蔣 藝 黃 坤 李 欣 賀煥婷 王怡佳 沈坤蓉

（1．西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院

2．青海油田公司鉆采工藝研究院）

天然氣汽車由于其良好的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展趨勢(shì)［1］。L－CNG 加氣站是能將LNG通過(guò)加壓、氣化轉(zhuǎn)化成CNG，并為CNG汽車儲(chǔ)氣瓶充裝車用CNG的加氣站。L－CNG加氣站數(shù)量逐漸增多，同時(shí)站內(nèi)新增低溫、高壓設(shè)備，不易管理。因此，提高L－CNG加氣站的安全性尤為重要［2］。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的原理和方法，對(duì)L－CNG加氣站的潛在危險(xiǎn)因素進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可預(yù)見(jiàn)潛在的事故狀況，提出有針對(duì)性的L－CNG加氣站安全防范措施［3－4］。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析

L－CNG加氣站是在LNG加氣站的基礎(chǔ)之上增加了液體高壓泵、高壓氣化器等裝置。在加氣站設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行過(guò)程中，結(jié)合行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理經(jīng)驗(yàn)，確定影響加氣站安全的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。

（1）人為因素。由于工作人員的專業(yè)知識(shí)缺乏、安全意識(shí)差、責(zé)任感不強(qiáng)、違章作業(yè)等，均會(huì)給L－CNG加氣站的安全帶來(lái)較大威脅。加氣站未加強(qiáng)人員的管理培訓(xùn)、安全教育，操作人員違規(guī)操作、誤操作，都為事故埋下了隱患。

（2）設(shè)備因素。L－CNG加氣站使用的低溫設(shè)備若質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題或操作不當(dāng)，可能引發(fā)LNG泄漏。在充注LNG時(shí)，由于LNG儲(chǔ)罐充注前后罐內(nèi)液體的密度和成分差異可能會(huì)引起劇烈氣化和儲(chǔ)罐超壓現(xiàn)象，若液位過(guò)低會(huì)使泵抽空；LNG高壓泵既要求能夠耐低溫，又要求能夠承受高壓，其氣密性和電氣方面的安全性能要求比普通泵高很多；CNG本身為高壓氣體，LNG高壓氣化器和儲(chǔ)存設(shè)備必須能夠有效地達(dá)到所規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；加氣工人或駕駛?cè)藛T誤操作將加氣機(jī)拉倒或高壓管拉斷，導(dǎo)致天然氣泄漏［5］；LNG輸送管道內(nèi)液體因吸熱、摩擦及壓力降等原因，會(huì)使管道震動(dòng)，甚至發(fā)生爆裂。

（3）環(huán)境因素。L－CNG加氣站站內(nèi)環(huán)境與加氣站的安全運(yùn)營(yíng)有著密切的關(guān)系。LNG槽車卸液時(shí)，卸氣接口管容易老化；卸氣時(shí)由于劇烈震動(dòng)，容易發(fā)生泄漏事故；LNG為深冷液體，接觸到皮膚時(shí)，可造成低溫灼傷；自然環(huán)境如高溫、通風(fēng)不良、靜電、雷電等，均會(huì)引發(fā)事故的發(fā)生；同時(shí)，加氣站周圍環(huán)境較復(fù)雜，運(yùn)輸距離和輻射半徑考慮不周全，站內(nèi)衛(wèi)生狀況不好，也會(huì)對(duì)L－CNG加氣站造成威脅［6］。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

結(jié)合L－CNG加氣站行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如GB／T20368－2012《液化天然氣（LNG）生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)》、GB／T 26980－2011《液化天然氣（LNG）車輛燃料加注系統(tǒng)規(guī)范》等相關(guān)資料，建立了以下評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是以模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊變換的原理，將評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的因素定量化，從而進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法，特別適合于用來(lái)解決那些非定量的、難以明確定義的實(shí)際問(wèn)題［7］。其步驟如下：

（1） 建立評(píng)判因素集：

式中，單因素ui（i＝1，2，…，n）為評(píng)價(jià)對(duì)象的各種因素，即評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重集為：

式中，權(quán)重ai（i＝1，2，…，m）表示指標(biāo)ui在該因素集中的重要程度。

（2） 建立評(píng)語(yǔ)集：

式中，單因素vj（j＝1，2，…，m）為評(píng)價(jià)中的評(píng)價(jià)等級(jí)，評(píng)語(yǔ)集是被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合，體現(xiàn)評(píng)價(jià)的模糊特性。

（3） 建立模糊評(píng)價(jià)矩陣：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定U中每一個(gè)不能定量描述的影響因素的權(quán)重值。所建立的模糊評(píng)價(jià)矩陣為R：

式中，rij表示指標(biāo)ui獲得vj評(píng)語(yǔ)的權(quán)重集，即因素ui對(duì)應(yīng)等級(jí)vj的隸屬關(guān)系。

（4） 確定評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量W：

式中，wi為權(quán)重向量的分配，并且規(guī)定≥0。

（5） 選擇模糊合成算子：

模糊合成算子有多種形式，其中最常用的是“取大取小算子∧－∨ ”和“乘與和算子∑－·”等，選取不同的模糊合成算子，會(huì)得到不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，本文采用“取大取小算子∧－∨”。

圖2為模糊綜合評(píng)價(jià)方法的流程原理圖［8］。

4 實(shí)例計(jì)算

層次分析法A HP（Anal ytic Hierarchy Pr ocess）是一種簡(jiǎn)便、實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法，由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T．L Saaty教授［9］于20世紀(jì)70年代初提出。本文采用改進(jìn)后的層次分析法來(lái)確定各指標(biāo)權(quán)重，通過(guò)兩兩比較其重要程度，采用9／9～18／2標(biāo)度法［10－12］得到權(quán)重分配矩陣A。如表1所列。

表1 主因素權(quán)重分配表Table 1 Allocation table of main factor weights

采用和積法求解權(quán)重分配矩陣，求其特征向量和特征根，并進(jìn)行一次性檢驗(yàn)。

首先，將權(quán)重分配矩陣A進(jìn)行列正規(guī)化，然后，將矩陣按行加總求平均，最后進(jìn)行歸一化處理，即進(jìn)行列正規(guī)化，得到權(quán)重向量W。

通過(guò)歸一化處理，W＝｛0．387，0．435，0．178｝，根據(jù)權(quán)重向量W計(jì)算權(quán)重分配矩陣A的最大特征根：

式中，λmax為權(quán)重分配矩陣A的最大特征根，n為評(píng)價(jià)因素個(gè)數(shù)，同時(shí)進(jìn)行一次性檢驗(yàn)［13］：

式中，CI和RI均為一致性檢驗(yàn)指標(biāo)。RI為當(dāng)指標(biāo)數(shù)為n時(shí)的平均一致性指標(biāo)。這里n＝3，取RI＝0．58。

由此可見(jiàn)，計(jì)算求得的權(quán)重是有效的。同理，可分別計(jì)算出各評(píng)價(jià)子因素的權(quán)重值，如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)因素權(quán)重表Table 2 Evaluation factors weight table

將L－CNG加氣站的安全綜合評(píng)價(jià)等級(jí)分為優(yōu)、良、中、及格和差5個(gè)等級(jí)。雖然每個(gè)因素對(duì)加氣站安全的影響程度不同，即權(quán)重值大小不同，但它們對(duì)加氣站安全評(píng)價(jià)與優(yōu)化都是必不可少的。專家組對(duì)該加氣站的評(píng)價(jià)如表3所示。

模糊合成算子采用“取大取小算子∨－∧”，式中∨和∧分別為取大和取小運(yùn)算，運(yùn)算得出一級(jí)模糊評(píng)價(jià)

計(jì)算可得 b1＝（0．329，0．329，0．200，0．100，0）；b2＝（0．219，0．219，0．100，0，0）；b3＝（0．437，0．400，0．200，0，0）。將結(jié)果歸一化處理得到總評(píng)價(jià)矩陣B。接下來(lái)，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣C＝W 。B。通過(guò)計(jì)算并將結(jié)果歸一化處理得：C＝（0．361，0．361，0．185，0．092，0）。對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí) V＝｛優(yōu)，良，中，及格，差｝，從而得到與評(píng)價(jià)等級(jí)V相應(yīng)的取值論域，即計(jì)算得出評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合分值f＝89．91～79．91，可判定該L－CNG加氣站的安全狀況為良。

5 結(jié)論

在L－CNG加氣站行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基礎(chǔ)上，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該體系符合L－CNG加氣站的風(fēng)險(xiǎn)因素情況。通過(guò)運(yùn)算結(jié)果分析，模糊綜合法在L－CNG加氣站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用是可行的，計(jì)算結(jié)果與L－CNG加氣站運(yùn)營(yíng)狀況吻合較好，能準(zhǔn)確地反映加氣站的風(fēng)險(xiǎn)狀況。因此，該方法具有一定的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)各項(xiàng)安全指標(biāo)的評(píng)價(jià)值，可為有針對(duì)性地提出L－CNG加氣站內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施提供重要信息。同時(shí)，由于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的復(fù)雜性和多樣性，對(duì)L－CNG加氣站安全評(píng)價(jià)的方法并不局限于本文提出的這一種，往往需要多種方法并用，以便對(duì)加氣站做出更有效的評(píng)價(jià)，以減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

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