基于AHP的化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型研究

向 楨

(云南泰安工程技術(shù)咨詢有限公司，云南 昆明 650000)

隨著化工工業(yè)園區(qū)的不斷發(fā)展，爆炸事故頻發(fā)，化工園區(qū)的安全受到了嚴(yán)重的危害，因此，如何保障園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的安全是國(guó)家及化工企業(yè)一直面臨的難題[1]。在世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的背景下，世界各地對(duì)化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著巨大的需求，特別是在發(fā)展中國(guó)家，化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模都非常迅速。化工園區(qū)為化工企業(yè)的發(fā)展提供了方便，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展起到了促進(jìn)作用，但是，園區(qū)中危險(xiǎn)化學(xué)品的種類繁多，且大多是易燃、易爆、有毒的化學(xué)品，如果發(fā)生安全事故，將會(huì)引起嚴(yán)重的后果，甚至還會(huì)引發(fā)連鎖事件[2]。近年來，我國(guó)化學(xué)工業(yè)企業(yè)的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏爆炸等重大安全事故不斷出現(xiàn)，造成巨大的人身和財(cái)產(chǎn)損害，也帶來了嚴(yán)重的社會(huì)影響。

張建文等[3]根據(jù)化學(xué)品企業(yè)的脆弱性特征，在此基礎(chǔ)上，從災(zāi)害機(jī)制的觀點(diǎn)出發(fā)，提出了基于事件原因的“影響—狀況—結(jié)果”的脆弱性理論，運(yùn)用事件的原因分析，從事件發(fā)生的過程中，對(duì)化學(xué)品企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行了辨識(shí)，并構(gòu)建了一個(gè)評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)。運(yùn)用該評(píng)價(jià)模型對(duì)江蘇化工企業(yè)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，通過實(shí)例驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)模型的有效性，為評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)的制定及評(píng)價(jià)流程奠定了基礎(chǔ)。劉大山等[4]為了對(duì)地震災(zāi)害和工業(yè)企業(yè)事故的耦合風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，通過對(duì)化工園區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究，確定了主要承災(zāi)體的類型，識(shí)別了其在地震中所引起的火災(zāi)、爆炸、中毒等主要影響因子。利用該模型對(duì)化工園區(qū)內(nèi)的石化公司進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定了公司Na-Tech事故危險(xiǎn)度，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)證明，本算法具有較高的可用性，所需要的資料較少，能夠較好地反應(yīng)出地震Na-Tech事故的危險(xiǎn)性特征。

1 化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

為了有效評(píng)估化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量，利用層次分析法計(jì)算化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，在化工園區(qū)內(nèi)，影響安全風(fēng)險(xiǎn)的因素熵值與變異水平之間是負(fù)相關(guān)的關(guān)系[5]。實(shí)際的化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估中，只要確定了安全風(fēng)險(xiǎn)影響因素的變異水平，就可以得到安全風(fēng)險(xiǎn)不同影響因素的熵權(quán)值，提高評(píng)估的精度。化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估指標(biāo)權(quán)重計(jì)算步驟如下：

針對(duì)a個(gè)待評(píng)估的化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量和b個(gè)評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建了化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估的初始判斷矩陣E=(eij)，表示為：

(1)

式中，rij代表第i個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)容量在第j個(gè)影響因素下的評(píng)估值。

利用式(2)計(jì)算出第i個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)容量在第j個(gè)影響因素下出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的概率，即：

(2)

當(dāng)化工園區(qū)發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需要確定第j個(gè)影響因素的熵值，即：

(3)

其中，ξ代表對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)容量取對(duì)數(shù)的倒數(shù)。

根據(jù)第j個(gè)影響因素的熵值計(jì)算結(jié)果，確定第j個(gè)影響因素的熵權(quán)值，公式為：

(4)

利用層次分析法獲取化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量的綜合權(quán)重，按照最小相對(duì)信息熵的理論[6]，計(jì)算化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，公式為：

(5)

通過構(gòu)建化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估的初始判斷矩陣，計(jì)算出化工園區(qū)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的概率，利用層次分析法，計(jì)算化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估指標(biāo)權(quán)重。

1.2 構(gòu)建化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型

化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量是指風(fēng)險(xiǎn)不超標(biāo)的情況下，化工企業(yè)所能夠承載的危險(xiǎn)品量。當(dāng)園區(qū)內(nèi)工作人員的平均風(fēng)險(xiǎn)值滿足公式(6)的關(guān)系時(shí)，說明化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)在可接受水平內(nèi)，此時(shí)的危險(xiǎn)品容量就是安全風(fēng)險(xiǎn)容量：

Fq≤Fq上限

(6)

式中，F(xiàn)q表示園區(qū)內(nèi)工作人員的平均風(fēng)險(xiǎn)值；Fq上限表示平均風(fēng)險(xiǎn)的上限值。

如果化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品容量不滿足公式(6)的關(guān)系，說明化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品的容量具有較高風(fēng)險(xiǎn)，需要適當(dāng)調(diào)整危險(xiǎn)品的容量；如果化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品容量滿足公式(6)的關(guān)系，說明化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品的容量是合理的。

園區(qū)內(nèi)工作人員的平均風(fēng)險(xiǎn)值可以按照危險(xiǎn)品的種類進(jìn)行計(jì)算：

(7)

式中，Pi表示爆炸型危險(xiǎn)品產(chǎn)生的潛在生命損失值；m11表示存在爆炸型危險(xiǎn)品的化工企業(yè)數(shù)量；Pj代表易燃型危險(xiǎn)品產(chǎn)生的潛在生命損失值；m12表示存在易燃型危險(xiǎn)品的化工企業(yè)數(shù)量；Pk表示具有毒性危險(xiǎn)品產(chǎn)生的潛在生命損失值；m13表示存在毒性危險(xiǎn)品的化工企業(yè)數(shù)量；Mt表示園區(qū)內(nèi)工作人員的數(shù)量。

根據(jù)園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品容量對(duì)工作人員構(gòu)成的平均風(fēng)險(xiǎn)值，推算出化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品的安全風(fēng)險(xiǎn)容量，滿足下式：

(Km1·F1+Km2·F2+Km3·F3)≤Fq上限

(8)

式中，Km1表示化工企業(yè)承載爆炸型危險(xiǎn)品的容量；Km2表示化工企業(yè)承載易燃型危險(xiǎn)品的容量；Km3表示化工企業(yè)承載毒性危險(xiǎn)品的容量；F1表示每噸爆炸型危險(xiǎn)品對(duì)工作人員造成的平均風(fēng)險(xiǎn)值；F2表示每噸易燃型危險(xiǎn)品對(duì)工作人員造成的平均風(fēng)險(xiǎn)值；F3表示每噸毒性危險(xiǎn)品對(duì)工作人員造成的平均風(fēng)險(xiǎn)值。

將公式(8)的不等式轉(zhuǎn)化為單變量的不等式求解問題，計(jì)算出化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)品的安全容量為：

(9)

當(dāng)化工園區(qū)危險(xiǎn)品容量滿足公式(8)的關(guān)系時(shí)，根據(jù)公式(9)的計(jì)算，構(gòu)建化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 園區(qū)概況

本文以某綜合型老園區(qū)為研究的化工園區(qū)。經(jīng)過多次的擴(kuò)建，很多大型化工企業(yè)陸續(xù)遷入該園區(qū)。各大化工企業(yè)在多年的運(yùn)營(yíng)管理中提升了安全管理水平，但是整個(gè)園區(qū)的企業(yè)布局都是最初自發(fā)形成的，化工企業(yè)之間缺乏規(guī)劃的統(tǒng)一性。因此需要評(píng)估化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量，圖1是該園區(qū)的部分化工企業(yè)分布圖。

圖1 園區(qū)化工企業(yè)分布圖

該化工基地屬于山地地形，地勢(shì)起伏，研究區(qū)內(nèi)地震設(shè)防烈度為7度。

2.2 劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

為了有效評(píng)估化工園區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)容量，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，結(jié)果如表1所示。

表1 化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分情況

根據(jù)表1的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分情況，評(píng)估園區(qū)中各個(gè)化工企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)容量。

2.3 評(píng)估結(jié)果

利用基于AHP的化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型對(duì)園區(qū)中各個(gè)化工企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)容量進(jìn)行評(píng)估，借助軟件計(jì)算化工企業(yè)危險(xiǎn)化學(xué)品的潛在生命損失值，結(jié)果如表2所示。

表2 各個(gè)化工企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估結(jié)果

從表2看出，化工企業(yè)B、化工企業(yè)E和化工企業(yè)I都處于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，化工企業(yè)A和化工企業(yè)G處于較低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，化工企業(yè)D和化工企業(yè)H處于一般風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，化工企業(yè)F處于較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，化工企業(yè)C處于高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，因此說明文中模型可以評(píng)估得到化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量。

3 結(jié)束語

本文提出了基于AHP的化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量評(píng)估模型研究，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該模型可以評(píng)估得到化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)容量，獲取化工園區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。但是本文的研究還存在很多不足，在今后的研究中，希望可以考慮到化工園區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品倉儲(chǔ)聚集地的設(shè)置問題，有效控制危險(xiǎn)化學(xué)品的總量，保證化工園區(qū)的安全性。