基于FTA和AHP对液氨储罐危险性安全分析

李耀宙

(太原工业学院 环境与安全工程系，山西 太原 030008)

基于FTA和AHP对液氨储罐危险性安全分析

李耀宙

(太原工业学院 环境与安全工程系，山西 太原 030008)

液氨储罐由于储存介质的危险性，在生产中对其进行有效的安全管理显得尤为重要。本文以液氨储罐火灾爆炸为顶事件，运用故障树(FTA)和层次分析法(AHP)分别对液氨储罐的常见危险性因素进行评价分析，将FTA危险性因素分为四类，分别计算其结构重要度，并与AHP中指标层权重进行对比，结果表明两者一致，并对常见危险因素提出改进措施，为液氨储罐在实际运行中提供参考。

液氨储罐；危险性；故障树；层次分析法

氨是一种重要的化工原料，在化工、农业、食品、医药等领域起着重要作用，为了运输及存储的便利，通常将气态的氨气加压或冷却成液态氨。而液氨储罐作为液态氨的储存容器，在工业生产中会存在严重的安全隐患，甚至发生火灾爆炸等严重事故，因此对工业生产中液氨储罐进行全面的安全评价是必要的。张哲源等[1]采用改进层次分析法对液氨储罐进行安全分析。顾建伟[2]对电厂液氨储罐泄漏进行危险源分析，并进行液氨泄漏进行定量计算。张曦[3]采用蒙德法对液氨储罐进行分析，得到各个危险源的等级。姜楠等[4]对涉氨场所火灾爆炸进行危险分析，并提出相应防护措施与建议。赵承建[5]应用故障树法对液氨储罐火灾爆炸进行分析，并定量计算处顶上事件概率重要度和危险重要度。张克跃[6]对液氨储罐泄漏事故进行定量分析，并提出必要的安全措施预防液氨泄漏事故。本文采用FTA和AHP两种评价方法对某液氨储罐进行危险性分析，得到常见危险因素的权重，最后将常见危险因素归整为四类，用两种方法得到的结果一致，并提出防护措施，为液氨储罐的运行管理提供参考。

1 故障树(FTA)分析

通过对某液氨储罐进行分析和调查得到常见危险因素，确定液氨储罐火灾爆炸为顶上事件，得到故障树结构图，如图1所示，其中事件类型如表1所列。

图1 液氨储罐火灾爆炸故障树

经计算得此故障树割集数为70个，将故障树改为成功树，计算得最小径集数为6个，分别是P1={X11；X13；X15；X24；X27；X14；X22；X25；X26；X12；X16；X17；X18；X23}，P2={ X11；X13；X18；X24；X27；X14；X22；X25；X26；X12；X23；X19；X20}，P3={X11；X13；X15；X24；X27；X14；X21；X25；X26；X12；X16；X17；X18}，P4={X11；X13；X18；X24；X27；X14；X21；X25；X26；X12；X19；X20}，P5={X5；X9；X7；X8；X4；X10；X6}，P6={ X2；X1；X3}。

在不考虑基本事件的概率条件下，结构重要度越大，顶事件发生概率越大，根据公式计算结构重要系数

式中，nj——第i个基本事件所在 的基本事件总数。

根据计算结果确定结构重要度的次序，则I(2) =0.1875 gt; I(1) =I(3) =0.1458 gt; I(18) = 0.125 gt; I(4) =I(5) =I(6)= 0.0833gt;I(7)= I(8)= 0.0625 gt; I(9) = I(10)= 0.0333 gt; I(11) = I(12)= I(13) =I(14) =I(24) =I(25) =I(26) =I(27) =0.0167gt;I(21)= I(22)= I(23)=0.0125gt;I(15)= I(16)= I(17)= I(19) = I(20) = 0.0042。现将这些基本事件归整为四类，即：人为因素、设备因素、环境因素、管理因素，并分别计算四类因素的结构重要度，其中人为因素：I(3)+ I(4)+ I(10)+ I(12)+ I(16)+ I(17)+ I(24)+I(25)=0.1458+0.0833+0.0333+0.0042+0.0042+0.0167+0.0167=0.3042；设备因素：I(2)+ I(13)+ I(14)+ I(18)+ I(19)+ I(22)+ I(27)+ I(5)+ I(7)+ I(8)+ I(9) =0.1875 +0.0167 +0.0167 +0.125 +0.0042 +0.0125+0.0167+0.0833+0.0625+0.0625+0.0333=0.6206；环境因素：I(6)+ I(21) + I(23) =0.0833 +0.0125+0.0125=0.1083；管理因素I(1) +I(11) +I(15)+ I(20) +I(26) =0.1458 + 0.0167 +0.0042 +0.0167 =0.1834。其中各因素权重分别为：人为因素占25.01%，设备因素占51.02%，环境因素占8.90%，管理因素占15.08%。

2 层次分析法(AHP)分析

本文利用层次分析法(AHP)将各因素进行分层，其中目标层为液氨储罐火灾爆炸事件，准则层分为人为因素、设备因素、环境因素、管理因素，最后将各基本事件作为指标层进行分类。

表2

(1)准则层各因素对目标层的重要程度

表3 C-C判断矩阵

用方根法求评价因素权重向量值，并作归一化处理，则W1=0.3077，W2=0.4615，W3=0.0769，W4=0.1539，判断矩阵最大特征值λ[max]=4.0001，一致性指标为CI=(4.0001-4)/(4-1)=0.00003四阶矩阵随机一致性指标RI=0.89，则一致性比率为=0.000034lt;0.1，满足一致性。

(2)指标层各因素对准则层的相对重要程度

用方根法求评价因素权重向量值，并作归一化处理，则 =(0.0714、0.0714、0.1429、0.1429、0.1429、0.1429、0.0714、0.2142)，判断矩阵最大特征值 =8，一致性指标为CI=(8-8)/(8-1)=0，八阶矩阵的随机一致性指标RI=1.41，则一致性比率为=0lt;0.1满足一致性。

表4 C1-P判断矩阵

表5 C2-P判断矩阵

用方根法求评价因素权重向量值，并作归一化处理，则 =(0.1667、0.0417、0.0417、0.0833、0.0833、0.0417、0.0833、0.1250、0.0833、0.0833、0.1667)，判断矩阵最大特征值 =11.5908，一致性指标为CI=(11.5908-11)/(11-1)=0.05908，11阶矩阵随机一致性指标RI=1.52，则一致性比率为=0.0389lt;0.1，满足一致性。

表6 C3-P判断矩阵

用方根法求评价因素权重向量值，并作归一化处理，则 =(0.25、0.25、0.5)，判断矩阵最大特征值 =3，一致性指标为CI=(3-3)/(3-1)=0，三阶矩阵随机一致性指标RI=0.52，则一致性比率为=0lt;0.1满足一致性。

表7 C4-P判断矩阵

用方根法求评价因素权重向量值，并作归一化处理，则 =(0.4、0.2、0.2、0.1、0.1)，判断矩阵最大特征值 =5，一致性指标为CI=(5-5)/(5-1)=0，五阶矩阵随机一致性指标RI=1.12，则一致性比率为=0lt;0.1，满足一致性。

(3)排序

人为因素对液氨储罐安全状况的权重为: = 0.3077 (0.0714、0.0714、0.1429、0.1429、0.1429、0.1429、0.0714、0.2142)=(0.02197、 0.02197、0.0440、0.0440、0.0440、0.0440、0.02197、0.06591)。设备因素对液氨储罐安全状况的权重为: =0.4615 (0.1667、0.0417、0.0417、0.0833、0.0833、0.0417、0.0833、0.1250、0.0833、0.0833、0.1667)=(0.07693、0.01924、0.01924、0.03844、0.03844、0.01924、0.03844、0.05769、0.03844、0.03844、0.07693)。环境因素对液氨储罐安全状况的权重为 =0.0769 (0.25、0.25、0.5)=(0.019225、0.019225、0.03845)。管理因素对液氨储罐安全状况的权重为 =0.1539 (0.4、0.2、0.2、0.1、0.1)=(0.06156、0.03078、0.03078、0.01539、0.01539)。

运用故障树分析法计算常见危险因素结构重要度，得到人为因素为25.01%，设备因素为51.02%，环境因素为8.90%，管理因素为15.08%；通过利用AHP对液氨储罐分析，人为因素权重为30.77%，设备因素权重为46.15%，环境因素权重为7.69%，管理因素权重为15.39%，经对比分析，两者基本一致。

综上所述，得到对液氨储罐火灾爆炸影响较大的因素包括排风设施损坏，材料缺陷，动火作业，无排风设施，腐蚀裂纹。因此在对液氨储罐进行设计时就要严格按照相应标准设计合理的排风设施，注意局部通风和全面通风的合理布置。对储罐的选材也要严格把关，尤其要考虑材料的机械性能和制造工艺性，同时在安装完成的设备上必要时进行无损检测。严格按照动火作业等级执行相应审批和作业制度，同时要等到作业区域温度降低到安全温度以下，方可作业结束。在管理方面定期对员工进行安全培训，提高安全意识，定期有计划的组织相关员工进行应急演练，提高员工安全生产的主动意识，同时编制发生火灾爆炸后的现场应急处置方案和应急救援预案。

3 结论

通过对液氨储罐运用FTA和AHP进行分析，得到结论如下：

(1)根据故障树考虑了27个基本事件，经计算有70个最小割集，这些最小割集定性地描述了液氨储罐的薄弱环节。

(2)通过利用FTA和AHP方法对液氨储罐分析，经对比分析权重结果，两者基本一致。其中对AHP的指标层排序得：排风设施损坏，材料缺陷，动火作业，无排风设施，腐蚀裂纹这些因素对储罐影响比较严重。

(3)分别从人为因素、设备因素、管理因素等方面提出相应预防措施。

[1] 张哲源,谢飞,张苗,宋相杰,宋文华. 基于改进层次分析法的液氨储罐安全分析[J]. 南开大学学报(自然科学版),2014,47(04):6-13.

[2] 顾建伟,张小平,王 颖.电厂脱硝工程液氨储罐泄漏环境风险分析[J].安全与环境学报,2012,12(06):108-112.

[3] 张曦,姜 丰.蒙德法在火电厂液氨储罐评价单元的应用[J].中国安全生产科学技术,2012,8(02):189-194.

[4] 姜 楠,吕 东,王 婕,张 网,任常兴,原志红. 涉氨场所火灾爆炸风险分析与控制[J]. 广东化工,2016,43(07):104-105.

[5] 赵承建. 液氨储罐火灾爆炸事故树分析[J]. 石油和化工设备,2012,15(08):73-76.

[6] 张克跃,龙 煦,刘仁国. 液氨储罐泄漏事故危险性的定量分析[J].化学与生物工程,2015,32(07):59-61.

(本文文献格式：.李耀宙基于FTA和AHP对液氨储罐危险性安全分析[J].山东化工，2017，46(20)：119-122.)

SafetyAnalysisoftheLiquidAmmoniaTankBasedonFTAandAHP

LiYaozhou

(Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China)

Because of the risk of storage medium, it is very important to carry out effective safety management of liquid ammonia storage tank in practice. The fault tree (FTA) and analytic hierarchy process (AHP) is used to analyze the common risk factors of the liquid ammonia tank. The FTA risk factors are divided into four categories to calculate the structure importance respectively. Compared with the index of AHP layer in weight, the results show that the results are consistent, and the improvement measures of the common risk factors are put forward, providing reference for the actual operation of the liquid ammonia tank in practice.

the liquid ammonia tank; risk; FTA; AHP

2017-08-28

李耀宙(1988—)，河南周口人，助教，硕士学位，主要从事化工装备结构强度分析与安全评价。

X932

A

1008-021X(2017)20-0119-04