基于模糊綜合評價法的熱電廠設備安全風險評估

黃偉HUANG Wei

（宜賓天原集團股份有限公司，宜賓 644000）

0 引言

熱電廠是能源生產的重要環節，其穩定運行對于保障供電和社會經濟發展至關重要。然而，熱電廠的正常運行設計機械運行、化學反應，熱電轉化等多個環節，這些環節出現故障可能導致設備損壞、人員傷亡和環境污染等嚴重后果[1]。因此，對熱電廠進行全面的評價和控制是確保熱電廠安全運行的關鍵。

熱電廠安全評價是一項系統性的工作，旨在識別和評估潛在的危險源，并采取相應的控制措施，以減少事故和災害的發生。評價過程涉及多個方面，包括設備的運行狀態、安全管理體系、人員操作行為等[2]。通過對這些方面的評估，可以全面了解熱電廠的危險源情況，為制定風險控制方案提供依據。熱電廠主要危險源包括機械、熱、化學和電氣等方面的危險。機械危險是指由于設備運轉部件的故障，可能導致機械斷裂、飛濺物、碰撞等事故[3]。熱危險主要涉及高溫、高壓和燃燒等問題，如蒸汽泄漏、爆炸等。化學危險主要涉及燃燒過程中產生的有害氣體和廢水，如二氧化硫、氮氧化物等。電氣危險主要涉及設備的電氣系統，如電路短路、電擊等[4，5]。為了減少事故和災難的發生，需對潛在危險源進行識別和評估，從而及早發現可能存在的風險，并采取相應的預防措施來控制和降低這些風險。常用于評價危險源的方法主要包括層次分析法和模糊綜合評價等方法，層次分析法是一種定量評估方法，通過構建層次結構，利用專家判斷和數學模型來確定危險源的重要性程度。用于處理評價對象多指標、模糊不確定性和主觀性的問題。模糊綜合評價方法是將模糊數學的概念和技術應用于評價過程中，通過建立模糊評價模型、確定評價指標權重、進行模糊評價計算等步驟來得出綜合評價結果[6-8]。可以根據具體情況選擇合適的方法進行評價。因此從主要危險源、評價方法和預防措施等方面將對熱電廠主要危險源評價進行深入探討，可以為熱電廠鍋爐設備的安全運行提供科學依據和有效措施。

1 熱電廠危險源的模糊綜合評價模型

熱電廠由多個子模塊系統組成，主要包括煤炭儲存和運輸系統、鍋爐設備系統、除灰除渣系統以及脫硫脫硝系統等，通過對熱電廠主要安全隱患進行辨識，得出了各子系統中存在的主要危險源，如圖1 所示。為進一步計算熱電廠各子系統危險源的危險程度，采用層次分析法計算了各因素的權重，然后基于各因素的權重及專家打分對上述危險源進行模糊綜合評價。

圖1 熱電廠主要危險源類型

模糊綜合評價模型是一種用于處理評價問題中的不確定性和模糊性的方法，它通過對準則層（主因素）和決策層（子因素）進行模糊化處理，得出最終的評價結果。由于熱電廠的子系統和設備之間具有層次性和模糊性，因此可以采用模糊綜合評價模型進行評價，評價步驟如下：

1.1 構建評價指標

評價指標是用來衡量和評估目標的特征和性能的因素。權重表示各個指標在綜合評價中的重要程度。

本文主要從儲煤運煤系統、鍋爐設備系統、除灰除渣系統以及脫硫脫硝系統四個結構模塊對熱電廠的主要危險源進行綜合評價。（圖1）

設A={A1，A2，…，An}為熱電廠危險源因素集，其中A1，A2，…，An為熱電廠危險源的主因素層，而A1={A11，A12，…，A1i}；A2={A21，A22，…，A2n}，…，An={An1，An2，…，Ani}。其中Aij為熱電廠危險源的子因素集。

1.2 確定指標權重

本文采用層次分析法（APH）確定各主因素和子因素的權重。先構建判斷矩陣，將各因素進行兩兩比較得出各因素的相對重要性。通過計算判斷矩陣的特征向量進而特征值得出每個因素的權重，其中，特征向量表示每個準則的重要性，特征值表示準則的一致性。最后對判斷矩陣的一致性進行檢驗，如果一致性較高，則可信度較高否則重新進行計算。

1.3 確定評價等級集合

評價等級集合是對評價事物的等級劃分，一般是指安全、危險等評語，針對熱電廠主要存在的安全隱患，此次評價建立相對應的危險程度評價集合主要包括無危險性，低危險性，中危險性和高危險性四個評價等級。即：V={V1，V2，V3，V4}={無危險性，低危險性，中危險性和高危險性}，各評價等級的分值如表1 所示。

表1 評價等級及其對應的得分表

1.4 確定隸屬矩陣

由n 名熱電廠安全領域的專家對上述各系統的主要危險源進行打分，得到相應的隸屬矩陣，其中每個子因素的隸屬向量為：

qij={qij1，qij2，…，qijk}，qijk=Vijk/n，其中，k 表示評價集的等級，n 代表專家人數，本次熱電廠危險源評價由10 名經驗豐富的安全專家完成，qijk表示判定待評價的子因素Aij屬于Vk等級的人數。匯總各子因素的隸屬向量即得到第二層子因素的隸屬矩陣Qij。

2 熱電廠的模糊綜合評價結果與分析

利用層次分析法計算得出熱電廠的一級主因素（準則層）和二級子因素（決策層）的權重，其中：

主因素（準則層）的權重為：

一級主因素的指標權重大小排序為：A2＞A1＞A3＞A4，這意味著熱電廠的鍋爐設備的危險性＞儲煤、運煤系統的危險性＞除灰排渣系統的危險性＞脫硫脫硝系統的危險性。

子因素（決策層）的權重為：

分別將主因素和子因素的權重相乘即可得到基于層次分析法的熱電廠各子因素危險源的危險性Pij，如圖2 所示。由圖2 可知，二級子因素的指標權重大小排序為：P21＞P25＞A11＞P14＞P24＞P13＞P22＞P32＞P23＞P31＞P42＞P41＞P33＞P12＞P43，這表明熱電廠的二級子因素的危險性大小依次為：管路閥門破損＞油系統火災＞火災爆炸＞車輛傷害＞缺水滿水事故＞皮帶故障＞爐膛爆炸＞高溫燙傷＞鍋爐結焦＞觸電事故＞安全附件失效＞聯鎖保護失效＞物體打擊＞粉塵＞石灰倉庫倒塌。

圖2 熱電廠危險源二級子因素的危險性Pij

由10 名專家對各子因素的打分分別計算出儲煤運煤系統Q1、鍋爐設備系統Q2、除灰除渣系統Q3和脫硫脫硝系統Q4的隸屬矩陣：其中：

由計算得出的二級指標權重和計算得出的二級隸屬矩陣求出一級模糊綜合評判矩陣B1：

根據一級模糊評判矩陣可知，對于儲煤運煤系統，66.93%的專家認為無危險性，17.42%的專家認為具有低危險性，15.65%的專家認為其具有一般危險性；對于鍋爐設備系統，69.39%的專家認為無危險性，17.80%的專家認為具有低危險性，12.81%的專家認為具有一般危險性；對于除灰除渣系統，58.60%的專家認為無危險性，25.33%的專家認為具有低危險性，16.07%的專家認為具有一般危險性；對于脫硫脫硝系統，81.16%的專家認為無危險性，12.72%的專家認為具有低危險性，4.97%的專家認為具有一般危險性。從上述結果可以看出該熱電廠的脫硫脫硝系統的危險性基本無危險性，而儲煤運煤、鍋爐設備系統的危險性總體較小，而除灰除渣系統的危險性相對較高，因此該熱電廠在后續生產中要加強除灰除渣系統的安全隱患排查，確保熱電廠整體的安全運行。

由上述評判矩陣進一步計算得到熱電廠二級模糊評價矩陣B2：

上述結果為該熱電廠對專家評價等級的隸屬程度，這表明68.07%的專家認為該熱電廠無危險性，18.31%的專家認為該熱電廠具有低危險性，13.53%的專家認為該熱電廠具有一般危險性，根據最大隸屬度原則可以認為該熱電廠基本無危險性。

最后計算了該熱電廠的最終評分值：

3 結束語

為確保熱電廠的安全生產，采用模糊綜合評價方法對儲煤運煤、鍋爐設備、除灰除渣以及脫硫脫硝四個子系統中存在的15 種主要危險源進行安全評價。依據層次分析法確定的權重大小可知對于一級主因素中鍋爐設備系統的危險性最大，而二級子因素中管路閥門破損、油系統火災和火災爆炸的危險性相對較大，權重超過0.1，為該熱電廠的安全提供重點管理方向。

由綜合評價結果可知該熱電廠評價得分為92.7 分，總體屬于無危險水平。由一級模糊評判矩陣結果可知該熱電廠的除渣除灰系統的危險性相對最大，儲煤運煤系統和鍋爐設備系統的危險性次之，脫硫脫硝系統危險性最小，根據上述結果該熱電廠后續應加強薄弱環節的安全管理。