王若飛（永州市公安消防支隊(duì)，湖南永州 425200）

基于模糊綜合法的LNG儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

王若飛
（永州市公安消防支隊(duì)，湖南永州 425200）

LNG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸是最常見(jiàn)和后果影響最嚴(yán)重的事故類型，針對(duì)LNG儲(chǔ)罐安全存儲(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)分析具有較強(qiáng)的模糊性，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，從設(shè)備、人員、環(huán)境和管理四個(gè)方面考慮對(duì)LNG儲(chǔ)罐安全存儲(chǔ)的影響，建立LNG儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。通過(guò)模擬計(jì)算分析可知，模糊綜合法在LNG儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用是可行的。

LNG儲(chǔ)罐 權(quán)重 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 火災(zāi)爆炸 模糊綜合評(píng)價(jià)

液化天然氣以其高效、清潔、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到青睞，LNG作為一種“環(huán)境友好”新能源，市場(chǎng)前景廣闊。在整個(gè)LNG產(chǎn)業(yè)鏈中，LNG儲(chǔ)罐是重要的中轉(zhuǎn)站。同時(shí)，LNG具有易燃易爆的危險(xiǎn)性，而且儲(chǔ)存溫度較低，這就需提高儲(chǔ)存設(shè)備和運(yùn)輸工具的安全性和可靠性。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的原理和方法，對(duì)LNG儲(chǔ)罐潛在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，可預(yù)防火災(zāi)爆炸等重大事故的發(fā)生，提出針對(duì)性的安全防范措施，保障LNG儲(chǔ)罐安全運(yùn)行，提高LNG儲(chǔ)罐系統(tǒng)的安全性，對(duì)于LNG行業(yè)的安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1　LNG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析

天然氣的液態(tài)儲(chǔ)存一般采用LNG的形式存儲(chǔ)，即將天然氣液化至沸點(diǎn)以下，在其飽和蒸汽壓接近大氣壓的情況下儲(chǔ)存。儲(chǔ)存方式主要有地上金屬儲(chǔ)罐儲(chǔ)存和地下混凝土儲(chǔ)罐儲(chǔ)存等。

LNG的主要組成成分是甲烷，其儲(chǔ)存溫度為-162℃，具有低溫、易揮發(fā)擴(kuò)散和易燃易爆的特性。泄漏的液化天然氣吸收熱量蒸發(fā)，其蒸氣與空氣的混合物具有爆炸性，其爆炸極限為5%～15%（體積分?jǐn)?shù)），這時(shí)一旦遇到點(diǎn)火源，極易引起火災(zāi)爆炸事故。

LNG在儲(chǔ)存過(guò)程中存在的火災(zāi)爆炸事故主要包括：（1）LNG大量泄漏到地面低洼處形成液池，這時(shí)如果在液池周圍存在有點(diǎn)火源那么就會(huì)引發(fā)池火災(zāi)；（2）LNG在輸送設(shè)施、管網(wǎng)內(nèi)泄漏時(shí)馬上被點(diǎn)燃產(chǎn)生噴射火；（3）LNG泄漏后形成的蒸氣云被點(diǎn)燃產(chǎn)生的閃火；（4）LNG一旦發(fā)生泄漏，剛開(kāi)始比空氣重，會(huì)在地面低洼的地方積聚并發(fā)生初始?xì)饣?，在氣化過(guò)程中又從周圍環(huán)境中不斷吸收熱量，隨著時(shí)間推移，天然氣的溫度逐漸與周圍空氣接近，并變得比空氣輕。在這種狀態(tài)下，天然氣產(chǎn)生的蒸氣會(huì)隨空氣流動(dòng)擴(kuò)散到其他地方，一旦達(dá)到爆炸極限濃度，并遭遇外界點(diǎn)火源，就會(huì)引發(fā)蒸氣云爆炸。

2　建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

在LNG儲(chǔ)存過(guò)程中，儲(chǔ)罐的安全存儲(chǔ)是設(shè)備、人員和環(huán)境等因素綜合決定的，結(jié)合LNG行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，綜合考慮設(shè)備狀況、人為因素、運(yùn)行環(huán)境和管理因素這四個(gè)主要引起儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的因素，建立LNG儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

由圖1可知，LNG儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系總共有18個(gè)評(píng)判指標(biāo)，包括設(shè)備狀況、人為因素、運(yùn)行環(huán)境、管理因素4個(gè)一級(jí)評(píng)判指標(biāo)，以及儲(chǔ)罐質(zhì)量、閥門密閉性、法蘭密閉性、安全閥、業(yè)務(wù)素質(zhì)、身體素質(zhì)、安全意識(shí)、安全行為、LNG泄漏、安全監(jiān)控系統(tǒng)、平面布置、安全管理、教育培訓(xùn)、應(yīng)急處置14個(gè)二級(jí)評(píng)判指標(biāo)。

3　模糊綜合評(píng)價(jià)分析

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)用模糊變換原理和隸屬度原則，利用定量的數(shù)學(xué)方法來(lái)解決非定量的、難以明確定義的安全問(wèn)題，對(duì)被評(píng)價(jià)事物及其所有相關(guān)因素之間進(jìn)行的一種綜合評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)法有六個(gè)基本要素：評(píng)判因素集、權(quán)重集、評(píng)判集、評(píng)判矩陣、合成算子、評(píng)判結(jié)果向量。其方法如下：

（1）確定進(jìn)行模糊綜合評(píng)判的目標(biāo)。

（2）建立評(píng)判因素集。因素集是指以所要評(píng)價(jià)的系統(tǒng)中影響評(píng)判的所有因素為元素的集合，通常用U表示，即：

上式中 u（ii=1，2，…，n）代表系統(tǒng)中影響評(píng)判的各因素，即評(píng)判指標(biāo)。

（3）確定權(quán)重集。通常情況下，因素集U中各因素對(duì)系統(tǒng)安全的影響程度是不同的，為反應(yīng)出各因素的重要程度，對(duì)各因素附加一個(gè)權(quán)重系數(shù)，各因素權(quán)重系數(shù)組成集合W，簡(jiǎn)稱為權(quán)重集，即：

（4）建立評(píng)判集。評(píng)判集是被評(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，通常以V來(lái)表示，即：

（5）建立模糊評(píng)判矩陣。根據(jù)實(shí)際情形，確定因素集U中每一個(gè)不能定量描述的影響因素的權(quán)重值。建立的模糊評(píng)判矩陣通常用R表示，即；

上式中ijr表示指標(biāo)iu獲得評(píng)語(yǔ)jv的權(quán)重值，即指標(biāo)iu對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果jv的隸屬關(guān)系。

（6）選擇模糊合成算子，利用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜合評(píng)判分析（圖2）。評(píng)判模型為 BWR=o，合成算子最常用的是“取大取小算子”和“乘與和算子”，表示W(wǎng)與R所用的計(jì)算方法，也就是合成方法。

表3　評(píng)價(jià)因素權(quán)重值

表4　各評(píng)判指標(biāo)等級(jí)模糊評(píng)價(jià)表

表5　LNG儲(chǔ)罐安全運(yùn)行綜合評(píng)價(jià)等級(jí)百分制分?jǐn)?shù)

4　模擬計(jì)算分析

層次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）是一種簡(jiǎn)便和實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法，用來(lái)確定各評(píng)判指標(biāo)的權(quán)重，它是將復(fù)雜問(wèn)題按相互之間的關(guān)系劃分成有序的層次結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)兩兩比較圖中各因素的重要性，將比較結(jié)果構(gòu)造成判斷矩陣，并得出各指標(biāo)的相對(duì)重要性總排序。

在實(shí)際中，確定各指標(biāo)因素的相對(duì)重要性需要組成專家評(píng)價(jià)組，本文采用改進(jìn)后的層次分析法和模擬數(shù)據(jù)，通過(guò)比較評(píng)價(jià)指標(biāo)間兩兩重要程度，采用9/9～18/2比率標(biāo)度法，得出判斷矩陣。將設(shè)備狀況u1、人為因素u2、運(yùn)行環(huán)境u3、管理因素u4四個(gè)主因素建立指標(biāo)體系，得到權(quán)重分配矩陣P，如表1所示。

轉(zhuǎn)換成判斷矩陣P為：

將判斷矩陣P列正規(guī)化、按行求平均和歸一化處理，得權(quán)重向量W=（0.505，0.287，0.143，0.065），根據(jù)W計(jì)算判斷矩陣P的最大特征根 λmax（P）=4.198，同時(shí)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

上式中， CI為判斷矩陣的一致性指標(biāo)， RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)， CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，這里n=4，參考表2中n=4時(shí)對(duì)應(yīng)的 RI， RI=0.90，計(jì)算得一致性比率 CR=0.073＜0.1，表示判斷矩陣P滿足一致性。

由以上分析可知，計(jì)算求得判斷矩陣P的權(quán)重向量W是有效的，同理可分別計(jì)算出影響上述四個(gè)主因素的各評(píng)價(jià)子因素的權(quán)重值，如表3所示。

把LNG儲(chǔ)罐安全運(yùn)行的不同狀況劃分為5個(gè)不同的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)，得到評(píng)判集V：

V=｛差，及格，中，良，優(yōu)｝

通過(guò)專家組展開(kāi)對(duì)LNG儲(chǔ)罐安全儲(chǔ)存評(píng)判因素相對(duì)于評(píng)判集隸屬度的調(diào)查評(píng)估，建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)模糊評(píng)價(jià)表，即評(píng)判矩陣R，如表4所示。

根據(jù)模糊評(píng)價(jià)計(jì)算公式B=AoR，其中合成算子本文采用“取大取小算子∨-∧”，計(jì)算得到一級(jí)模糊綜合評(píng)判B：

計(jì)算可得b1=（0.05，0.11，0.14，0.29，0.425）；b2=（0.06，0.13，0.13，0.355，0.388）；b3=（0.05，0.12，0.14，0.45，0.32）；b4=（0.04，0.07，0.14，0.48，0.405）。將結(jié)果歸一化處理得總評(píng)價(jià)矩陣B：

接下來(lái)計(jì)算模糊綜合評(píng)判結(jié)果向量 CWB=o，把W=（0.505，0.287，0.143，0.065）代入并將結(jié)果歸一化，得C=（0.055，0.119，0.135，0.281，0.41）。

設(shè)與評(píng)判集V=｛差，及格，中，良，優(yōu)｝相應(yīng)的取值論域F=｛0～60，60～70，70～80，80～90，90～100｝（見(jiàn)表5），計(jì)算得到模糊綜合評(píng)判結(jié)果分值f=75.97～88.69，可判定該LNG儲(chǔ)罐安全運(yùn)行狀況等級(jí)為良。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)模擬計(jì)算表明，基于模糊綜合法的LNG儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是可行的，能較好的與LNG儲(chǔ)罐運(yùn)行狀況相吻合，準(zhǔn)確的反映其風(fēng)險(xiǎn)狀況，具有一定的實(shí)用價(jià)值。根據(jù)LNG儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各因素的評(píng)價(jià)值，可以針對(duì)性的提出LNG儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施：（1）保證LNG儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全性，嚴(yán)格設(shè)備管線密封，控制泄漏源，防止發(fā)生大規(guī)模泄漏；（2）防靜電與防雷擊，嚴(yán)格控制點(diǎn)火源；（3）完善安全規(guī)章制度，制定崗位操作規(guī)程，建立并執(zhí)行有效的應(yīng)急處置程序。

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Fire and explosion were the most common and the consequences of the worst affected among LNG storage tank accident types. For LNG storage tank safety risk analysis had strong fuzziness， this paper used fuzzy comprehensive evaluation method， and the risk assessment system of LNG storage tank was set up considering four major aspects form equipment， personnel， environment and management. The simulation analysis showed that fuzzy comprehensive evaluation method in the application of LNG storage tank risk assessment was feasible.

LNG storage tank；weight；risk assessment；fire and explosion；fuzzy comprehensive evaluation

王若飛（1983—），男，漢族，助理工程師，2010年碩士畢業(yè)于湘潭大學(xué)信號(hào)與信息處理專業(yè)，現(xiàn)主要從事建筑防火及消防監(jiān)督管理工作。