基于熵权物元可拓模型的化工工艺本质安全评价_刘维

…
[a
n1
…
[a
n2
[a ， ] b 2k 2k … [a ， ] b nk nk （ 2）
， b1k
]

确定待评价工艺路线各指标关于各等级的关联 度 K j （ v il ） ， 关联函数 K j （ v il ） 的计算如下 V0ij ） － ρ（ v il ， ， v il ∈ V0ij V0ij K j （ v il ） = V0ij ） ρ（ v il ， ， v V0ij V ip ） － ρ（ v il ， V0ij ） il ρ（ v il ，
Abstract ： In order to accurately evaluate the inherent safety of chemical process，the flammable，explosive，toxic， reactive，process temperature，pressure and storage were selected as the evaluation indicators of chemical process inherent safety after analyzing a large number of relevant documents． An entropyweight and matterelement model was established by introducing the entropy weight method into theory of extenics． Three process routes for MMA were evaluated using the entropyweight and matterelement model． The results were consistent with the evaluation conclusions obtairred by the methods of PIIS，ISI and fuzzy comprehensive evaluation． It showed that this model is feasible for evaluating the inherent safety of chemical process． Key words： inherent safety； entropy weight； chemical process； matterelement model 潜在的危险较多， 容易发生重大 化和大型化的特点， 事故。这些事故的发生通常会造成严重的人员伤 亡、 财 产 损 失 和 环 境 污 染， 产 生 恶 劣 的 社 会 影 响。 1984 年 12 月 3 日印度博帕尔毒气泄漏事故、 2005 年 11 月 13 日吉林石化爆炸事故及其引发的松花江 2012 年 2 月 28 日河北赵县化工厂 水域污染事故、 爆炸事故等一系列灾难事故表明， 要从根本上预防
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中国安全生产科学技术 工艺参数取值。 1. 4 计算评价指标关联度
第9 卷
C2 ， …， C n 表示同征物元事物的 n 个特 的特征； C1 ， （ V ij ） n × k 称 为 同 征 物 征， 相对 应 的 特 征 量 值 为 V ij ， 元阵。 查阅相关资料， 得到工艺路线本质安全评价指 标的经典域物元体 M0 及节域物元 M p 分别为 M0 =
表1 化工工艺本质安全评价指标 毒性 存储 量 反应性
化学物质本质安全指标 可燃性 爆炸性 工艺条件本质安全指标 工艺 温度 工艺 压力
1. 2
确定经典域 M0 、 节域 M p 所谓物元， 它是以事物 N、 事物的特征 C 以及事
M = （ N， 物关于特征的量值 V 组成的有序三元组， C， V ） 。 设 M1 = （ N1 ， C， V1 ） ； M 2 = （ N2 ， C， V2 ） ； … ； Mk = （ Nk ， C， V k ） 为 k 个同征 C = （ C1 ， C2 ， …， Cn ） 物 M2 ， … M k 的同征物 元， 则称 M 为 k 个同征物元 M1 ， 元体： M =
刘
1 维， 吕 1， 2 1 品 ， 刘晓洁 ， 王 1 1 璇， 李跃通
（ 1． 安徽理工大学 能源与安全学院 ， 安徽 淮南 232001 ； 2． 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室 ， 安徽 淮南 232001 ） 摘 要：为了准确评价化工工艺本质安全 ， 通过分析国内外化工工艺本质安全的相关文献资料 ， 选
Inherent safety evaluation of chemical process based on entropyweight and matterelement model
2 LIU Wei1 ， LV Pin1， ， LIU Xiaojie1 ， WANG Xuan1 ， LI Yuetong1
M0 为经典域物元体， 式中， 其中 N0k 表示所划 C i 表示第 i 个评价指标， V ij = 分的第 k 个评价等级， ［ a ij ， b ij ］ （ i = 1， 2， …， n， j = 1， 2， …， k） 分别为 N0j 关 于指标 C i 所规定的量值范围。 P M P = （ P， C， VP ） = P = C1 C1 C2 … Cn V1 p V2 p … V np
第9 卷 第3 期 2013 年 3 月
中国安全生产科学技术 Journal of Safety Science and Technology
Vol． 9 No． 3 Mar． 2013
文章编号： 1673 － 193X（ 2013 ） － 03 － 0150 － 07
基于熵权物元可拓模型的化工工艺本质安全评价
取可燃性、 爆炸性、 毒性、 反应性、 工艺温度、 工艺压力和存储量等 7 个指标作为化工工艺本质安全 评价指标。采用物元可拓理论和熵权法建立了化工工艺本质安全熵权物元可拓评价模型 ， 并应用 ISI 以及模糊综合评价等 结果与 PIIS、 该模型对甲基丙烯酸甲酯 （ MMA） 的 3 条工艺路线进行分析， 方法所得结果相吻合， 表明该方法适用于化工工艺本质安全评价 。 关键词：本质安全； 熵权； 化工工艺； 物元可拓模型 中图分类号： X937 文献标志码：A doi： 10． 11731 / j． issn． 1673193x． 2013． 03． 27
［2 － 5 ］
元可拓理论建立化工工艺本质安全评价的熵权物元 并应用该模型对甲基丙烯酸甲酯的 3 条 可拓模型， 工艺路线进行分析。
1
化工工艺本质安全评价熵权物元可拓模 型的建立
物元可拓评价方法是可拓学的主要应用之一 ， 用于评价一个或多个对象 （ 包括事物、 策略、 方法 等） 的优劣、 所属类别或对所获信息进行甄别， 主要 ［7 ］ 以物元理论和可拓集合作为理论基础 。 结合化 工工艺实际情况， 运用熵权法确定指标权重， 构建物 元可拓评价模型。 1. 1 确定化工工艺本质安全评价指标体系 指标体系是由一系列从各个侧面揭示被评价对 象的数量、 状态、 质量等各种规定性的指标形成的有 机评价系统。基于化工工艺的特点和本质安全的原 ［4 ， 8 －9 ］ ， 理， 借鉴前人研究经验 本文建立化工工艺本 质安全评价指标体系， 见表 1 。
0
引言
化工企业涉及的原料和产品大多为易燃 、 易爆、 有毒、 有害物质， 生产过程大多具有高温、 高压、 连续
收稿日期： 2012 － 10 － 10
第3 期
中国安全生产科学技术
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人员伤亡和环境污染事故， 实现安全发展和可持续 ［1 ］ 发展， 必须研究并应用本质安全技术 。 与传统安全技术通过采取控制措施和附加安全 系统及消防设施来实现安全防护的思想不同 ， 本质 安全技术是从源头上预先考虑工艺、 设备可能潜在 的危险， 通过改进自身设计消除和减少生产过程中 。《化工企业安全卫生设计规定》 （ HG 20571 的危险 － 1995 ） 关于生产过程本质安全化的定义是： 采用 无毒或低毒原料替代有毒或剧毒原料， 采用无危害 或危险性比较小的符合安全卫生要求的新工艺 、 新 技术、 新设备。此外还包括从原料入库到成品包装 出厂整个生产过程中应具有比较高的连续化 、 自动 化和机械化， 为提高装置安全可靠性而设计的检测 、 报警、 连锁、 安全保护装置， 为降低生产过程危险性 而采取的各种安全卫生措施和迅速扑救事故装置 。 化工装置本质安全化是相对的， 它随着生产技术和 安全技术的发展而发展。 本质安全化可以归纳为 5 个基本策略： 最小化、 替代、 弱化或缓和、 限制影响和简化， 它是以定性和 定量的危险评价为基础， 以本质安全设计和管理为 ［1 ］ 主要手段， 寻找危险最小化的最佳途径或方案 。 化工工艺在设计阶段进行本质安全化设计， 需 ， 要一个量化本质安全程度的系统性方法 通过本质 所以对化工 安全程度的量化做出比较安全的选择， 工艺建立一个通用的本质安全程度评价模型并给出 ［2 ］ 具体的评价方法是一项十分有意义的工作 。 现阶段， 本质安全的评价方法主要有： 1993 年 Edwards 与 Lawrence 提出的 PIIS； 1996 年 Heikkilai 提出的 ISI； 2002 年 Palaniappan 提出的 i － Safe 指 数； 2003 年 Gupta 与 Edwards 在 PIIS 的基础上提出 的一种基于图标的评价方法； 2003 年 Gentile 提出的 基于 模 糊 推 理 的 本 质 安 全 指 数； 2004 年 Khan 与 Amyotte 提出 的 I2SI； 2006 年 以 后 由 付 燕 平、 王艳 华、 叶君乐等将模糊数学引入本质安全评价 ， 构建的 ； 以及刘业娇等提出的 本质安全模糊评价方法 ［6 ］ BP 神经网络法 。 不同的本质安全评价方法有不 同的适用阶段、 评价范围和特点。 在对这些化工工艺本质安全评价方法进行了分 析研究之后， 本文从化工工艺所涉及的物质危险性 和工艺过程危险性两个方面总体考虑， 构建本质安 全评价指标体系， 结合熵权法确定指标权重， 运用物
[C
Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N1 V1 N1 V11 V21 … V n1
N2 V2 N2 V12 V22 … V n2
… … … … … … …
Nk Vk
]
（ 1）
N C 1 = C2 … Cn
Nk V1 k V2 k … V nk
N2 ， …， N k 的全体； C 表示事物 式中： N 表示 N1 ，
[C
N0
N01 V01
[a [a
N02 V02 N01 ， b11
]
… …
[a [a
N0 k V0 k N02
12 22
]
N0 C1 = C2 … Cn
…
]
N0 k
[a
1k
11 21
， b12
… … … …
， b21 ] ， b n1 ]
， b22 ] ， b n2 ]
{
（ 5） V0ij ） 表示点 v il 与有限区间 V oij = 式中： ρ（ v il ， ［ a ij ， b ij］的距离； ρ（ v il ， V ip ） 表示 v il 与有限区间 V ip = ［ a ip ， b ip］ 的 距 离。 V0ij 为 经 典 域 的 量 值 大 小， V0ij = b ij － a ij 。 2 （ 6）
（ 1. School of Energy and Safety，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001 ， China； 2. The Key Laboratory of Safe and Efficiency Exploitation in Coal Mining of Ministry of Education，Huainan Anhui 232001 ，China）