噴煤車間煤粉爆炸風險評估★

蘇岱峰

（山西工程職業學院冶金與環境工程系， 山西 太原 030009）

高爐噴煤是從風口向爐內噴吹煤粉，起著提供熱量和還原劑的作用，可以有效的降低焦炭使用量，降低生產成本。噴煤車間主要是用來制備、輸送煤粉的場所，由原煤儲運系統、干燥氣制備系統、煤粉制備系統、煤粉輸送系統、煤粉噴吹系統、供氣系統以及煤粉計量與控制系統組成[1]。由于煙煤揮發分含量高、著火點低、易于燃燒，容易被高爐接受，因此企業噴煤車間大多選用煙煤來制作煤粉，且對煤粉的粒徑要求為小于200 目，在該種狀態下，煤粉遇到火源極易發生火災或者爆炸，因此開展噴煤車間煤粉的火災、爆炸風險評估具有重要的研究價值。

煤粉與氧氣長時間接觸氧化會使其表面的溫度升高，升溫會進一步加速氧化反應的進行，如果散熱不良，熱量就會積聚，使得煤粉發生自燃進而引起火災。當受限空間中煤粉懸浮在空氣中時，只要有適量的氧氣和熱量則會誘發煤粉發生爆炸。

噴煤車間是用于制備煤粉的場所，其作用是往高爐中噴吹煤粉以實現降低焦炭使用量和降低生產成本這一目的。煤粉作為一種易燃易爆物質，對其發生爆炸的風險進行評估可以有效的提高冶金企業噴煤車間的安全管理水平。本文首先建立了煤粉爆炸風險評估指標體系主要包括5 個一級指標和18 個二級指標，其次采用AHP-綜合模糊分析法對山西某冶金企業的噴煤車間煤粉爆炸進行了風險得到該企業的風險等級為中等，即還需進一步加強企業安全管理，消除隱患。

1 AHP-綜合模糊分析法簡介

1.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法可以將一些邊界不明、難以量化的因素進行定量處理。依據隸屬度原則可以將多種因素做出總體評價。

該評估方法的基本流程為：首先確定評價指標的等級集合；其次確定每個評價指標的權重及隸屬度，得到評價矩陣R；最后將權重矩陣和隸屬度矩陣進行運算，得到模糊綜合評價結果。

1.2 層次分析法（AHP）

通常獲取指標權重的方法有四種：AHP、德爾菲法、數列分析法以及專家調查法。層次分析法是將評價對象分解為多個因素，依據各個因素的關系建立層次關系，然后將每個因素的重要程度兩兩比較，并排序，供決策者選擇。

在層次分析法的運用過程中，首先要構建判斷矩陣，其意義是將指標的重要程度實現量化。在建立重要性矩陣時，重要程度量化要參考表1。

表1 比例標度表

若有n個評價指標，各個指標相比較得到的判斷矩陣為：A=（aij）n×n。aij就是要素i和要素j的重要性比例標度。

首先求解模糊判斷矩陣的特征根，得到最大特征根，其次獲取特征向量，最后對對特征向量進行歸一化處理。計算公式如下所示：

式中：A 為判斷矩陣；W為特征向量。

為了保證結果合理，要對結果的一致性進行檢驗。通過計算判斷矩陣的IC（一致性指標）與IR（平均隨機一致性指標）相比較，當比值IC∶IR小于0.1 時，表明矩陣是合理的；反之，就要對判斷矩陣進行修正，使一致性檢驗滿足條件。平均隨機一致性指標通過查表獲取，IC的計算方式如下：

2 構建風險評估指標

依據客觀性、通用性、適用性等原則，建立噴煤車間火災爆炸風險評估模型，評價指標主要包括以下幾點：

1）煤粉的特性。主要包括煤粉的揮發分含量、煤粉的粒徑、煤粉堆積厚度以及煤塵云的最低著火溫度。

2）安全技術措施。通風技術措施、消防設施、泄爆裝置、防爆電氣設備、惰化氣體氧含量。

3）人的因素。人員安全素質、作業人員技能。

4）安全管理水平。安全操作規程檢查；保養、維護制度；安全監測制度。安全檢查及隱患整改制度的科學合理程度。

5）作業環境條件。環境溫度、濕度等因素都會對煤粉爆炸有影響。

圖1 噴煤車間煤粉爆炸風險評估指標

3 模型運用

本文以某鑄造企業的噴煤車間為例，運用AHP-模糊綜合評價法，對其噴煤車間的煤粉爆炸開展了風險評估，確定了該車間的風險等級。

3.1 評估指標權重獲取

通過向專家發放調查問卷的形式，確定了評估指標體系準則層和方案層的判斷矩陣。

同樣仍然以向專家發放調查問卷的形式獲取方案層指標的權重，現以煤粉特性和安全裝置為例：

通過對判斷矩陣進行運算，得到方案層每個指標的權重：

表2 準則層判斷矩陣

表3 煤粉特性下層指標判斷矩陣

表4 安全裝置下層指標判斷矩陣

表4 皮帶機風險評估指標權重

3.2 模糊綜合評價

將噴煤車間煤粉爆炸風險評估的每個指標的風險等級分為5 個等級，即V={優秀、良好、中等、合格、不合格}。邀請煤粉爆炸行業內10 位專家對每一級的每個指標進行評估，確定其風險等級，如表5。

表5 噴煤車間煤粉爆炸風險評估指標風險等級匯總表

進行一級綜合模糊評價矩陣運算可得：

接著進行二級模糊綜合評價矩陣運算可以得到：

依據最大隸屬度原則，通過對矩陣R1進行處理，可知評估企業噴煤車間的煤粉爆炸的風險等級為中等，即還存在有一些潛在的風險因素，需要繼續加強安全管理水平。

4 結論

本文通過AHP-模糊綜合評價方法對噴煤車間煤粉爆炸進行了風險評估，得到了以下結論：

1）構建了噴煤車間煤粉爆炸風險評估指標。結果表明，煤粉特性對煤粉爆炸的風險等級影響最大，作業環境條件對風險等級影響最小。

2）采用AHP-模糊綜合評價方法對噴煤車間的煤粉爆炸風險等級進行了評估，評估結果顯示煤粉爆炸處于中等風險水平，說明噴煤車間的安全管理水平還需要繼續加強。