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）

0 前言

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]。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

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。

2 推進(jìn)劑罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

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

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

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)因素方面僅考查專業(yè)技能、心理素質(zhì)和安全意識(shí)3個(gè)指標(biāo)。

3.1 綜合評(píng)價(jià)因素集

3.2 各評(píng)價(jià)因素的子因素集

u1=｛u11,u12,u13｝={專業(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}。

3.3 建立評(píng)價(jià)集

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。

3.4 層次分析法確立權(quán)重

確定因素權(quán)重的方法有很多，包括德?tīng)柗疲―elphi）法、專家調(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。

3.5 建立因素等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)專家打分，由式(1)得出各個(gè)因素的模糊隸屬度矩陣：

3.6 一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

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

3.7 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

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)。

4 結(jié)論與事故預(yù)防措施

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。

（References）

[1]陳杰, 石超, 方來(lái)華.基于灰色關(guān)聯(lián)分析和 AHP的CNG加氣站安全評(píng)價(jià)方法研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2009(4)： 186-187

[2]趙煥臣, 許樹(shù)柏, 和金生.層次分析法[M].北京科技出版社, 1986

[3]Saaty T L.Multicriteria decision-making： the analytic hierarchy process[D].Pittsburgh, PA, U.S.： University of Pittsburgh, 1988

[4]楊綸標(biāo), 高英儀.模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M].廣州： 華南理工大學(xué)出版社, 2005： 2-89

[5]劉建才, 王煊軍, 李正莉.陣地大型液體推進(jìn)劑儲(chǔ)罐的泄漏及其防治[C]//化學(xué)推進(jìn)劑應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展,2005： 178-181

[6]隋鵬程, 陳寶智, 隋旭.安全原理[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008： 132-133