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      密切值法在化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

      2019-06-13 08:12:40裴甲坤王飛躍副教授郭換換楊宸宇裴重偉
      安全 2019年5期
      關(guān)鍵詞:化工企業(yè)化工園區(qū)

      裴甲坤 王飛躍副教授 郭換換 楊宸宇 裴重偉

      (中南大學(xué) 防災(zāi)科學(xué)與安全技術(shù)研究所,湖南 長(zhǎng)沙 410075)

      0 引言

      為降低分散、單一化工企業(yè)給城市安全帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn),促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排、提高資源共享、帶來規(guī)模效應(yīng),園區(qū)化已經(jīng)成為當(dāng)今化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。近年來,隨著相關(guān)政策引導(dǎo),我國(guó)化工園區(qū)得到快速建設(shè)和發(fā)展?;@區(qū)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí),也帶來了新的安全問題。如何對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行科學(xué)有效的安全評(píng)價(jià),為化工園區(qū)的安全規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)管控以及事故預(yù)防提供科學(xué)的理論依據(jù),確保化工園區(qū)生產(chǎn)安全和周邊環(huán)境安全成為當(dāng)前形勢(shì)下亟需解決的關(guān)鍵問題[1]。

      目前,對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)主要采用的是區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法,區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有兩個(gè)方向:基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法和基于風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償?shù)脑u(píng)價(jià)方法[2]。前者通過綜合評(píng)估潛在事故所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重度和可能性,以量化的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)作為評(píng)價(jià)依據(jù)[3],后者則在對(duì)單個(gè)危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,綜合考慮醫(yī)療機(jī)構(gòu)和消防部門對(duì)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的補(bǔ)償效應(yīng),應(yīng)用疊加原理得到描述該區(qū)域整體風(fēng)險(xiǎn)狀況的定量評(píng)價(jià)結(jié)果[4]。

      安全評(píng)價(jià)的目的是為了辨識(shí)危險(xiǎn)有害因素,分析這些危險(xiǎn)有害因素可能導(dǎo)致的事故及事故后果嚴(yán)重程度,并提出合理可行的安全對(duì)策措施[5]。對(duì)于化工園區(qū)而言,安全評(píng)價(jià)的結(jié)果要能夠?yàn)閳@區(qū)的危險(xiǎn)源監(jiān)控、隱患整改和事故預(yù)防提供理論依據(jù)。企業(yè)作為園區(qū)最基本的組成單元,危險(xiǎn)源監(jiān)控、隱患排查治理等事故預(yù)防工作最終都要由企業(yè)來落實(shí),因此,化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)該能夠直接指導(dǎo)企業(yè)開展以上工作。但是,區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法是以化工園區(qū)的整體安全水平作為研究對(duì)象,最終的評(píng)價(jià)結(jié)果反映的是園區(qū)的整體安全狀況,并不能直觀體現(xiàn)出園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的安全水平,無法直接指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)開展危險(xiǎn)源監(jiān)控與隱患排查治理等工作?;诖耍疚氖状螌⒚芮兄捣ㄒ氲交@區(qū)的安全評(píng)價(jià)中,密切值法作為系統(tǒng)工程中多目標(biāo)決策的常用優(yōu)選方法,適用于樣本的優(yōu)劣排序以及樣本的等級(jí)劃分[6]。目前,密切值法被廣泛應(yīng)用于地下水水質(zhì)評(píng)估、企業(yè)創(chuàng)新能力評(píng)估、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等,引入該方法將為化工園區(qū)的安全評(píng)價(jià)提供一種新的思路。

      1 基于密切值法化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型

      采用密切值法對(duì)化工園區(qū)安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本原理是以園區(qū)內(nèi)的化工企業(yè)作為評(píng)價(jià)單元,構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,采用定量計(jì)算與定性分析相結(jié)合的方法,通過計(jì)算或參照相關(guān)法規(guī)要求對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分得到各指標(biāo)取值,然后提取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值(或最劣值)組成1個(gè)虛擬最優(yōu)集(最劣集),并計(jì)算出各評(píng)價(jià)單元各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值與虛擬最優(yōu)(或最劣)集的距離,即密切值,通過密切值的大小排序確定各評(píng)價(jià)單元的安全水平[7],最后,取各評(píng)價(jià)單元密切值的均值作為園區(qū)整體安全狀況的參考值,進(jìn)而得到園區(qū)整體的安全水平。

      1.1 建立初始樣本矩陣

      以化工園區(qū)內(nèi)的企業(yè)作為評(píng)價(jià)單元,將化工園區(qū)劃分為m個(gè)評(píng)價(jià)單元,以對(duì)安全產(chǎn)生影響的p個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出n級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),通過評(píng)價(jià)體系建立初始樣本矩陣A,該矩陣由m+n個(gè)待排序樣本,p個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成,共含有(m+n)p個(gè)元素,即A=(aij)(m+n)p。

      1.2 建立無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣

      當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值越大評(píng)價(jià)單元的安全等級(jí)越高時(shí),定義該指標(biāo)為正向指標(biāo);當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值越小評(píng)價(jià)單元的安全等級(jí)越高時(shí),定義該指標(biāo)為逆向指標(biāo)。根據(jù)公式(1)、(2),對(duì)初始樣本矩陣A各列進(jìn)行歸一化處理,得到無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣C=(cij)(m+n)p。

      1.3 求出虛擬最優(yōu)集QG、最劣集QB

      取標(biāo)準(zhǔn)矩陣中各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的最大值集合作為虛擬最優(yōu)集的取值,最小值集合作為虛擬最劣集,即:

      1.4 計(jì)算各評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)集、虛擬最劣集的距離

      各評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)(劣)集的距離采用歐氏距離計(jì)算:

      第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)集的距離為:

      第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與虛擬最劣集的距離為:

      其中,wi為各評(píng)估指標(biāo)權(quán)重,可由專家給出。

      1.5 計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的密切值

      密切值是一個(gè)無量綱量,它是以各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最優(yōu)集的最小距離,最劣集的最大距離作為參照標(biāo)準(zhǔn),綜合評(píng)價(jià)各單元各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與最優(yōu)集和最劣集的親疏程度,進(jìn)而反映不同評(píng)價(jià)單元的安全狀況,密切值計(jì)算公式為:

      當(dāng)Ei值越小時(shí),表示該評(píng)價(jià)單元與最優(yōu)集密切,與最劣集疏遠(yuǎn),安全等級(jí)越高。

      1.6 化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)安全評(píng)價(jià)

      根據(jù)各評(píng)價(jià)單元的密切值可對(duì)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行排序,各等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)也按一定順序出現(xiàn)在序列中,因此可根據(jù)n個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所處位置對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)單元的安全狀況進(jìn)行分級(jí),如果評(píng)價(jià)單元出現(xiàn)在Ⅰ級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)之前,則其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí),如果評(píng)價(jià)單元位于Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)之間,則其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí),以此類推,從而完成各評(píng)價(jià)單元的安全評(píng)價(jià)。

      1.7 化工園區(qū)整體安全評(píng)價(jià)

      取各評(píng)價(jià)單元密切值的平均值作為園區(qū)整體安全水平的密切值,進(jìn)而根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定園區(qū)整體安全水平。

      2 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

      安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、完備性對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性起到至關(guān)重要的作用?;て髽I(yè)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用、運(yùn)輸中涉及的原料和成品,絕大部分都是易燃易爆、有毒有害、腐蝕性的危險(xiǎn)化學(xué)品,這些危險(xiǎn)化學(xué)品的存在使得化工企業(yè)本身就具有較大的風(fēng)險(xiǎn),因此在進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)需要充分考慮到企業(yè)內(nèi)部的固有風(fēng)險(xiǎn);企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀決定著企業(yè)在生產(chǎn)過程中火災(zāi)、爆炸、有毒氣體泄露擴(kuò)散事故發(fā)生的概率的大小,對(duì)企業(yè)安全起到了決定性的作用,是安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ);除此之外,強(qiáng)有力的事故應(yīng)急處置能力對(duì)于確保企業(yè)生產(chǎn)安全,降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)水平具有重要的意義,事故應(yīng)急處置能力也是衡量企業(yè)安全水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此,在對(duì)企業(yè)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)綜合考慮上述因素。

      在研究企業(yè)的固有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)主要考慮對(duì)事故后果產(chǎn)生直接影響的因素,因此本文將危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)量(Z1)、毒性(Z2)、易燃性(Z3)、反應(yīng)活性(Z4)以及企業(yè)周邊人口數(shù)量(Z5)5個(gè)因素作為固有風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于企業(yè)是由人員、設(shè)備、管理、環(huán)境等子系統(tǒng)組成的復(fù)雜的多層次生產(chǎn)系統(tǒng),各個(gè)子系統(tǒng)之間相互作用、相互聯(lián)系,每個(gè)子系統(tǒng)的安全狀況都對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全產(chǎn)生影響,因此,在對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)綜合考慮員工的安全素質(zhì)(Z6)、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀況(Z7)、企業(yè)日常安全管理(Z8)以及作業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀(Z9)等因素對(duì)于生產(chǎn)安全的影響。事故應(yīng)急處置能力的大小受到很多因素的影響,本文主要從應(yīng)急設(shè)備設(shè)施配備(Z10)、應(yīng)急處置機(jī)構(gòu)及人員配置(Z11)、應(yīng)急預(yù)案完備程度及演練(Z12)3個(gè)方面展開分析。根據(jù)上述分析,構(gòu)建安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,如圖1。

      圖1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Safety evaluation index system

      上述評(píng)價(jià)指標(biāo)中,Z1-Z5為定量指標(biāo),可通過計(jì)算及相關(guān)參考文獻(xiàn)得到各指標(biāo)取值,Z6-Z12為定性指標(biāo),較難用精確的數(shù)字描述,因此,在評(píng)價(jià)過程中采用專家打分法,請(qǐng)專家通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研對(duì)照相關(guān)法規(guī)要求對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分,各指標(biāo)取值標(biāo)準(zhǔn),見表1。

      表1 各評(píng)價(jià)指標(biāo)取值標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Value of each evaluation index

      3 實(shí)例應(yīng)用

      本文選取某化工園區(qū)作為研究對(duì)象,該園區(qū)內(nèi)共有8家化工企業(yè),將每家化工企業(yè)作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共包含12個(gè)評(píng)估指標(biāo),將各指標(biāo)的安全水平劃分為5個(gè)等級(jí),各指標(biāo)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),見表2。

      表2 安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Safety classification standard

      進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,通過計(jì)算以及專家評(píng)分得到各指標(biāo)取值進(jìn)而得到初始樣本矩陣A。

      在本次評(píng)價(jià)過程中,評(píng)價(jià)指標(biāo)Z1-Z5數(shù)值越高表明安全等級(jí)越低,安全狀況越差,因此上述5個(gè)指標(biāo)均為逆向指標(biāo),評(píng)價(jià)指標(biāo)Z6-Z12數(shù)值越高表明安全等級(jí)越高,安全狀況越好,因此上述7個(gè)指標(biāo)均為正向指標(biāo),根據(jù)公式(1)、(2)將初始樣本矩陣進(jìn)行歸一化處理,得到無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣C。

      由公式(3)、(4)可得本次評(píng)價(jià)的虛擬最優(yōu)集QG和虛擬最劣集QB為:

      由公式(5)、(6)計(jì)算各評(píng)價(jià)單元與QG、QB的歐氏距離di-G和di-B,進(jìn)一步可求得各評(píng)價(jià)單元的密切值Ei以及園區(qū)整體安全水平的密切值E,具體計(jì)算結(jié)果,見表3。

      表3 安全水平計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation result of safety level

      Ⅰ級(jí)-Ⅴ級(jí)的數(shù)值是將各評(píng)估指標(biāo)安全等級(jí)參考取值(表2)代入公式中求得的結(jié)果,計(jì)算出不同安全等級(jí)的密切值,然后將不同企業(yè)的密切值計(jì)算結(jié)果與安全等級(jí)密切值計(jì)算結(jié)果相比較得到企業(yè)的安全等級(jí)。

      (1)從各評(píng)價(jià)單元來看,該園區(qū)內(nèi)的8家企業(yè)中,企業(yè)6、7的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí),安全狀況為“安全”;企業(yè)1-5的安全等級(jí)為Ⅲ級(jí),安全狀況為“比較安全”;企業(yè)8的安全等級(jí)為Ⅳ級(jí),安全狀況為“一般安全”。圖2可以直觀反映各企業(yè)安全等級(jí)。

      圖2 各企業(yè)安全等級(jí)示意圖Fig.2 Schematic map of safety level of enterprises

      (2)8家化工企業(yè)的安全水平高低次序?yàn)椋浩髽I(yè)7>企業(yè)6>企業(yè)1>企業(yè)3>企業(yè)4>企業(yè)2>企業(yè)5>企業(yè)8。

      (3)從整體來看,該化工園區(qū)的整體安全等級(jí)為Ⅲ級(jí),安全狀況為“比較安全”。

      由評(píng)價(jià)結(jié)果可看出,企業(yè)7的安全水平最高,根據(jù)原始數(shù)據(jù)表及評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,雖然該企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀及應(yīng)急處置能力評(píng)分均達(dá)到“非常安全”標(biāo)準(zhǔn),但是由于考慮到了企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn),其安全狀況并未達(dá)到最佳狀態(tài)。企業(yè)8的安全水平最低,原因是該企業(yè)內(nèi)部危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)量較大,企業(yè)周邊人口較多,固有風(fēng)險(xiǎn)較高。此外由于其規(guī)模較大,導(dǎo)致企業(yè)在日常安全生產(chǎn)過程中存在一定的安全隱患,企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀及事故應(yīng)急處置能力均有待提高,需采取相應(yīng)措施確保企業(yè)以及園區(qū)的整體安全。

      4 結(jié)論

      (1)綜合考慮企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn)、企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀以及事故應(yīng)急處置能力對(duì)于企業(yè)及園區(qū)安全的影響,從企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn)、企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀、事故應(yīng)急處置能力3個(gè)方面構(gòu)建了安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

      (2)建立了基于密切值法的化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)模型,嘗試?yán)妹芮兄捣▽?duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià),實(shí)例表明該方法不僅可以整體上對(duì)園區(qū)的安全水平做出評(píng)價(jià),還可以反映園區(qū)內(nèi)不同化工企業(yè)之間安全等級(jí)的差異以及處于同一安全等級(jí)的不同化工企業(yè)安全水平的高低,利用該方法可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)安全評(píng)價(jià)及安全等級(jí)劃分。

      (3)利用該方法對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià),可以找出園區(qū)內(nèi)在安全方面存在薄弱環(huán)節(jié)的企業(yè),對(duì)于引導(dǎo)園區(qū)及企業(yè)開展危險(xiǎn)源監(jiān)控及事故隱患排查治理以及相關(guān)部門開展監(jiān)督檢查具有一定的指導(dǎo)作用。

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