摘 要：脫硫工藝由于系統組成復雜，近年來中毒窒息事故頻發，有效辨識脫硫任務中存在的有害因素，并對其危險等級進行準確評估，對預防此類事故的發生具有重要意義。文中基于事故樹分析法(FTA)與風險矩陣法(Risk Matrix)，結合熵權法和TOPSIS法，建立了事故樹-風險矩陣綜合評價模型，以結構風險貼近度S為新的評判指標，對熱電廠脫硫工藝進行了中毒窒息事故風險評估，并將評價結果與事故樹分析法和風險矩陣法評估結果進行了對比分析。分析結果顯示結構重要度和風險概率2個指標的權重分別為0.6和0.4;13個基本事件中“通風機故障或通風能力不足”，“氣體檢測裝置失效”等基本事件的貼近度最高，后期需要加強控制和預防。研究表明，事故樹-風險矩陣法的評價結果較單一的事故樹法或風險矩陣法具有更高的區分度和準確度。

　　關鍵詞：脫硫工藝;風險評估;事故樹分析;風險矩陣;TOPSIS法

　　《重型汽車》(雙月刊)創刊于1987年，是由中國重汽技術中心主辦的國家級期刊,面向國內外公開發行,是國內重型汽車行業唯一一份公開發行的權威刊物,集技術性與綜合性、理論性與實用性為一體,在汽車類期刊中占具重要地位。

　　0 引 言

　　目前我國火力發電的發電量占全國發電比重的70%以上，依舊是我國當前發電的主力軍[1]。而火力發電廠本身具有發電作業生產線長、工作環境溫度高、工藝過程伴隨有毒有害物質、設備設施出現損壞后危險性大等化工行業典型的行業特點，不僅嚴重威脅著作業人員的身體健康，且可能直接造成嚴重事故。近年來化工企業的生產事故以中毒窒息和爆炸為主[2]，說明了化工行業需要加大對中毒窒息、爆炸等事故的管控，有針對性的對工藝流程采取更為合理的安全管理措施，以提高生產系統的安全性。目前火力發電企業比較常用的安全評價分析方法有預先危險性分析(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、交通運輸、建筑施工等各行業的安全評價、安全管理、事故預防方面得到了廣泛應用。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果[5]。程剛等提出FTA-LEM評價方法，利用臨界重要度對風險因素的危險分值計算進行了優化[6];黃勝松、王君莉等將FTA法與AHP法結合，定量計算了基本事件和中間事件的綜合權重[7-8]，進而有針對性地提出控制措施。

　　風險矩陣法最早由美國空軍電子系統中心提出，具有簡潔、直觀的特點，能迅速提取出系統中的關鍵風險因素，但該方法的原始矩陣排列存在風險結，即分級層次不夠多，以及忽略指標異質性直接簡單相乘計算的問題[9]。李樹清等采用Borda序值法使風險等級數量增加，減少了風險結數量[10];羅恒等引入LOPA法，在風險矩陣模型的基礎上增加了保護層分析[11]，完善了評價體系。

　　文中以熱電廠脫硫工藝為背景，結合事故樹分析法(FTA)與風險矩陣法(Risk Matrix)，建立事故樹-風險矩陣評價模型，以此對脫硫工藝中可能發生的中毒窒息事故進行分析。首先選用事故樹分析法確定工藝中可能導致中毒窒息事故的基本事件及各事件的結構重要度I，進而采用風險矩陣法對基本事件進行評估，得到基本事件的風險概率P.以結構重要度I和風險概率P 2個指標為基礎，采用TOPSIS法[12]建立新的評價指標即結構風險貼近度S，根據貼近度大小判斷基本事件對事故的關鍵程度。

　　該方法既對事故樹基本事件的概率進行了較為準確的分級和賦值，又解決了風險矩陣法中指標算法不合理以及分級方式存在風險結的問題，評價結果更為準確、合理。

　　1工藝概況及模型構建

　　1.1 工藝概況

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

　　1.2 事故樹構建及結構重要度分析

　　1.2.1 事故樹構建

　　通過系統分析熱電廠脫硫工藝任務得到封閉環境、個人防護失效、毒害氣體液體泄露3個中間事件及擅自進入受限空間、作業方式不合理、通風機故障或通風能力不足等13個基本事件。以此為基礎，構建出圖2所示事故樹。

　　1.2.2 結構重要度計算

　　事故樹的結構重要度是指在不考慮基本事件概率的情況下，從事故樹的結構上分析基本事件對頂上事件的重要程度[17]。結構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，也可以通過公式計算的方式得到。為保證精度[18]，文中中的結構重要度均通過計算得到，具體計算公式如下

　　(1)

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

　　1.3 風險矩陣法分析

　　風險矩陣法是通過對危險有害因素的風險概率P和風險影響程度C進行定量評估，據此得到危險有害因素的風險等級R，計算公式如下

　　R=P·C

　　(2)

　　式中 P為發生事故或危險事件的風險概率等級，可能性分值見表1;C為發生事故或危險事件所造成的影響等級，分數取值見表2[19-21];R為作業條件風險等級計算分值，等級劃分依據見表3.

　　1.4 事故樹-風險矩陣法分析

　　文中在采用TOPSIS法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)對結構重要度I和風險概率P進行賦權重處理的基礎上建立了新的指標即結構風險貼近度S，用結構風險貼近度S表征基本事件在事故樹中的關鍵程度。

　　TOPSIS是一種多目標決策、排序的方法。該方法的核心在于將項目的各個參數與各個指標的參考值之間的相對距離統一量化，以貼近度S表示項目的理想程度，貼近度越大表示越接近理想程度[22]。TOPSIS法結合熵權法[23]能夠避免風險矩陣法帶來的風險結和未考慮指標權重問題，選用TOPSIS法計算基本事件的結構風險貼近度主要包括3個步驟即

　　1)根據基本事件的結構重要度和風險概率建立矩陣并進行正向化、標準化和歸一化處理。

　　2)選用熵權法計算評價指標權重，得到加權規范化指標矩陣。

　　3)計算基本事件的結構風險貼近度，根據貼近度大小進行排序，判斷各基本事件對頂上事件的關鍵程度。

　　所以，文中首先根據項目數m和指標數n建立一個初始矩陣A=(bij)m×n，由于結構重要度I和風險概率P指標本身已經正向化，進而采用Min-Max標準化[24]方法對初始矩陣A=(bij)m×n進行指標標準化，再進行歸一化之后得到指標矩陣B=(xij)m×n，式(3)為文中依據的Min-Max標準化計算公式;式(4)為歸一化計算公式

　　xij=yij/mi=1yij，j=1，2，…，n

　　(4)

　　式中 y為標準化后數值;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為歸一化后數值。

　　其次，以得到的指標矩陣B為基礎計算各指標權重Wj，從而得到加權規范化指標矩陣C.加權規范化指標矩陣C的表達式如下所示

　　為保證指標權重的科學性和合理性，文中選用熵權法計算指標權重。其具體計算公式如下

　　式中 Wj為計算指標的熵權;Hj為計算指標的熵值;k為玻爾茲曼常數;xij為第j個指標下的第i個標準化、歸一化后的數值。