油库安全评价方法现状

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关键词：油库安全评价方法应用建议
引言
油库是储存油料的基地,油料具有易燃易爆、易挥发等特点,这些潜在危险因素可能给油库工作人员、用户和周围环境造成一定风险和危害,如何消除和减轻这些风险和危害,如何建立科学的油库安全评判,历来是油库安全研究和管理的重要工作。如何确保油库的安全，必须较为准确的评价影响油库安全因素，以及各自对油库安全影响的权重。对油库安全状况进行科学与客观的评价，有助于油库管理层总结经验教训，及时发现隐患，找出不足，采取措施，预防事故等，不断提高油库安全水平。
现在常用的系统安全分析方法也就是事故预测和分析的方法主要有3种形式：一种是从已知的中间事件（或工艺参数的变动），推测可能导致的后果，并找出原因；第二种是对即定的灾害事故，按系统的构成逐项分解展开，以探明发生灾害事故的原因；第三种是从基本故障类型或各种失误（原因）推测可能导致的灾害事故（结果）。目前常用的评价方法可分为定性评价和定量评价两大类：
定性评价是运用科学的方法分析、识别系统中存在的各种危险有害因素，并可根据这些因素的危险危害程度大小简略的划分为不同等级，以便分别轻重缓急采取安全措施加以控制。常用的定性评价方法有安全检查表法、预先危险性分析、事故树定性分析等[1]。
定量评价是在危险性辨识的基础上，运用一定的数学方法，量化系统危险危害程度。从而可由数量的大小确定系统的安全可靠性。定量的安全评价方法有两类，一类是以可靠性为基础的评价方法，它是用长期积累的故障数据，计算出故障或事故概率，进而计算出风险率，取得以量表示的系统安全性。如故障类型及影响分析法等。另一类方法是指数为法或评点法，这类方法是以单元物质潜在火灾、爆炸危险性为基础，结合工艺过程危险性，计算单元火灾、爆炸、毒性指数，评价系统的危险害程度，进而提出安全对策措施，使系统危险降到可以承受的程度。常用的指数法有美国道化学公司的“火灾、爆炸危险指数评价法（F＆EI）”、基本定量风险评估（QRA）、日本劳动省化工安全定量评价法和蒙得
火灾爆炸毒性指数评价法等。
1油库安全检查表法
安全检查表是一种最基础、最简便，应用最广泛的安全评价方法。
依据《危险化学品经营单位安全评价导则（试行）》要求，结合油库的实际生产运营，一般建议价采用《危险化学品经营单位安全评价导则（试行）》中附录A“危险化学品经营单位安全评价现场检查表”，对油库危险化学品经营条件进行现场检查。在对照检查过程中，对于检查表中不涉及的内容，在“检查记录栏”中用“此条款不适用于本评价项目”加以标注，在“结论”栏中不作“合格、基本合格、不合格”描述。检查结果的判断依据以下原则：
1）类别栏标注“A”的，属否决项。类别栏标注“B”的，属非否决项。
2）根据现场实际确定的检查项目全部合格的，为符合安全要求。
3）A项中有一项不合格，视为不符合安全要求。
4）B项中有5项以上不合格的，视为不符合安全要求；B项不合格的少于5项（含5项），但不超过实有B项总数的20%，为基本符合安全要求。
5）对A、B项中的不合格项，均应采取措施进行整改，整改后必须由评价机构认定，能基本达到安全要求的，也视为基本符合安全要求。
一般根据上述原则对油库安全现状有了一个初步整体的了解，然后需要进一步判断的是油库作业系统的安全度，因为整个油库中最危险、最容易出现事故的就是油库的作业系统，因此有必要专门对油库的作业系统编制安全检查表，并计算其安全度。它一般由6个系统构成：a)储输油系统；b)收发油系统；c)电气动力系统；d)辅助系统；e)消防系统；f)工业卫生系统。
进行安全度计算之前，需要确定打分规则，和制定油库安全等级表，以便最终确定油库的安全现状。油库安全度值的计算公式如下：
项目安全度计算     Xa = 被评项目实得分/被评项目最高得分
评估系统安全值计算 Pa = ΣXa /项目数
油库安全度值计算   A =Σpa/系统数
根据制作的安全评估表中各项的得分，便可计算出该油库的安全度值，然后将分值与预先制定的安全等级表对应，得出油库安全等级[1]。
2油库故障类型及影响分析法
故障类型及影响分析（FMEA），在设计阶段，主要是对个系统的各个主要组成部分进行分析，找出它们所能产生的故障及其类型，查明每种类型对系统安全所带来的影响，判明故障的严重程度，从而采取防止或消除措施。按照故障对系统功能、人员安全财产损失的影响，原则上一般将故障类型等级划分为四级，见表1。
                             表 1 故障类型等级划分
等级影响程度可能造成的危害或损失
Ⅰ 小的，可忽略的对系统任务无影响，对子系统造成的影响可忽略，通过调整故障易于消除，不会造成伤害和职业病
Ⅱ 中的，轻微的对系统的任务有影响但可忽略，导致子系统的功能下降，出现的故障能够立即修复，可造成伤害和职业病
Ⅲ 重大的，关键的系统的功能有所下降，子系统功能严重下降，出现的故障不能立即通过予与修复，可能造成严重伤害和职业病
Ⅳ 灾难性、破坏性的系统的功能严重下降，子系统功能全部丧失，出现的故障需经彻底修理才能消除，可能造成死亡

     FMEA方法的基本步骤：（1）定义要评估的系统（油库），系统各部分（储输油系统、收发油系统、电气动力系统、辅助系统、消防系统、工业卫生系统）功能关系，以及它们的性能要求；（2）建立分析等级；（3）标识故障模式、故障的原因和结果，故障相关的重要性和他们的顺序；（4）标识故障检测，纠正和隔离保护的方法；（5）标识设计对故障条件下的操作保护；（6）汇总、推荐正确的行动和危险程度报告[1]。
3油库安全模糊综合评价[1-8]
模糊综合评价法是将专家打分的模糊性转换成确定性，而且从最大程度上避免专家的主观性和偏好性的一种全面的定性的评价油库安全的方法。模糊综合评价方法的一般步骤：
1）确定影响油库安全的主要因素。
定性评价就是要从整体上把握油库安全现状，因此根据从整体上把握的原则，现在通常认为影响油库安全的主要因素有包括油库本身，更包括油库员工的身体状况、业务水平等等，而对于油库的工艺他们是从整体上进行把握。根据这些特点，从人、物、环境、管理四个方面考虑影响影响油库安全各因素，对于油库管理者来说影响油库的安全主要有以下因素：人员(身体状况和业务素质，安全意识，思想政治素质)；设备设施 (储油系统，装卸油与输油系统，辅助作业系统，消防系统，防护抢救装备)；安全管理 (安全教育，安全组织，安全规章制度，安全预案演练，安全检查)；环境卫生 (工作环境，库区布局，工业卫生)。
2）确定各影响因素的权重。
确定权重通常采用层次分析法、专家打分法和神经网络法等。
层次分析法往往需要验证判断矩阵一致性，如果不一致就要调整判断矩阵，这样导致计算过程复杂、繁琐。因此，在层次分析法的基础上进行了改进，形成了一种改进的层次分析法。该方法不需要调整判断矩阵，只需要确定两两因素相对重要度便可以计算出各因素的权重。
专专家打分法是邀请（或者发函）有丰富理论知识的专家和有经验的现场专家分别给出以上因素的权重值，但是这样往往主观因素所占分量太大，不利于客观评价，而且所给权重值不一定准确，但是专家在对各因素进行两两比较确定相对重要度上往往是非常有经验和准确的。这样将专家打分和改进层次分析法相结合便可以较为客观和准确的计算出各因素的权重。
神经网络法是一种新兴的方法，由于人工神经网络具有人脑神经某些相似的特性,如自学习、自组织、非线性等动态处理、分布式知识存储和联想记忆等功能。由于油库安全性的因素不仅多,而且相互间的关系复杂,数据间的相关性、测度也难以确定等方面正是人工神经网络所具有的特点和优势所在。因此,鉴于神经网络技术在其他相关领域成功应用的经验,文献[8]用人工神经网络法确定了油库安全因素的权重。该方法能克服传统安全评价法的一些缺陷, 可以快速、准确地得到安全评价的结果。这为油库安全生产管理与控制提供快捷而科学的决策信息,从而及时了解油库安全状况,并预测、控制事故,减少事故损失。
3）建立模糊综合评价模型
设因子论域U是评价时具体评价内容的集合：

评价等级论域是评价语的集合：

这样，U和V中任意搭配的元素对构成关于m个评价因素条件下的笛卡儿乘积。将元素对的评价因素值记为，其计算式为表示所考虑的评价因素对评价等级的隶属度，因此个构成数学评价矩阵：

根据确定的评价因素权值向量，则模糊综合评价的隶属度矢量可表示为：

式中，W和F间的合成运行方式有多种，简记为。常用模型有
。这里，为加权平均模型，他考虑了所有因素的影响，且保留了单因素评价的全部信息。因此，选用该模型来进行合成运算，于是：

其表示该种状态对第i评价等级的隶属度，所以当时，可以认为该种状态属于第i等级。
4油库安全事故树法[9-11]
事故树分析（Fault Tree Analysis）是分析油库安全另一种最有效的逻辑方法，目的是分析消防系统中事故产生的原因和评价消防系统潜在的危险。根据事故树可求出事故的最小割集和最小径集,在求最小割集时常采用“上行法”（Semanderes）和“下行法”（Fussell-Vasely），依次找出事故发生的原因及控制点，根据控制要点进而进行多因素之间的安全关联分析。
事故树分析一般分为以下几个阶段：
（1）合理选择顶端事件，对于油库来说，一般选择“燃烧爆炸”作为顶端事件；
（2）建造事故树，这是FTA的核心部分，通过对已有资料的分析，在油库设计和运营人员的帮助下，建造事故树；
（3）建立事故树的数学模型，对事故树进行简化或模块化；
（4）进行可靠性定性和定量分析。
    造成油库事故的原因是多方面的，具有不同的表现形式，他与人员素质的高低、作业环节的繁简、储运设备的安装设计、经营体制与外部环境的适应程度等诸多因素密切相关，因而要求事故树分析人员不仅要对油库的生产工艺流程，各设备的操作使用方法，使用环境及相关人员的状况作到心中有数，而且要求掌握人机工程学、行为科学、数理逻辑、计算机应用等多种学科，才能作出科学可靠适用的事故树分析。文献[10][11]对事故树在油库安全评价中的应用都做了详细阐述。
5油库火灾、爆炸指数评价[10-14]
道（DOW）化学公司火灾、爆炸危险指数评价法是对工艺装置及所含物料的潜在火灾、爆炸和反应性危险逐步推算的方法进行客观的评价，评价过程中定量的依据是以往的事故统计资料、物质的潜在能量和现在安全防灾措施。该方法主要用于储存、处理、生产易燃、可燃、活性物质的操作过程。文献[10]、[14]、[17]和[18]都对其的具体应用作了详细的说明。
其评价计算程序见下图1：

                              图 1 风险分析计算程序
MPDO ---事故引起的业务中断天数；
MPPD---最大可能财产损失。
(1) 物质系数M F 　M F 是表示物质由于燃烧或化学反应引起的火灾、爆炸过程中潜在能量释放的尺度。可燃性气体及液体的M F 值可以根据其可燃性等级Nr和化学活性(不稳定性) 等级Nr值。查表求出;可燃性粉尘的M F 值可以按粉尘的可燃性等级S1 和化学活泼性等级Nr 查表求出;混合物的物质系数,一般用试验方法求取,或选用混合物中物质系数最高的物质值。
(2) 确定一般工艺过程危险系数F1 　F1 是确定事故损失程度的主要因素。F1 的值等于其基本系数(一般为1. 00) 与放热反应、吸热反应、物料的储运和输送、封闭结构单元或室内单元、通道、排放和泄漏等6 项内容的危险系数之和,但此处列出的6 项不一定全部采用。
(3) 确定特殊工艺过程危险系数F2 　F2 是影响事故发生概率的主要因素。F2 的值等于其基本系数(一般为1. 00) 与毒性物质、负压、在燃烧范围内或附近操作、粉尘爆炸、压力等12 项内容的危险系数之和,但此处列出的12 项不一定全部采用。
(4) 计算单元危险系数F3 　F3 是反映所评价单元潜在危险性的指标, 它等于一般工艺过程危险系数F1 和特殊工艺过程危险系数F2 的乘积:
F3 = F1 ×F2
(5) 计算火灾爆炸指数F & EI 　F & EI 是反映火灾爆炸事故可能造成的破坏情况的指标, 用符号F & EI 表示。
F & EI = F3 ×M F
(6) 确定单元危害系数DF 　DF 表示单元中危险物质能量释放造成火灾或爆炸事故的综合效应。单元危害系数DF 是F3 和M F 的非线性函数,可查图得到。
(7) 确定暴露半径R 　在所评价的单元内发生火灾爆炸时往往产生立体的同心圆柱型破坏,因此,在考虑影响区域时,一般计算影响区域半径(即裸露半径) R :
R = 0. 256 ×F & EI
(8) 确定安全措施修正系数C 　安全措施修正系数C 是工艺控制系数C1 、危险物质隔离系数C2 、防火设施系数C3 三者的乘积,其值范围在0～1 之间,它反映了安全措施的完善与否对事故可能造成的损失。
(9) 计算最大可能财产损失　计算基本最大可能财产损失(基本MPPD) 和实际最大可能财产损失(实际MPPD) ,基本最大可能财产损失表示没有任何一种安全措施而造成的损失,实际可能财产损失表示在采取适当的安全措施后事故造成的财产损失。各单元基本最大可能财产损失为暴露区域财产价值数与该单元危害系数DF 的乘积:
基本MPPD = 暴露区域内财产价值×DF
基本最大可能财产损失与安全措施补偿系数C的乘积是实际最大可能财产损失:
实际MPPD = 基本MPPD×C
(10) 确定最大可能工作日损失MPDO 　MPDO 表示事故引起的业务中断天数,其值可以从指南[14]中查出或根据公式求出。
6日本劳动省化工厂安全评价六阶段法
日本六阶段评价法是以道化学公司方法为基础，但对物质系数和修正系数的计算以及分级作了较大改动和简化。六阶段就是指六个评价环节：（1）资料准备；（2）定性评价；（3）定量评价；（4）根据求得的危险度等级按安全措施表选择相应的措施；（5）由事故的情报资料进行再评价；（6）用事故树FAT进行再评价。在这六个环节中，定量评价是关键，它把油库设备分成若干组每个组再分为几个单元，对每个单元按物质、容量、温度、压力和操作五个项目分别打分，分值在0-10点之间，并分成A（10点）、B（5点）、C（2点）、D（0点）四个等级。将上述五个项目评定的点数之和相加，求出单元的分数和全部的总分数，并划为三个危险等级，见表2[1][9]。
                          表 2 单元危险度等级
等级危险度点数危险程度
Ⅰ 16点以上高度危险
Ⅱ 11-15点结合周围情况和相关设备进行评价
Ⅲ 10点以下低度危险

7英国蒙得（MOND）
1974年英帝国化学公司（ICI）蒙得（MOND）部在现有装置及计划建设装置的危险性研究中，认为道化学公司方法在工程设计阶段，对装置潜在的危险性评价是相当有意义的。在经过几次实验后，证实了用该方法评价新设计项目的潜在危险性时，有必要在几个方面做重要的改进和补充。其中最重要的两个方面是：一是引进了毒性概念，将道化学公司的“火灾爆炸指数”扩展到包括物质毒性在内的“火灾、爆炸、毒性指标”的初期评价，使表示装置潜在危险性的初期评价更加切合实际；二是发展了某些补偿系数（补偿系数小于1），进行装置现实危险性水平再评价，即进行采取安全对策措施加以补偿后的最终评价。从而使评价较为恰当，也使预测定量化更加具有实用意义[15]。
8几种方法的特点
上面介绍的几种常见的油库安全评价方法，有的是从定性角度进行评价，有的是从定量角度进行评价，无论那种方法都有其各自的特点：
（1）安全检查表法
安全检查表法是最传统，最简单的一种油库安全评价方法。这种方法简单，可操作性强，可以从宏观上对油库的安全状况作出评价，是现在油库安全评价最为常用的方法之一。但是该方法由于是邀请专家现场调研打分，因此，主观性太强，有时不能真正反映油库的安全状况，而且该方法只能对油库安全状况进行初步评价，同时，安全检查表的制作必须全面，详尽才能使评价客观、合乎实际。安全检查表法往往是对油库进行安全评价的第一步。
（2）故障类型及影响分析法
这种方法早期用于机械或电子系统，但是现在也被广泛用于油库的安全评价等其他领域。它是对系统中每个故障模式逻辑的向前跟踪直到最终结果。通过故障类型及分析可以到达以下目的：搞清油库系统和设备的所有故障形式及其对系统、功能和人员的影响；对有可能发生的故障类型，提出实际可行的检测方法和手段，为系统和设备的维修提供完善的资料等。由于FMEA通常受到时间、可用资源以及可用必要数据的限制，因此，最好用于早期的危险度分析。它经常与故障树分析相结合一起使用。
（3）模糊综合评价法
模糊综合评价法，运用了模糊理论，将那些影响油库安全的模糊不确定因素通过隶属度函数进行确定性处理，使看似模糊不定的因素，变的容易掌握和评价。同时，由于客观的“改进的层次分析法”能够与主观的“专家打分法”有机的结合，使得在确定因素权重时，更为准确客观。这也为模糊综合评价法的应用奠定了良好的基础。但是模糊综合评价的核心是建立隶属函数,而模糊隶属度的确定带有很强的主观性和随意性,操作难度较大，有时根据人的经验不同，建立的隶属度函数就不同，这有可能影响评价的准确性和客观性，因此，在实际评价中应尽可能的多的征求专家的意见，建立合理的隶属度函数，从而提高模糊综合评价的准确性。
（4）事故树法
事故树法是一种分析油库可靠性和安全性的有效手段，他是一种以客观真实为基础的评价方法，应用这种方法可以剖析油库系统的设计，判断油库系统的变化，从而了解油库的安全状况确保油库的安全。但是，这种方法关键在于正确建立油库安全事故树，而油库安全涉及因素多，因而要求事故树分析人员不仅要对油库的生产工艺流程，各设备的操作使用方法，使用环境及相关人员的状况作到心中有数，而且要求掌握多种学科，才能作出科学可靠适用的事故树分析。因此这种方法花费时间长，分析复杂，一旦建立的事故树不正确，不仅不能进行安全评价，反而会带来危险。
（5）火灾、爆炸危险指数评价法
DOW火灾爆炸指数评价方法是对化工装置的火灾风险进行定量评价分析行之有效的方法，尤其是对装置的系统、单元的固有危险性和采用安全措施降低火灾危险性的安全补偿作用进行的认识和评价，为工厂进行现代安全管理和保险业提供了科学依据。DOW 指数法是对生产过程、工艺装置、物质自身的危险性进行评价,而事实上还必须考虑影响事故发生的其它因素,特别是外部因素,对这些因素的分析是DOW 指数方法的空白。因此,该方法不能反映更多的问题,而只能应用于筛选重要的危险源。用DOW 指数法进行初步评价后,进一步的安全评价应该是对重大危险源用故障树分析( FTA) ,找出导致事故发生的基本原因和事故发生的概率,同时用数理模型算出事故后果。对油库罐区,事故后果包括罐破裂的碎片、剩余冲击波破坏、罐破裂后因介质过热瞬间的膨胀冲击波破坏、泄漏物引起火灾及泄漏蒸气对环境和周围居民的影响等问题[13]。
（6）六阶段评价法
六阶段法是在道化学法的基础上发展而来的，它丰富和发展了道化学法。它的评价内容较道化学法更为具体，操作性更强。但是，评价过程较道化学法复杂[1]。
（7）英国蒙得（MOND）法
此方法对道化学公司的评价方法作了较大的扩充，使评价内容更加具体，应用范围更加广泛。
9结论
由于目前我国油库安全评价的许多领域处于研究阶段，还存在许多问题，还没有形成一套完整的安全评价系统和体系，也尚未指定这方面的标准，因此，现阶段的主要任务就是在借鉴国外经验的基础上，尽快形成具有我国特色的油库安全综合评价体系和标准，（笔者参考了有关文献，经过改进建议可以建立图2所示的油库火灾爆炸危险度综合评价体系）同时加强火灾系统评估理论的研究，加紧油库火灾爆炸危险综合评估的计算机软件模块的研制是现阶段油库安全评价工作的重点。由于安全系统工程本身就是一门新学科，其安全度及火灾爆炸危险程度的研究也将随着系统工程的发展不断完善。相信在广大石油工作者的共同努力下，油库安全评价理论、评价体系将不断提高和完善[9]。


图 2 油库火灾爆炸安全综合评价体系
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