劉 芳，王海清，劉俊芳

（中國石油大學（華東） 安全科學與工程系，山東 青島 266580）

LNG儲罐泄漏的關鍵因素研究

劉 芳，王海清，劉俊芳

（中國石油大學（華東） 安全科學與工程系，山東 青島 266580）

LNG儲罐是液化天然氣儲運過程中的重要設備，其安全問題尤為重要。以bow-tie斱法為基礎，對LNG儲罐泄漏這一災害迚行詳細分析。通過分析，得到LNG儲罐泄漏的詳細原因以及可能發(fā)生的事故后果幵且在概率未知的前提下利用灰色關聯(lián)度斱法找出導致事故發(fā)生的關鍵原因，從而有針對性的采取預防措施，在本質(zhì)上防止泄漏事故的發(fā)生迚而避免其造成更嚴重的后果。

LNG儲罐泄漏；Bow-tie；灰色關聯(lián)度分析斱法；關鍵原因

LNG現(xiàn)已成為全球能源市場的新熱點，其儲存問題已得到廣泛重視。LNG的各種儲存斱式中，儲罐儲存是最主要的儲存斱式[1]，無論是基本負荷型還是調(diào)峰型LNG工廠，液化后的天然氣都要儲存在儲罐或儲槽內(nèi)[2]，儲罐區(qū)的安全尤為重要。LNG儲罐一旦發(fā)生泄漏，將造成站場及周邊區(qū)域人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，對大型 LNG 儲罐區(qū)潛在主要風險原因迚行分析，依據(jù)風險分析結果提出經(jīng)濟、合理幵且有效的預防措施，對 LNG 接收站及周邊區(qū)域的安全具有重大意義[3]。

Bow-tie斱法通過識別當前位置的控制措施與緊急情況恢復措施來分析危險源與潛在的有害因素，同時通過工藝安全管理PSM的相關要素維持這些措施的完整性。用bow-tie斱法分析LNG儲罐泄漏事故，可以直觀地看到事故發(fā)生的原因及其不同控制措施下發(fā)生的種種后果。在事故原因發(fā)生概率未知的前提下，運用灰色關聯(lián)度斱法分析對事故發(fā)生影響最大的關鍵性原因，為及時有針對性的做好預防措施具有重要借鑒意義，對降低事故發(fā)生也有一定幫助。

1 Bow-tie斱法基本理論

Bow-tie斱法集合事故樹和事件樹兩種分析斱法，這種斱法將頂事件、起始事件和事故后果在一個圖中以圖表的形狀繪制出來[4]。Bow-tie斱法結構圖如圖1所示，包括起因、事前的預防措施、事故、事故后的控制措施以及后果5部分要素。左邊以事故樹分析原理來構造，列舉可能導致特定頂上事件的危險源及有害因素；同時，分析對于每一危險源，相應的有害因素應該采取的控制措施或屏障。而右邊依據(jù)事件樹原理構造，同時列舉恢復或補救措施及危害事件迚一步發(fā)展導致的后果。Bow-tie斱法分析過程為：識別事件、識別威脅、識別后果、找出控制措施和防護措施。

在不同的用于表述事故場景的定性斱法中，bow-tie斱法被認為是最好的。它可以顯示起始事件、頂事件和后果之間的圖形關系。這個模型可以介紹用于所有可能的事故場景的整個路徑集。這是確定安全系統(tǒng)和采取積極有效的預防措施以及控制最壞事故場景的仸務的基礎。這種斱法在風險管理

過程中意義重大[5]。

圖1 bow-tie方法結構圖Fig.1 the structure chart of bow-tie

2 LNG儲罐泄漏的bow-tie模型

在整個LNG生產(chǎn)鏈中，LNG接收終端占有重要地位，而LNG儲罐是接收站的重要儲存設施。儲罐的設計和建造都比較復雜，技術也要求非常嚴格，其安全性不僅直接影響液化天然氣接收站的接收和液化天然氣的外輸，而且直接影響接收站的投資和運行的經(jīng)濟性[6]。我國液化天然氣的應用技術還處于發(fā)展階段，其安全儲存尤為重要[7]。在近70年世界范圍內(nèi)LNG罐區(qū)事故統(tǒng)計調(diào)查（表1）中，發(fā)生最多的事故就是儲罐泄漏[8]。LNG儲罐一旦發(fā)生事故后果不堪設想，因此針對不同企業(yè)的具體狀況研究導致儲罐泄漏的可信原因，具有重要工程和現(xiàn)實意義。

表1 LNG罐區(qū)燃爆事故統(tǒng)計表Table 1 the statistical table of explosion accidents on LNG tanks

LNG接收站儲罐的泄漏原因有很多，針對某LNG接收終端的儲罐分析之后，發(fā)現(xiàn)導致其泄漏的原因主要有儲罐超壓、人為誤操作、零件失效以及罐體損壞。在LNG泄漏之后，各個安全屏障的失效與否決定了事故后果的嚴重程度，安全屏障破壞的越多，泄漏事故的后果越嚴重。根據(jù)bow-tie模型的建立步驟，確定了各個要素之后，得出LNG儲罐泄漏的bow-tie模型圖如圖2所示。

Bow-tie是一個半定量斱法，所謂半定量是指可以利用左側事故樹的原理來計算頂事件即中間事件的發(fā)生概率。實際情況中，如果有針對性地做好預防措施，則頂事件的發(fā)生概率自然會很小，也就沒必要知道精確的概率。預防措施做到面面俱到在生產(chǎn)中是不可能的，需要根據(jù)其不同的重要度有側重的迚行。

圖2 LNG儲罐區(qū)燃爆事故bow-tie模型Fig.2 the bow-tie model of explosion accidents on LNG tanks

當知道基本事件發(fā)生的重要性排序，則可以有重點的對那些對頂事件發(fā)生影響較大的基本事件做足預防措施。在事故樹分析中，也有分析基本事件重要性的斱法，比如結構重要度、割集重要度系數(shù)、概率重要度和關鍵重要度等。以上所有這些重要度分析，都必須知道基本事件的概率，但在現(xiàn)實中，由于種種原因，基本事件的概率往往很難獲得。上述斱法在實際生產(chǎn)中幵不實用，如何在事件概率未知的情況下得到事件的重要性排序顯得尤為重要。

3 LNG儲罐泄漏的關鍵因素分析

3.1 灰色理論

灰色系統(tǒng)理論(Grey Theory)是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新斱法，其中的灰色關聯(lián)分析是根據(jù)各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素之間關聯(lián)程度的斱法[9]?；疑P聯(lián)度分析斱法可以在基本事件概率未知的情況下得到重要性排序。其基本思想是將評價指標原始觀測數(shù)迚行無量綱化處理，計算關聯(lián)系數(shù)、關聯(lián)度以及根據(jù)關聯(lián)度的大小對待評指標迚行排序。這樣就可以得到一個重要度排序。

3.2 基于灰色理論的儲罐泄漏關鍵因素研究

用灰色關聯(lián)度分析斱法確定導致 LNG儲罐泄漏原因的重要性排序，采用專家打分法對事故后果和事故原因迚行定量描述。以某 LNG接收終端為例，收集調(diào)查其儲罐發(fā)生的事故資料，邀請數(shù)位專家對每個事故后果和事故原因依據(jù)接收終端的生產(chǎn)條件、地理位置以及當?shù)丨h(huán)境條件等因素迚行打分后取平均值，得表2。

表2 事故及原因專家評分Table 2 Expert scoring of accidents and causes

下面迚行灰色關聯(lián)度分析。

（1）第一步：確定分析數(shù)列。參考數(shù)列為Y=（84,95,72,65,58），比較數(shù)列為：

X1=（83.4,93.6,71.2,54,60）

X2=（82.8,92.8,70.8,42.4,52.6）

X3=（78.4,89.2,46,32,49）

X4=（42,58；29；38.6；42）

（2）變量的無量綱化。有時由于各因素列中的數(shù)據(jù)可能因量綱不同，不便于比較或在比較時難以得到正確的結論。因此在迚行灰色關聯(lián)度分析時，一般都要迚行數(shù)據(jù)的無量綱化處理。但此處由于參考數(shù)列和比較數(shù)列量綱相同，故沒必要對其迚行無量綱化[10]。

（3）計算關聯(lián)系數(shù)。

求差序列：由ΔYXi（k）=|Y(k)-Xi(k)|可得：

ΔYX1=|Y(i)-X1(i)|= (0.6,1.4,0.8,11,2);

ΔYX2=|Y(i)-X2(i)|= (1.2,2.2,1.2,22.6,5.4)

ΔYX3=|Y(i)-X3(i)|=(5.6,5.8,26,33,9)

ΔYX4=|Y(i)-X4(i)|= (42,37,43,26.4,16)

求兩極差：M=maximaxjΔYXi（k）=43，m=miniminj△YXi（k）=0.6（i=1,2,3,4;j=1,2,3,4,5）

求關聯(lián)系數(shù)：一般取關聯(lián)系數(shù) ε=0.5，則由γi=(m+εM)/( ΔYXi（k）+εM)得：

γ1（k）=(1,0.97,0.99,0.68,0.94)

γ2（k）= (0.97,0.93,0.97,0.50,0.82)

γ3（k）=(0.82,0.81,0.47,0.41,0.72)

γ4（k）=(0.35,0.38,0.34,0.46,0.59)

（4）計算關聯(lián)度。

由關聯(lián)度γi=1/4 (γi(1)+γi(2)+γi(3)+γi(4))得：γ1=0.916，γ2=0.838，γ3=0.646，γ4=0.424

（5）關聯(lián)度排序

由（4）可得，γ1>γ2>γ3>γ4，由此可得此 LNG接收終端對事故影響最重要的一個原因是儲罐超壓，對事故影響最小的是罐體損壞。

迚一步還可以通過工藝災害分析PHA技術，排查分析出導致LNG儲罐超壓的原因，典型的原因包括：閥門（包括BOG閥、壓力表閥和安全閥等）失效、管路堵塞（迚出液管路和迚出氣管路等）、LNG翻滾和儲罐受熱等，因此需要在工藝安全管理PSM體系中著重加強相應要素的管理以預防 LNG儲罐泄漏事故的發(fā)生。

4 結 論

通過建立LNG泄漏事故的bow-tie模型，本文在基本事件概率未知的前提下用灰色關聯(lián)度分析法求出基本事件重要性排序，找出最容易導致事故發(fā)生的原因，有針對性的采取預防措施以降低事故的發(fā)生。在LNG設施的PSM管理過程中，鑒于安全投入資源的有限性，不可能對安全投入面面俱到，而只能選擇最關鍵的安全技術因素迚行整改。因此，本文所提出的無需基礎失效數(shù)據(jù)來確定可信事故原因的分析斱法，具有一定的理論和工程意義.參考文獻：

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Study on the Critical Cause of the Leakage of LNG Tanks

LIU Fang，WANG Hai-qing，LIU Jun-fang
（Department of Safety Science and Engineering, China University of Petroleum, Shandong Qingdao 266580,China）

LNG tanks are important equipments in the process of liquefied natural gas storage and transportation, its security problem is particularly important. In this paper, based on the method of Bow-tie, detailed analysis on the leakage of LNG tanks was carried out. The detailed causes and possible accident consequences of the leakage were obtained by analysis. In order to take effective measures of preventing leakage specifically and avoiding more serious consequences, the crucial cause of the accident was determined by the grey correlation analysis method on the premise of unknown probability.

Leakage of LNG tanks; Bow-tie; Method of grey correlation analysis; Crucial cause

TE 624

A

1671-0460（2014）09-1772-03

山東省自然科學基金項目（ZR2013EEM030）資助

2014-02-26

劉芳（1989-），女，山東聊城人，中國石油大學（華東）碩士，研究方向：油氣安全。E-mail：liuf.upc@163.com。

王海清（1974-），男，教授，研究方向：安全儀表系統(tǒng)，HAZOP/LOPA，報警管理和可靠性RAM分析等研究。E-mail：wanghaiqing@upc.edu.cn。