化工过程本质安全性之模糊评价系统

引言

通过采取控制措施及附加安全系统和消防设施, 是化学工业中传统的控制危险源的方法, 在人员、环境、重要设备和危险源之间设置保护层, 以降低事故发生的可能性及潜在事故后果的严重性, 从而使化工过程中的危险性降低。高可靠性、数量足够的保护层可以降低危险性, 但是如果安全措施实效、控制系统故障或生产装置失控, 那么有毒、易燃、易爆物质的泄漏, 中毒、爆炸、火灾等重大工业事故是无法避免的。因此, 化学工业中传统控制危险发生的方法并不能杜绝危险事件的发生。本文通过对化工过程本质安全的讨论, 简要分析化工过程本质安全性的模糊评价系统进行简单的分析。

一、化工过程本质安全概念及发展现状

化工过程的本质安全指的是仅仅依靠化工过程本身的设计性就能控制和消除化工过程设计的工艺操作条件或物料等带来的潜在的危险, 从而使化工生产过程达到高度安全。

上世纪60-80年代, 因化学工业的高速发展, 重大事故频繁发生, 欧美等世界经济发达的国家已经开始关注化工过程本质安全的问题。为了解决这类难题, 有安全专家在一个国际会议上提出了化工本质安全的原理, 即“最小化、替代、缓和、后果限制、简单化”[1]。化工过程本质安全原理提倡生产过程具有危险性的物料应低储量存储, 这样即使发生事故, 也不会造成重大的危害;尽量采用危险性小或者无害的物料;物料的处理加工和储存要在缓和的工艺条件下进行;高速旋转设备、高真空、高压容器等高能系统应尽量避免使用;工艺操作和设计的复杂性应尽量降低, 从而减少人为失误及设备故障发生的概率, 降低危险事故发生的严重度。因此, 提高化工过程的本质安全技术应提高工艺过程本身的安全性能。近年来, 我国化工企业发生了多起具有巨大社会影响的重大灾害性事故, 纵观这些事故, 人为的失误除外, 化工中装置的老化和设计的缺失也是导致事故发生的重要原因, 因此, 只有设法提高化工过程的本质安全才能预防和减少灾害的发生。对化工过程本质安全也有专门的评价系统, 其中主要运用的是模糊评价系统。

二、化工过程本质安全评价体系

1. 化工过程本质安全评价体系的确立

化工过程本质安全性由化工过程固有的危险性决定, 其生产过程的主要构成是反应过程和分离过程及其他相应的设备, 只有先建立本质安全性评价的指标体系, 化工过程本质安全性的模糊评价才能进行。化工过程中的固有危险性可以用工艺条件危险性和物质危险性两个评价指标来概括, 工艺条件的危险性由工艺结构、设备、操作条件的危险性来体现, 物质危险性由物质反应特征和物质一般危险性来体现。结合化工过程本质安全的原理, 确定和构建了化工过程本质安全性评价指标的体系。例如, 将危险物料的量最小化, 工艺结构简单化, 缓和和弱化温度、压力、反应热的的限制和不良影响, 那么火灾、爆炸、中毒等危险性实践的发生概率可大大降低。

2. 模糊推理过程

以模糊集合为基础, 并借助隶属函数将模糊概念从“完全不属于”过渡到“完全隶属于”的过程全部表达出来, 对所有的模糊概念进行连续、准确的定量表示, 在模糊信息的前提下进行有效的决策和判断, 这就是模糊推理的过程, 模糊推理完善了工艺设计初期的信息, 实现安全和危险之间的平稳过渡, 以避免小幅度变化的参数值可能带来跳跃的结果, 较之经典集合论, 模糊推理较大提高了评价结果的准确性[2]。模糊推理的程序:第一, 输入量的模糊化, 将数字形式的输入量转化为模糊逻辑的常用语言值表示的模糊集, 并以其隶属度函数定义。第二, 建立模糊推理规则, “IF..., THEN...”规则是模糊推理系统的核心, 化工生产实际情况和专家经验是本质安全评价推理系统推理规则建立的设计依据[3]。第三, 通过重心法对输出量作反模糊化处理, 给定的输入和通过推理得到的输出是一个模糊集合, 重心法可以对模糊集合进行反模糊化处理, 从而得到确定的数值。具体步骤如图1所示:

以Mamdani型推理为例, 简要概括实际化工过程本质安全评价应遵循的步骤:第一, 选择评价范围, 对评价单元进行划分, 一般根据不同的操作对评价区域进行划分, 如净化单元、储存单元、反应单元等。第二, 针对各单元的具体情况, 对化学物质的操作和使用过程、操作条件、过程结构、补偿措施、过程设备等进行调查, 对评价参数值进行确定。第三, 评价各单元的本质安全。第四, 确定和评价整个过程的本质安全水平。

结语

经济发展和人民生活水平的提高离不开化学工业, 随着科技的进步和对化工过程的认识加深, 如何确保化学工业操作过程的安全性也是学者和化学工业参与者永恒不变的研究重点, 模糊评价系统能对受多种因素影响的事物做出有效的、全面的评价。模糊评价在化学工业中的应用能全面有效地对化工过程本质安全做出科学合理的评价, 从而提高化工过程本质安全性, 减少危险性事件的发生, 对整个化学工业和国民经济的发展具有十分重要的意义。

摘要：科技的进步使化学工业的发展越来越迅速, 化学工业的生产规模逐步扩大, 工业设备日益继承化、复杂化和大型化, 由此, 工业安全事故的发生概率和破坏程度也有所增加。因此, 在化工过程实际中, 能从源头上有效消减事故危险的本质安全化设计显得越来越重要, 本质安全化水平的评价也随之受到世人的关注。本文将化工过程中的本质安全问题模糊化, 并提出和建立化工过程危险性、化工过程固有危险性、过程条件危险性和物质危险性等各个层次的本质安全评价的指标。通过举例验证可以通过改变化工过程中的因素从而减少操作的危险性。

关键词：化工过程,本质安全性,模糊评价系统