基于组合赋权与云模型的化工...程火灾爆炸风险评价方法研究_杨茗铠.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 241 基于组合赋权与云模型的化工过程火灾 爆炸风险评价方法研究基于组合赋权与云模型的化工过程火灾 爆炸风险评价方法研究4 4 杨茗铠1，李海霞2，刘子睿1，赵泽斌1（1重庆科技学院安全工程学院；2重庆科技学院数理与大数据学院，重庆 401331）摘 要：摘 要：针对化工火灾爆炸风险评价中风险评价指标指标存在不确定性和模糊性的问题，建立基于组合赋权与云模型的化工过程火灾爆炸风险评估模型；利用“2-4”模型分析典型化工火灾爆炸事故原因，构建化工过程火灾爆炸风险评价指标体系；运用序关系法和熵权法分别对指标进行赋权，以组合赋权的方式确定各指标权重；用标准云模型为判别依据确定化工过程火灾爆炸风险综合评价云的风险等级。以某化工企业为例进行方法检验，所得结果与该化工企业实际安全情况相符。关键词：关键词：化工；“2-4 模型”；组合赋权；云模型；风险评价 基金项目：基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目资助（项目编号：YKJCX2020734）化工是我国经济发展的重要支柱型产业，但由于化工企业会涉及大量的易燃易爆有毒有害化学品，火灾爆炸事故一旦发生都具有火势发展迅猛，过火面积大、火场温度高、辐射强的特点，从而火灾爆炸事故成了化工企业安全事故当中最为严重的事故类型之一1。目前，虽然有较多针对化工安全评价方面的研究，但对于化工过程火灾爆炸风险评价方面的研究较少，现有评价方法在风险评价指标的权重确定、指标本身的不确定和模糊性的量化等方面还存在问题2。此外，评估的结果容易受评价者主观经验因素的影响。对此，本文利用“2-4”模型分析典型化工火灾爆炸事故的原因，构建化工过程火灾爆炸风险评价指标体系，运用序关系法和熵权法进行指标赋权，运用云模型进行评价工作。1 风险评价指标体系的构建 1 风险评价指标体系的构建 指标选择的合适与否对风险评价结果的准确性和合理性都将产生显著的影响。本文以系统性、科学性和可操作性为前提，建立化工过程火灾爆炸风险评价指标体系。通过运用“2-4”模型将发生在 20102020 年间的 20 起化工生产火灾爆炸事故作为研究对象，分析事故发生的直接原因、间接原因、根本原因。为方便后续指标赋权，将分析结果分为五大类二级指标，分别为：人的因素、物的因素、仪器设备因素、环境因素和管理因素。完整指标体系如下图 1 所示。图 1 化工过程风险评价指标体系 图 1 化工过程风险评价指标体系 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.113242 杨茗铠：基于组合赋权与云模型的化工过程火灾爆炸风险评价方法研究 2 基于组合赋权的风险评价指标权重 2 基于组合赋权的风险评价指标权重 层次分析法是主观赋权法中常用的方法，但层次分析法需要构造矩阵且对赋权结果需要进行一致性检验，计算较为繁复，G1 赋权法可让计算过程更加简便且可以省略对结果进行一致性验证的步骤。客观赋权法中熵权法的运用最为广泛。为了提高评价过程的严谨性、合理性，让结果更加符合化工企业的实际安全生产情况，同时避免出现主观经验与客观实际无法相互制约的情况。2.1 G1 赋权法确定主观权重 G1 赋权法首先需要对各个风险评价指标进行人为排序，再对排序后相邻指标间的相对重要程度进行赋值，最后通过计算得到权重。2.2 熵权法确定客观权重 熵权法是一种可以将风险评价指标所含信息进行量化的赋权途径。由于熵权法属于客观赋权方法，因此，运用熵权法可降低评价者主观经验对化工过程火灾爆炸风险评价结果的影响。2.3 确定组合权重 设组合权重为，由 G1 赋权法所得主观权重为 wj，由熵权法所得客观权重为，组合权重表达式为：(1)3 化工过程火灾爆炸风险评价模型构建 3 化工过程火灾爆炸风险评价模型构建 3.1 确定标准云 云模型对于处理化工过程火灾爆炸风险评价存在不确定性和模糊性的问题具有良好的适应性，它由期望 Ex、熵En 和超熵 He 这 3 个特征值来表示。标准云的三个特征值的计算公式为：(2)3.2 确定指标云 本文研究通过德尔菲法获得评分数据，利用评分数据,使用逆向云发生器通过如下公式计算，求出各个指标评价云。(3)3.3 综合评价云 在得到各级指标云图后，由评价云和指标综合权重通过以下公式计算可以得到综合云 C。(4)3.4 确定评价结果 利用 MATLAB 软件，可以得到综合评价云的云图，观察其所在的位置，与标准云的等级越接近就是综合云的等级，也就是得到了最终的评价结果，此方法简便直观，易于对该项目风险评价研究。4 实例应用 4 实例应用 4.1 化工过程火灾爆炸风险评价计算 以某化工企业为评价对象，邀请化工领域和高校老师 9位专家对其进行风险评价。4.1.1 确定指标权重 和的取值在组合赋权当中有着重要的影响作用，相关学者利用综合权重计算法分别和 G1 赋权法权重、熵权法权重之间的偏差平方和最小建立目标函数，研究结果表明G1 赋权法和熵权法的最佳组合赋权的和值是均取 0.5。本文利用 G1 赋权法与熵权法分别求出化工过程火灾爆炸风险评价指标的主观与客观权重，再利用公式（1）得到各指标综合权重。4.1.2 构建标准云模型 结合化工领域相关专家的意见，本文将风险评价结果划分为 5 个风险量级，评分取值范围为0,5。研究邀请 9 位专家按照指标对该企业进行打分，He 的值定为 0.02，根据式（2）计算出上述各个等级区间的云模型特征参数。4.1.3 确定评价云 利用公式（3）可得到各指标云模型特征参数，具体计算结果如表 1 所示。表 1 各三级指标云模型特征参数 表 1 各三级指标云模型特征参数 序号指标 Ex En He 1A1操作技能水平 1.3444 0.38220.04142A2生理及心理因素 1.1889 0.25160.05623A3违章操作 1.5000 0.13930.05004B1物料爆炸危险性 1.4111 0.21350.02275B2生产工艺 1.5889 0.34970.06066B3明火及其他 火源控制 1.1111 0.18570.05807C1连锁装置有效性 1.5556 0.20110.0135 杨茗铠：基于组合赋权与云模型的化工过程火灾爆炸风险评价方法研究 243 8 C2防爆设施 1.6889 0.3218 0.00569 C3压力容器等 设备维护 1.7444 0.2569 0.090510 D1外界气候温度 1.3667 0.2692 0.049911 D2 工作环境 1.3444 0.2290 0.073112 E1安全生产 规章制度 1.4333 0.2785 0.050713 E2安全教育与培训 0.7778 0.1702 0.021814 E3应急预案与 应急演练 1.5556 0.1485 0.0267 通过公式（4）得到二级指标云模型特征参数以及最终目标层评价云特征参数。将各评价指标进行计算后，得到最终火灾爆炸风险评价综合云模型数字特征 C=（1.3274，0.0821，0.0433），最终综合评价云图如图 2 所示。从图中可以看出综合评价云与“低风险”量级区间更为靠近，所以本次火灾爆炸风险综合评价为“低风险”，这与企业实际安全状况相符合。图 2 综合评价云图 图 2 综合评价云图 4.2 风险评价结果及分析 从图中虽然得到最终的风险结果为“低风险”，但从表1 中各三级指标云模型特征参数可以看出，在该企业在安全教育与培训、明火及其他火源控制、生理及心理因素等方面的评价指标期望值偏低，这表明该企业应该采取措施提升对火源的有效控制、加大安全教育与培训力度，关注员工的身心健康。5 结 论 5 结 论 本文以化工火灾爆炸事故作为研究对象，利用“2-4”模型分析典型化工火灾爆炸事故原因，构建了化工过程火灾爆炸风险评价指标体系，利用组合赋权与云模型的方法对化工过程火灾爆炸进行风险评价。以某化工企业进行验证，结果表明，使用该方法得到的结果与该化工企业实际安全生产情况基本相符，较好地反映了火灾爆炸风险水平，该方法实用性较强，可以为降低化工企业火灾爆炸风险提供一定的理论支撑。参考文献 参考文献 1 应急管理部公布一批燃气生产安全事故典型案例J.安全与健康,2021(11):17-19.2 周魁,牟乐,葛星,等.城镇管道燃气企业应急救援能力评价体系应用研究J.安全与健康,2021(11):65-68.