某冶金企业煤气储罐重大危险源区域应急模糊决策研究

一、概述
某冶金企业是具有30多年历史，从事铅锌冶炼的大型国有企业，享有自营进出口权，主要生产铅、锌、银等金属产品，为保证公司动力供应，该公司在厂区内有1000m3的煤气储罐3座，位于厂区的西北部边缘，厂区周围比较空阔，周边环境主要为荒山和荒坡，地势比较平坦，针对煤气储罐发生泄漏而导致的火灾、爆炸、中毒事故最具危险性，根据蒸气云爆炸模型计算公式，将爆炸物（煤气）的储存质量代入公式进行计算，当煤气储罐发生蒸气云爆炸时（计算过程略），爆炸引起的死亡半径为：246m；重伤半径为：518.2m；轻伤半径为：1110.5m；财产损失半径为：1258.5m，将整个厂区都包括在内，同时还影响厂区周边的区域，当煤气储罐发生蒸气云爆炸时，产生的后果非常严重，死亡区域覆盖了几乎整个备料车间生产区域，重伤区域覆盖了变电站、粗铅车间、炼锌车间、炼银车间生产区域的小部分，轻伤半径覆盖了备料车间、变电站、粗铅车间的全部区域和炼锌车间、炼银车间生产区域的大部分，财产损失半径则覆盖了整个厂区和一些周边区域。
二、重大危险源区域应急模糊决策方法
某冶金企业的煤气储罐重大危险源在发生事故时，由于生产系统较大，对厂区的各个子生产系统的影响程度不同，在事故发生后，在有限的救援时间和有限的应急救援资源和条件下，如何进行优化的配置和高效的利用这些应急救援资源去降低人员的伤亡和财产损失是一个有重要理论和实践意义的问题，本文通过对煤气储罐发生蒸气云爆炸事故后果进行模拟计算分析，根据各个子生产单元的人员和财产密度的分布情况，计算人员伤亡损失和财产损失，结合各子生产单元系统的人员培训比例和应急救援设施的完好程度，判断在决策准则条件下对目标（生产单元系统）的影响程度。
针对该冶金企业的生产布局特点，厂区面积较大，在整个的生产系统中可划分为5个较大也较完整的子生产系统单元：D1：变电站生产系统；D2：炼银车间生产系统；D3：粗铅车间生产系统；D4：备料车间生产系统；D5：炼锌车间生产系统。
模糊决策通过将系统分解为不同的组成元素，并构建多层次结构模型；模型中较低层元素以相邻上层某相关元素作为决策准则，两两比较该层所有元素，得到该决策准则下相对重要度矩阵；同理，可得所有决策准则下的相对重要度矩阵。通过由下到上的相对重要度综合，最终把系统问题分析归结为最底层元素相对于最高层（问题或目标）的相对重要度的确定或相对优劣次序的排序问题，显著简化多准则决策问题的求解过程。
重大危险源区域事故应急模糊决策流程共分为5个步骤：
（1）区域事故应急目标分解和层次化；
（2）重大危险源事故后果模拟及决策属性计算；
（3）构造判断矩阵及一致性检验；
（4）层次内排序；
（5）层次总排序。
（一）事故应急目标分解和层次化
为了深入分析重大危险源事故应急的实际需要，将系统分解为3个层次（见图1），即目标层（储罐区重大危险源区域应急）、准则层（决策准则C1、C2、C3、C4）和元素层（该冶金企业生产区域内的5个子生产系统D1～D5）。综合考虑重大危险源事故后果模拟的结果和区域事故应急的实际要求，采用表1中的4个因素作为煤气储罐重大危险源区域事故应急的决策准则。
（二）事故后果模拟及决策属性计算
根据重大危险源所属类别，结合事故特点，选择相应的事故后果模型，模拟计算事故的死亡、重伤、轻伤和财产损失半径。对处于重大危险源事故影响范围内的单元，根据其所处区域结合自身的人员和财产分布状况，分别计算该单位的人员伤亡、财产损失的属性值，应急救援受训人员比例可根据表1中的所示公式计算，应急救援设施完好程度可由应急救援设施完好程度评价表打分计算，见附录。

图1：重大危险源区域应急模糊决策层次结构图
（三）构造判断矩阵及一致性检验
两两比较n个受事故影响单元在决策准则下的属性值，并按照赋值原则赋值，可构造元素层4个n×n判断矩阵；同理，构造系统目标下的准则层的判断矩阵。
构造判断矩阵采用的赋值原则如下：
（1）元素x劣于元素y，则判断矩阵的元素Axy=0；
（2）元素x同元素y一样，则判断矩阵的元素Axy=0.5；
（3）元素x优于元素y，则判断矩阵的元素Axy=1。
对所有判断矩阵进行逻辑一致性检验，防止元素判断比较过程中出现逻辑性错误。
（四）层次内排序
针对准则Cj（j=1，2，3，4）下的某一判断矩阵A(n×n)，将第i行数值的行和作为准则Cj下第i个元素的得分，分别计算i个元素在准则Cj下的得分，可得一n维数组M；将M中的元素从小到大依次与数组中最大的元素比较，将两者的区别用表2中的语义算子表示，查表2可得其相应的等级和优先权，中间元素的等级和优先权可根据其行和用线性比例法近似取整算出相应的等级，再查表2得其优先权。对决策准则信息C4和C1，认为区别在“极其不同”与“极端不同”之间，则C4的等级为18，语义分数为0.925，优先权为0.081，而元素等级为1，语义分为0.5，优先权为1。

假设分值最小元素的行和Sn，其语义算子对应和Ln，分值最大元素的行和S1，第m位元素的行和是Sm，则第m位元素的等级的计算公式为：
（1）
表1：决策准则信息

得到n维优先权数组后，对其归一化处理得准则Cj下的权重数组N，同理可得其它3个准则下的权重数组以及准则层4维权重数组w，组合4个准则下的权重数组得到n×4矩阵B，即为元素的权重矩阵。
（五）层次总排序
将权重矩阵B（5×4）乘以准则层权重数组w（4维），得到权重数组w（5维）见式（2）,对所有单位的权重排序，即得受重大危险源事故影响单元在重大危险源区域事故应急目标下的重要度排序。
（2）

重要度排名越前，系统权重越大的单元也就越易在煤气储罐重大危险源潜在事故中遭受较大的损失。
表2：语义算法及优先权

三、重大危险源区域应急模糊决策应用
根据蒸气云爆炸和沸腾液体扩展爆炸的模拟计算结果比较，蒸气云爆炸所造成的影响远远大于沸腾液体扩展爆炸所产生的影响，从安全角度考虑，本文选用伤害程度更为严重的蒸气云爆炸的模拟计算结果来确定人员伤亡信息和财产损失信息，对企业更具指导意义。
（一）重大危险源区域事故应急决策元素
根据蒸气云爆炸模型计算结果，死亡半径为：246m；重伤半径：518.2m；轻伤半径：1110.5m；财产损失半径：1258.5m。
企业正常生产时各个子生产单元的班组员工人数：
（1）D1：变电站生产单元——54人；
（2）D2：炼银车间生产系统——66人；
（3）D3：粗铅车间生产系统——62人；
（4）D4：备料车间生产系统——43人；
（5）D5：炼锌车间生产系统——38人。
根据蒸气云爆炸模拟计算的结果和各子生产单元的正常生产时的员工数及财产密度分布情况，经过对爆炸影响区域内的财产评估，估算出蒸气云爆炸事故条件下的人员损失和财产损失，见决策元素信息表3，根据对个子生产单元系统的实际调查，计算各子生产系统的救援人员培训比例，根据应急救援设施评价指标表给各子生产单元进行打分，得出决策元素信息表，见表3。
表3：决策元素信息

（二）建立判断矩阵和进行一致性检验
对在煤气储罐发生蒸气云爆炸事故所有受事故影响单位，根据其在人员伤亡损失准则下的属性值，按照比较赋值原则，建立判断矩阵（见表5），同理，可构建受事故影响单元在其它决策准则下的判断矩阵，然后对所有判断矩阵进行逻辑一致性检验，直至全部符合逻辑一致性，见表6、表7、表8。
表4：决策准则的重要性判断矩阵

表5：受事故影响单元在人员伤亡损失准则下的重要性判断矩阵

表6：受事故影响单元在财产损失准则下的重要性判断矩阵

表7：受事故影响单元在应急人员培训准则下的重要性判断矩阵

表8：受事故影响单元在应急设施完好程度准则重要性判断矩阵

表9：各受影响生产单元相对决策准则的权重

（三）层次内排序
计算所有判断矩阵的优先权数组，经组合可得各受影响单位在所有决策准则下的权重，而4个决策准则的权重分别为{0.5238，0.2818，0.0519，0.0424}。
（四）层次总排序
表10：各受影响单元在系统目标下的总决策权重

根据表4和表9中的权重数据，可计算得到受爆炸影响子生产系统在系统目标下的总决策权重，见表10由决策结果可知，若煤气储罐区发生蒸气云爆炸事故时，炼锌车间生产单元（D5）、炼银车间生产单元（D2）受事故影响最为严重。
因此，炼锌车间生产系统和炼银车间生产系统应在安全防护和事故应急响应方面加大力度，在发生蒸气云爆炸事故时，企业应优先对炼锌车间生产单元和炼银车间生产单元进行优先考虑，在分配应急救援资源时给予优先考虑，同时炼锌车间生产单元和炼银车间生产单元应该加强人员的应急救援技术培训，保证应急救援设施的完好。
四、结论和展望
该冶金企业的安全主管部门在编制重大危险源事故应急响应预案以及在事故应急决策指挥过程中应将炼锌车间生产单元和炼银车间生产单元作为重点保护对象，并结合重大危险源的事故类型，相应地增大应急救援资源的投入，尽可能地降低受事故影响单位的人员伤亡和财产损失。
重大危险源区域应急模糊决策研究可应用在大型工业园区、生产系统复杂的大型厂区、码头等，在对事故后果模拟计算和事故损失后果更精确的情况下，现实的指导意义更强。
附 录-----应急救援设施完好度打分指标表

[参考文献]
[1]胡二邦，环境风险评价实用技术和方法，中国环境科学出版社，1999.9：2～14.
[2]于敬文等，建设项目环境风险评价专集，国家环境保护总局环境工程评估中心，2003.2:20～24.
[3]国家环境保护总局环境监察办公室，环境应急手册，中国环境科学出版社：2003.5.
[4]胡二邦，环境风险评价实用技术和方法，中国环境科学出版社，1999.9:51～87.
[5]胡德福，化学突发事故风险评估的研究与应用，科学出版社，1995;9～21.
[6]曹晋华、程侃，可靠性数学引论，科学出版社，1986.

[7]彭理通，建设项目环境风险评价专集，国家环境保护总局环境工程评估中心，2003.2：31～42.
[8]潘旭海等，重(特)大泄漏事故统计分析及事故模式研究，化学工业与工程,2002.6
[9]化工部劳动保护研究所，“八·五”课题研究报告，化工部劳动保护研究所，1995.
[10]Coker A K. Understand two-phase flow in process piping, Chemical Engineering Progress,1 990(11)：60～65.
[11]S.R.Hanna and P.J.Drives.Guide lines for use of vapor cloud dispersion models(Second Edition).New York：Center for Chemical Process Safety,AIChE,1996.
（作者单位：云南泰安工程技术咨询有限公司）