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石化装置事故定量风险评价理论及应用

汤规成  
【摘要】:石化行业生产过程中涉及大量易燃、易爆、有毒、有害等危险化学品,尤其是石化装置在高温、高压等苛刻条件下运行,一旦发生事故,后果极其严重。为此,本文探讨了石化装置事故风险评价现状,系统而深入地研究了其定量风险评价理论,并进行了实际应用。(1)讨论了故障树分析方法的优缺点,分析了故障树基本事件重要度计算方法;针对故障树概率表达形式的不足,引入广义集对分析对分析理论(General Set Pair Analysis,GSPA),提出了基于GSPA的二态故障树表达形式,并给出了基于GSPA的基本事件结构重要度、概率重要度与关键重要度的定义;将概率为点值形式与联系度形式的故障树进行对比,得到前者只是后者的特殊形式,后者为前者的一般表达形式。(2)阐述了贝叶斯网络在系统风险分析中的应用现状,分析了节点结构重要度、概率重要度与关键重要度计算方法;引入GSPA理论,提出了基于GSPA的贝叶斯网络表达形式,并给出了基于GSPA的贝叶斯网络节点结构重要度、概率重要度与关键重要定义;将概率为点值形式与联系度形式的贝叶斯网络进行对比,得到前者只是后者的特殊形式,后者为前者的一般表达形式。(3)分析了贝叶斯网络推理的类型,即精确推理与近似推理,讨论了现有的精确推理过程、近似推理过程及优缺点;提出了层次模块消元法、层次模块-桶消元法精确推理方法。(4)阐述了现有多米诺定义的不同之处,分析了多米诺特征及触发石化装置事故多米诺效应发生的初始事故类型;针对触发石化装置事故多米诺效应发生的不同初始事故类型,分别讨论了热负荷触发多米诺效应、爆炸冲击波载荷触发多米诺效应、爆炸碎片抛射载荷触发多米诺效应三种情形及其对应的不同模型和三种情形共存时的多米诺效应发生概率的计算方法。(5)针对现有石化装置事故多米诺效应分析中存在的问题,即缺乏对各级目标之间多米诺效应相互影响研究,引入贝叶斯网络(Bayesiannetwork,BN)方法,充分挖掘了BN利用条件概率描述事件之间的逻辑关系的优势,研究了石化装置事故多米诺效应BN模型,解决了多米诺效应传播过程中各级目标之间的逻辑关系;引入GSPA理论,利用其解决不确定性问题的优势,提出了石化装置事故多米诺效应BN-GSPA模型,从同一性、差异性、对立性三个角度分析事故多米诺效应发生趋势,更为科学地描述了事故多米诺效应。(6)利用GSPA优势,结合石化装置自身特点,针对石化装置事故多米诺效应,提出了 BN拓扑结构广义集对乐观势与BN拓扑结构广义集对悲观势,从乐观、悲观等不同角度反映了石化装置事故多米诺效应BN拓扑结构不同态势。(7)针对“死亡、重伤与直接经济损失这三个事故等级判断指标较高者为事故等级”判断原则的不足,提出了事故等级判断指标系数确定方法:线性分段函数模型和非线性分段函数模型,给出了多个指标共存情形下事故后果综合系数计算方法及事故等级判断准则,实现了企业、政府等相关部门对事故的重视程度与事故现场救援、事故现场清理、事故善后处理、事故伤亡等投入程度平衡的目的。(8)针对现有定量风险计算方法存在“化工装置事故发生概率很小,事故后果严重”与“化工装置事故发生概率大,事故后果轻微”两种情形却难以区别的问题,提出了可变风险表征方法,进一步丰富了风险评价理论。(9)从事故发生概率和后果严重程度两个方面,引入保护层分析(Layer of Protection Analysis,LOPA),研究了基于BN-LOPA的石化装置事故风险管控屏障模式;针对其难以解决“化工装置事故发生概率很小,事故后果严重”与“化工装置事故发生概率大,事故后果轻微”两种情形风险程度,提出了基于BN-LOPA的石化装置事故风险可变管控屏障模式;其中,当参数α、β均为1时,后者就变成了前者,表明前者是后者的特殊情形。


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