劉 淵 ,王煊軍,夏本立,叢繼信
(1.第二炮兵工程學(xué)院,西安 710025;2.總裝備部后勤部防疫大隊(duì),北京 100101)
液體推進(jìn)劑被廣泛應(yīng)用于航天和國(guó)防領(lǐng)域。各國(guó)發(fā)射航天器(包括衛(wèi)星、飛船、探測(cè)器等)的運(yùn)載火箭均是采用液體推進(jìn)劑。液體推進(jìn)劑為易燃易爆、有毒有害物質(zhì),稍有不慎就會(huì)引起財(cái)產(chǎn)損失和重大人員傷亡,造成嚴(yán)重后果。因此,對(duì)液體推進(jìn)劑儲(chǔ)存罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)是十分必要的。
關(guān)于液體推進(jìn)劑的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多是定性的分析。從安全管理方面包括法律法規(guī)、安全理論的教育,液體推進(jìn)劑、防護(hù)措施的學(xué)習(xí)等,這些仍然還不足以表達(dá)清楚,因?yàn)橐后w推進(jìn)劑在長(zhǎng)期貯存中發(fā)生事故的原因是多樣的、復(fù)雜的,具有不確定性。因此,現(xiàn)有的一些評(píng)價(jià)方法缺乏科學(xué)性和合理性,得到的結(jié)論也是片面的。
本文擬建立一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的推進(jìn)劑罐區(qū)安全評(píng)價(jià)模型。模糊綜合評(píng)價(jià)方法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論,應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則,結(jié)合多因素系統(tǒng)的特征,考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素進(jìn)行總體評(píng)價(jià)的一種方法。它可以全面地考慮造成液體推進(jìn)劑罐區(qū)事故的各種因素,將定性與定量分析有機(jī)結(jié)合起來(lái),既能夠充分體現(xiàn)評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性,又盡量減少個(gè)人主觀臆斷所帶來(lái)的弊端,因此比一般的評(píng)比打分等方法更符合客觀現(xiàn)實(shí),評(píng)價(jià)結(jié)果更可信[1]。
模糊測(cè)評(píng)的基本原理可概括為:測(cè)評(píng)因素有m個(gè),因素集合為U={u1,u2,… ,um},評(píng)語(yǔ)有n個(gè),評(píng)語(yǔ)集合為V= {v1,v2,… ,vn} ,因素集與評(píng)語(yǔ)集之間的模糊關(guān)系用模糊關(guān)系矩陣R表示。模糊關(guān)系矩陣為
式中:rij為測(cè)評(píng)因素ui對(duì)評(píng)語(yǔ)等級(jí)vj的隸屬度,rij=μR(ui,vi);μR(ui,vi)為 隸 屬 函 數(shù) 。Ri=[ri1,ri2,…rin] 是第i個(gè)因素ui的單因素測(cè)評(píng),它是評(píng)語(yǔ)集V上的模糊子集。
設(shè)因素集合U上的因素模糊子集
式中:ia為iu對(duì)A的隸屬度,它是單因素在總評(píng)測(cè)因素中所起作用大小的量度,即因素的重要性或權(quán)重。
設(shè)評(píng)語(yǔ)集V上的等級(jí)模糊子集
式中jb為等級(jí)jv對(duì)評(píng)價(jià)所得子集B的隸屬度,也就是評(píng)測(cè)結(jié)果。
在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行二級(jí)模糊評(píng)價(jià),用C來(lái)表示,記為
式中運(yùn)算符號(hào)“?”表示模糊矩陣的合成運(yùn)算。
影響推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的因素復(fù)雜,根據(jù)專(zhuān)家在推進(jìn)劑領(lǐng)域的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié),結(jié)合液體推進(jìn)劑的理化特性并參考國(guó)內(nèi)外石化等行業(yè)貯存情況,采用定量和定性分析,將研究對(duì)象分為3個(gè)層次:
1)推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)作為模型的目標(biāo)層是這一問(wèn)題的最終目的(層次Ⅰ);
2)人員素質(zhì)、安全管理、罐區(qū)設(shè)備安全可靠性、儲(chǔ)存設(shè)備、充裝過(guò)量等因素決定了罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí),但其影響方式還需通過(guò)與其相關(guān)的具體因素來(lái)體現(xiàn),這是解決問(wèn)題的中間環(huán)節(jié),亦即模型的準(zhǔn)則層(層次Ⅱ);
3)各具體的指標(biāo)構(gòu)成了本模型的決策層(層次Ⅲ),通過(guò)對(duì)該層次問(wèn)題的決策,即可最終達(dá)到所要求解的目標(biāo)。
推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。
圖1 推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 The risk evaluation index system of UDMH station
根據(jù)上述對(duì)影響因素的分析,應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立液體推進(jìn)劑貯存罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。由于液體推進(jìn)劑是特種燃料,其使用部門(mén)和單位對(duì)人員的選用和管理有嚴(yán)格制度,因此本文在有關(guān)人員素質(zhì)因素方面僅考查專(zhuān)業(yè)技能、心理素質(zhì)和安全意識(shí)3個(gè)指標(biāo)。
u1={u11,u12,u13}={專(zhuān)業(yè)技能,心理素質(zhì),安全意識(shí)};
u2={u21,u22}={規(guī)章制度,安全組織};
u3={u31,u32,u33,u34}={泄漏報(bào)警裝置,防雷電設(shè)施,通風(fēng)設(shè)施,消防設(shè)施};
u4={u41,u42,u43}={罐體自身缺陷,螺母法蘭連接不牢,密封圈變形損壞};
u5={u51,u52}={安全閥失效,計(jì)量?jī)x表不準(zhǔn)確}。
根據(jù)影響因素導(dǎo)致在推進(jìn)劑罐區(qū)發(fā)生事故可能性的大小,以及事故發(fā)生可能帶來(lái)的危害后果,將發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí),即V={一級(jí),二級(jí),三級(jí),四級(jí),五級(jí)},級(jí)數(shù)越高表示風(fēng)險(xiǎn)程度越小。
確定因素權(quán)重的方法有很多,包括德?tīng)柗疲―elphi)法、專(zhuān)家調(diào)查法和層次分析法等,其中層次分析法(analytic hierarchy process ,AHP法)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法[2]。AHP法通過(guò)比較幾個(gè)因素對(duì)同一目標(biāo)的影響,從而確定各因素在目標(biāo)中所占比重。應(yīng)用層次分析法,計(jì)算導(dǎo)致推進(jìn)劑罐區(qū)事故風(fēng)險(xiǎn)的5個(gè)方面因素的權(quán)重。
1)構(gòu)建評(píng)價(jià)各因素相對(duì)重要性的判斷矩陣
應(yīng)用1~9標(biāo)度方法[3],將每一層中各因素的相對(duì)重要性用數(shù)值表示出來(lái),建立推進(jìn)劑罐區(qū)發(fā)生事故影響因素的判斷矩陣(見(jiàn)表1)。
表1 影響因素的判斷矩陣Table 1 Judgment matrix of affecting factors
2)計(jì)算權(quán)重
利用方根法[3]計(jì)算出各因素權(quán)重,其中i,j= 1 ,2,… ,n(n=5)。見(jiàn)表2。
表2 影響因素的權(quán)重計(jì)算Table 2 Calculation of weight of affecting factors
3)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值
計(jì)算得到判斷矩陣的最大特征值為
4)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)
一致性指標(biāo)[3]為
表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RITable 3 Average random consistence index RI
本文中n=5,故 RI=1.12,代入式(5)和(6)得λ=5.236 1,CI=0.059 0,從而得到一致性比值
按照同樣方法和步驟計(jì)算出其他因素和評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。
根據(jù)專(zhuān)家打分,由式(1)得出各個(gè)因素的模糊隸屬度矩陣:
將各因素集的權(quán)重分配和等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣代入式(3),得到各因素集的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)為
由此可得總的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)為
將一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣和各因素的權(quán)重分配代入式(4),得到二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)為=?CAB=(0.291 1,0.442 2,0.173 4,0.062 4,0.022 9)。
根據(jù)最大隸屬度原則[4],由maxC=0.442 2,可判定液體推進(jìn)劑罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí)風(fēng)險(xiǎn),即風(fēng)險(xiǎn)較大。在實(shí)際情況中,推進(jìn)劑在貯存過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生跑、冒、滴、漏[5]情況,評(píng)價(jià)結(jié)果能夠較好地反映出推進(jìn)劑在貯存中存在的風(fēng)險(xiǎn)。
本文應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)液體推進(jìn)劑罐區(qū)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)較大。導(dǎo)致液體推進(jìn)劑罐區(qū)發(fā)生事故的各種因素中,安全管理因素所占權(quán)重較大,其次為人員素質(zhì)、充裝過(guò)量、罐區(qū)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備。因此,相關(guān)單位首先要完善規(guī)章制度,健全安全組織,并嚴(yán)格落實(shí),要提高人員作業(yè)素質(zhì),教育培訓(xùn)好所屬人員;其次應(yīng)根據(jù)自身情況,在日常的裝備檢查、維修和保養(yǎng)中應(yīng)落實(shí)各項(xiàng)規(guī)定,特別是做好通風(fēng)設(shè)施、消防設(shè)施、防雷電設(shè)施、管道接頭、連接部位、閥門(mén)和密封裝置的檢查、維修或更換。
盡管液體推進(jìn)劑貯存中能夠引起事故的原因是多方面的,但是人員、設(shè)備及其所處的環(huán)境等因素是可以通過(guò)妥善的安全管理予以制約。因此,為防止事故的發(fā)生,主要可從以下3個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防:
1)防止人為失誤
①通過(guò)培養(yǎng)訓(xùn)練,加強(qiáng)人員對(duì)液體推進(jìn)劑理化性質(zhì)和毒性毒理的認(rèn)識(shí),熟悉貯存管理中的操作規(guī)程,如取樣化驗(yàn)、抽吸液罐操作規(guī)程等;②作業(yè)人員的生理和心理狀態(tài)、技術(shù)水平、思想素質(zhì)應(yīng)達(dá)到安全的要求,要根據(jù)人體生物鐘原理來(lái)保證,通過(guò)加強(qiáng)安全責(zé)任制來(lái)實(shí)現(xiàn)[6];③鍛煉能力和防護(hù)演練,以保證人員有良好的心理素質(zhì),掌握在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)如何應(yīng)對(duì),把事故消除在萌芽或者制止事故的蔓延。
2)控制設(shè)備故障的發(fā)生率
設(shè)備發(fā)生故障的原因主要有密封部件的變形、損壞、腐蝕,容器的腐蝕,安全附件如安全閥不起作用,以及設(shè)備材料與推進(jìn)劑不能長(zhǎng)期相容等等,為此要制定安全檢查計(jì)劃并落實(shí)安全檢查制度,預(yù)防事故潛在作用力的蓄積。
3)改善貯存環(huán)境
液體推進(jìn)劑與水作用或者吸收空氣中的水分后能產(chǎn)生腐蝕作用,因此貯存環(huán)境要除濕。液體推進(jìn)劑在貯存庫(kù)中的揮發(fā),不僅形成了有毒有害氣體環(huán)境,而且氧化劑氣體能夠產(chǎn)生爆炸,因而通風(fēng)是必需的。另外,還要布置消防水幕,設(shè)置防火墻;通風(fēng)口或空調(diào)進(jìn)口不能靠近污染源。如果在設(shè)計(jì)上不能解決,則可利用供空氣或供氧的呼吸器保護(hù)操作人員。
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