摘 要：脫硫工藝由于系統(tǒng)組成復(fù)雜，近年來中毒窒息事故頻發(fā)，有效辨識(shí)脫硫任務(wù)中存在的有害因素，并對(duì)其危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)預(yù)防此類事故的發(fā)生具有重要意義。文中基于事故樹分析法(FTA)與風(fēng)險(xiǎn)矩陣法(Risk Matrix)，結(jié)合熵權(quán)法和TOPSIS法，建立了事故樹-風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合評(píng)價(jià)模型，以結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度S為新的評(píng)判指標(biāo)，對(duì)熱電廠脫硫工藝進(jìn)行了中毒窒息事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與事故樹分析法和風(fēng)險(xiǎn)矩陣法評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。分析結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)重要度和風(fēng)險(xiǎn)概率2個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.6和0.4;13個(gè)基本事件中“通風(fēng)機(jī)故障或通風(fēng)能力不足”，“氣體檢測(cè)裝置失效”等基本事件的貼近度最高，后期需要加強(qiáng)控制和預(yù)防。研究表明，事故樹-風(fēng)險(xiǎn)矩陣法的評(píng)價(jià)結(jié)果較單一的事故樹法或風(fēng)險(xiǎn)矩陣法具有更高的區(qū)分度和準(zhǔn)確度。

　　關(guān)鍵詞：脫硫工藝;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;事故樹分析;風(fēng)險(xiǎn)矩陣;TOPSIS法

　　《重型汽車》(雙月刊)創(chuàng)刊于1987年，是由中國重汽技術(shù)中心主辦的國家級(jí)期刊,面向國內(nèi)外公開發(fā)行,是國內(nèi)重型汽車行業(yè)唯一一份公開發(fā)行的權(quán)威刊物,集技術(shù)性與綜合性、理論性與實(shí)用性為一體,在汽車類期刊中占具重要地位。

　　0 引 言

　　目前我國火力發(fā)電的發(fā)電量占全國發(fā)電比重的70%以上，依舊是我國當(dāng)前發(fā)電的主力軍[1]。而火力發(fā)電廠本身具有發(fā)電作業(yè)生產(chǎn)線長、工作環(huán)境溫度高、工藝過程伴隨有毒有害物質(zhì)、設(shè)備設(shè)施出現(xiàn)損壞后危險(xiǎn)性大等化工行業(yè)典型的行業(yè)特點(diǎn)，不僅嚴(yán)重威脅著作業(yè)人員的身體健康，且可能直接造成嚴(yán)重事故。近年來化工企業(yè)的生產(chǎn)事故以中毒窒息和爆炸為主[2]，說明了化工行業(yè)需要加大對(duì)中毒窒息、爆炸等事故的管控，有針對(duì)性的對(duì)工藝流程采取更為合理的安全管理措施，以提高生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。目前火力發(fā)電企業(yè)比較常用的安全評(píng)價(jià)分析方法有預(yù)先危險(xiǎn)性分析(Preliminary Hazard Analysis)、故障類型與影響分析(Failure Mode and Effect Analysis)、安全檢查表分析(Safety Checklist Analysis)，事故樹分析(Fault Tree Analysis)、及LEC法等[3-4]。事故樹分析最早起源于美國貝爾電話研究所，在能源、交通運(yùn)輸、建筑施工等各行業(yè)的安全評(píng)價(jià)、安全管理、事故預(yù)防方面得到了廣泛應(yīng)用。但由于事故樹分析法存在基本事件概率難以確定的問題，往往不適用于直接作為定量分析的結(jié)果[5]。程剛等提出FTA-LEM評(píng)價(jià)方法，利用臨界重要度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的危險(xiǎn)分值計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化[6];黃勝松、王君莉等將FTA法與AHP法結(jié)合，定量計(jì)算了基本事件和中間事件的綜合權(quán)重[7-8]，進(jìn)而有針對(duì)性地提出控制措施。

　　風(fēng)險(xiǎn)矩陣法最早由美國空軍電子系統(tǒng)中心提出，具有簡(jiǎn)潔、直觀的特點(diǎn)，能迅速提取出系統(tǒng)中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，但該方法的原始矩陣排列存在風(fēng)險(xiǎn)結(jié)，即分級(jí)層次不夠多，以及忽略指標(biāo)異質(zhì)性直接簡(jiǎn)單相乘計(jì)算的問題[9]。李樹清等采用Borda序值法使風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)量增加，減少了風(fēng)險(xiǎn)結(jié)數(shù)量[10];羅恒等引入LOPA法，在風(fēng)險(xiǎn)矩陣模型的基礎(chǔ)上增加了保護(hù)層分析[11]，完善了評(píng)價(jià)體系。

　　文中以熱電廠脫硫工藝為背景，結(jié)合事故樹分析法(FTA)與風(fēng)險(xiǎn)矩陣法(Risk Matrix)，建立事故樹-風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)價(jià)模型，以此對(duì)脫硫工藝中可能發(fā)生的中毒窒息事故進(jìn)行分析。首先選用事故樹分析法確定工藝中可能導(dǎo)致中毒窒息事故的基本事件及各事件的結(jié)構(gòu)重要度I，進(jìn)而采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)基本事件進(jìn)行評(píng)估，得到基本事件的風(fēng)險(xiǎn)概率P.以結(jié)構(gòu)重要度I和風(fēng)險(xiǎn)概率P 2個(gè)指標(biāo)為基礎(chǔ)，采用TOPSIS法[12]建立新的評(píng)價(jià)指標(biāo)即結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度S，根據(jù)貼近度大小判斷基本事件對(duì)事故的關(guān)鍵程度。

　　該方法既對(duì)事故樹基本事件的概率進(jìn)行了較為準(zhǔn)確的分級(jí)和賦值，又解決了風(fēng)險(xiǎn)矩陣法中指標(biāo)算法不合理以及分級(jí)方式存在風(fēng)險(xiǎn)結(jié)的問題，評(píng)價(jià)結(jié)果更為準(zhǔn)確、合理。

　　1工藝概況及模型構(gòu)建

　　1.1 工藝概況

　　脫硫工藝目前主要有干法脫硫技術(shù)、濕法脫硫技術(shù)、半干脫硫技術(shù)3種類型[13]。其中，濕法脫硫技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最多、最為成熟的脫硫工藝，其脫硫效率可達(dá)到99%[14]。文中以濕法脫硫技術(shù)的脫硫工藝為背景。其具體脫硫過程為：首先利用循環(huán)泵將石灰石漿液運(yùn)輸至吸收塔頂，然后在塔頂自上而下噴淋，與進(jìn)入塔內(nèi)的煙氣逆流接觸。煙氣中的SO2，SO3等有毒有害氣體被漿液吸收生成石膏，最后生成的石膏經(jīng)過脫水處理后被運(yùn)往灰場(chǎng)貯存[15-16]，反應(yīng)廢液經(jīng)過處理后可與新漿液混合形成半富液繼續(xù)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，脫硫后的煙氣經(jīng)過吸收塔和除霧器后，轉(zhuǎn)化成清潔煙氣經(jīng)煙囪排出。熱電廠濕法脫硫工藝的工藝流程圖如圖1所示。

　　1.2 事故樹構(gòu)建及結(jié)構(gòu)重要度分析

　　1.2.1 事故樹構(gòu)建

　　通過系統(tǒng)分析熱電廠脫硫工藝任務(wù)得到封閉環(huán)境、個(gè)人防護(hù)失效、毒害氣體液體泄露3個(gè)中間事件及擅自進(jìn)入受限空間、作業(yè)方式不合理、通風(fēng)機(jī)故障或通風(fēng)能力不足等13個(gè)基本事件。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建出圖2所示事故樹。

　　1.2.2 結(jié)構(gòu)重要度計(jì)算

　　事故樹的結(jié)構(gòu)重要度是指在不考慮基本事件概率的情況下，從事故樹的結(jié)構(gòu)上分析基本事件對(duì)頂上事件的重要程度[17]。結(jié)構(gòu)重要度大小的確定一般既可以通過最小割集或最小徑集分析后排序，也可以通過公式計(jì)算的方式得到。為保證精度[18]，文中中的結(jié)構(gòu)重要度均通過計(jì)算得到，具體計(jì)算公式如下

　　(1)

　　式中 I(i)為結(jié)構(gòu)重要度;kj為含有基本事件i的最小徑集;nj為kj中的基本事件數(shù)。

　　1.3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法分析

　　風(fēng)險(xiǎn)矩陣法是通過對(duì)危險(xiǎn)有害因素的風(fēng)險(xiǎn)概率P和風(fēng)險(xiǎn)影響程度C進(jìn)行定量評(píng)估，據(jù)此得到危險(xiǎn)有害因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)R，計(jì)算公式如下

　　R=P·C

　　(2)

　　式中 P為發(fā)生事故或危險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)，可能性分值見表1;C為發(fā)生事故或危險(xiǎn)事件所造成的影響等級(jí)，分?jǐn)?shù)取值見表2[19-21];R為作業(yè)條件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算分值，等級(jí)劃分依據(jù)見表3.

　　1.4 事故樹-風(fēng)險(xiǎn)矩陣法分析

　　文中在采用TOPSIS法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)對(duì)結(jié)構(gòu)重要度I和風(fēng)險(xiǎn)概率P進(jìn)行賦權(quán)重處理的基礎(chǔ)上建立了新的指標(biāo)即結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度S，用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度S表征基本事件在事故樹中的關(guān)鍵程度。

　　TOPSIS是一種多目標(biāo)決策、排序的方法。該方法的核心在于將項(xiàng)目的各個(gè)參數(shù)與各個(gè)指標(biāo)的參考值之間的相對(duì)距離統(tǒng)一量化，以貼近度S表示項(xiàng)目的理想程度，貼近度越大表示越接近理想程度[22]。TOPSIS法結(jié)合熵權(quán)法[23]能夠避免風(fēng)險(xiǎn)矩陣法帶來的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)和未考慮指標(biāo)權(quán)重問題，選用TOPSIS法計(jì)算基本事件的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度主要包括3個(gè)步驟即

　　1)根據(jù)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度和風(fēng)險(xiǎn)概率建立矩陣并進(jìn)行正向化、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化處理。

　　2)選用熵權(quán)法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，得到加權(quán)規(guī)范化指標(biāo)矩陣。

　　3)計(jì)算基本事件的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)貼近度，根據(jù)貼近度大小進(jìn)行排序，判斷各基本事件對(duì)頂上事件的關(guān)鍵程度。

　　所以，文中首先根據(jù)項(xiàng)目數(shù)m和指標(biāo)數(shù)n建立一個(gè)初始矩陣A=(bij)m×n，由于結(jié)構(gòu)重要度I和風(fēng)險(xiǎn)概率P指標(biāo)本身已經(jīng)正向化，進(jìn)而采用Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化[24]方法對(duì)初始矩陣A=(bij)m×n進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，再進(jìn)行歸一化之后得到指標(biāo)矩陣B=(xij)m×n，式(3)為文中依據(jù)的Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式;式(4)為歸一化計(jì)算公式

　　xij=yij/mi=1yij，j=1，2，…，n

　　(4)

　　式中 y為標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值;b為某一屬性原始值;Amin為某一屬性最小值;Amax為某一屬性最大值;xij為歸一化后數(shù)值。

　　其次，以得到的指標(biāo)矩陣B為基礎(chǔ)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重Wj，從而得到加權(quán)規(guī)范化指標(biāo)矩陣C.加權(quán)規(guī)范化指標(biāo)矩陣C的表達(dá)式如下所示

　　為保證指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)性和合理性，文中選用熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。其具體計(jì)算公式如下

　　式中 Wj為計(jì)算指標(biāo)的熵權(quán);Hj為計(jì)算指標(biāo)的熵值;k為玻爾茲曼常數(shù);xij為第j個(gè)指標(biāo)下的第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、歸一化后的數(shù)值。