方式向全市加油站發(fā)出油料，全年接收發(fā)頻繁，風(fēng)險作業(yè)數(shù)量多，預(yù)防油氣爆炸事故極為重要，根據(jù)前文的油氣爆炸事故風(fēng)險管控評估模型，組織5名專家進行檢查評估，評判斷數(shù)據(jù)經(jīng)整理后填入表3進行計算，得出各因素指標(biāo)效用值和綜合效果測度值，見表3。

表3 各因素指標(biāo)效用值和綜合效果測度值

4.2 結(jié)果分析

經(jīng)過實際評估和分析，該油庫的油氣爆炸風(fēng)險防控能力較好，但仍存在一定的差距，尤其在設(shè)施設(shè)備和風(fēng)險作業(yè)方面。建議一是對設(shè)施設(shè)備進行科學(xué)管理，正確使用，特別是儲油設(shè)施設(shè)備和輸油設(shè)施設(shè)備要及時維護，做到無銹蝕、無滲漏、無油污、無脫漆。二是克服收發(fā)作業(yè)頻繁帶來的思想放松，杜絕違章操作發(fā)生，特別關(guān)注整修、改造動火風(fēng)險作業(yè)，做到作業(yè)前有風(fēng)險評估，作業(yè)中有風(fēng)險監(jiān)管，作業(yè)后有總結(jié)，嚴(yán)格落實各項規(guī)章制度。

5 結(jié)束語

本文應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評價法建立油庫油氣爆炸風(fēng)險防控評價模型，將定性、定量分析有機結(jié)合，充分體現(xiàn)評價因素和評價過程所固有的模糊性。基于層次分析的模糊綜合法充分利用了專家資源和實際工作經(jīng)驗資料，針對具體案例進行了評估分析，有利于決策者較為全面的判斷油庫爆炸風(fēng)險防控工作存在的欠缺，以便決策者有目的、有計劃、有針對性地開展預(yù)防工作，可見基于層次分析法和模糊綜合評價法的油庫油氣爆炸事故預(yù)防研究，對油庫安全預(yù)防管控工作開展具有較好的促進意義。

［1］杜楊.油氣爆炸與控制[M]. 北京:中國石化出版社,2014.

［2］楊洪麗.國外某油庫爆炸事故教訓(xùn)的思考[J].石油庫與加油站,2017,26(3):33-35.

［3］韓鈞.大連7.16油庫火災(zāi)事故教訓(xùn)及防范[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù),2012,28(1):1-5.

［4］趙爽.基于事故樹分析的油庫燃爆事故安全評價研究[J].當(dāng)代化工,2014 (12):85-87.

［5］張輝,晏敬東.新產(chǎn)品方案的二階模糊綜合評價[J].工業(yè)工程與管理,2002(5):43.

［6］張明智.軍事定量分析方法[M],北京:國防工業(yè)出版社,2015.

Study on Oil Depot Explosion Risk Control Based on AHP and Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

1, GOU Lu

（1. Service Command Department, Army Logistics University of PLA, Chongqing 401311, China;2. No.32507 Unit of PLA, Hangzhou Zhejiang 310023, China）

The causes of many typical oil and gas explosion accidents were analyzed, the experience and lessons of accidents were fully learnt, the influencing factors were analyzed, and the index system of oil and gas explosion prevention was established, so as to provide scientific and reliable basis for accident prevention and improve the control ability of oil and gas explosion risk in oil depots. Based on product oil reserve depot as the research object, aimed at the organization management, personnel management, facilities management, material management and risk, quantitative analysis of the main influence factors of oil and gas explosion was carried out. AHP and fuzzy comprehensive evaluation method were used in the comprehensive evaluation; the specific weight values of the influencing factors were obtained. Through the study of the example of an oil depot, assessment, evaluation conclusion was got, to provide risk early warning and rectification opinions for preventing oil and gas explosion accidents.

AHP; Fuzzy comprehensive evaluation method; Oil and gas explosion; Risk control

2020-11-18

魏供喜（1987-），男，碩士在讀，福建寧德人，研究方向為軍事后勤。

TQ086

A

1004-0935（2020）12-1550-05