基于模糊綜合法的LNG儲罐風險評價研究

王若飛（永州市公安消防支隊，湖南永州 425200）

基于模糊綜合法的LNG儲罐風險評價研究

王若飛
（永州市公安消防支隊，湖南永州 425200）

LNG儲罐火災爆炸是最常見和后果影響最嚴重的事故類型，針對LNG儲罐安全存儲風險分析具有較強的模糊性，本文采用模糊綜合評價方法，從設備、人員、環境和管理四個方面考慮對LNG儲罐安全存儲的影響，建立LNG儲罐風險評價體系。通過模擬計算分析可知，模糊綜合法在LNG儲罐風險評價中的應用是可行的。

LNG儲罐 權重 風險評價 火災爆炸 模糊綜合評價

液化天然氣以其高效、清潔、經濟等優點越來越受到青睞，LNG作為一種“環境友好”新能源，市場前景廣闊。在整個LNG產業鏈中，LNG儲罐是重要的中轉站。同時，LNG具有易燃易爆的危險性，而且儲存溫度較低，這就需提高儲存設備和運輸工具的安全性和可靠性。運用模糊數學的原理和方法，對LNG儲罐潛在的危險因素進行安全評價，可預防火災爆炸等重大事故的發生，提出針對性的安全防范措施，保障LNG儲罐安全運行，提高LNG儲罐系統的安全性，對于LNG行業的安全生產具有十分重要的意義。

1　LNG儲罐火災爆炸風險分析

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

LNG的主要組成成分是甲烷，其儲存溫度為-162℃，具有低溫、易揮發擴散和易燃易爆的特性。泄漏的液化天然氣吸收熱量蒸發，其蒸氣與空氣的混合物具有爆炸性，其爆炸極限為5%～15%（體積分數），這時一旦遇到點火源，極易引起火災爆炸事故。

LNG在儲存過程中存在的火災爆炸事故主要包括：（1）LNG大量泄漏到地面低洼處形成液池，這時如果在液池周圍存在有點火源那么就會引發池火災；（2）LNG在輸送設施、管網內泄漏時馬上被點燃產生噴射火；（3）LNG泄漏后形成的蒸氣云被點燃產生的閃火；（4）LNG一旦發生泄漏，剛開始比空氣重，會在地面低洼的地方積聚并發生初始氣化，在氣化過程中又從周圍環境中不斷吸收熱量，隨著時間推移，天然氣的溫度逐漸與周圍空氣接近，并變得比空氣輕。在這種狀態下，天然氣產生的蒸氣會隨空氣流動擴散到其他地方，一旦達到爆炸極限濃度，并遭遇外界點火源，就會引發蒸氣云爆炸。

2　建立評價指標體系

表2　平均隨機一致性指標

在LNG儲存過程中，儲罐的安全存儲是設備、人員和環境等因素綜合決定的，結合LNG行業的安全標準規范，綜合考慮設備狀況、人為因素、運行環境和管理因素這四個主要引起儲罐發生火災爆炸事故的因素，建立LNG儲罐安全評價指標體系，如圖1所示。

由圖1可知，LNG儲罐安全評價指標體系總共有18個評判指標，包括設備狀況、人為因素、運行環境、管理因素4個一級評判指標，以及儲罐質量、閥門密閉性、法蘭密閉性、安全閥、業務素質、身體素質、安全意識、安全行為、LNG泄漏、安全監控系統、平面布置、安全管理、教育培訓、應急處置14個二級評判指標。

3　模糊綜合評價分析

模糊綜合評價法是以模糊數學理論為基礎，應用模糊變換原理和隸屬度原則，利用定量的數學方法來解決非定量的、難以明確定義的安全問題，對被評價事物及其所有相關因素之間進行的一種綜合評價。模糊綜合評價法有六個基本要素：評判因素集、權重集、評判集、評判矩陣、合成算子、評判結果向量。其方法如下：

（1）確定進行模糊綜合評判的目標。

（2）建立評判因素集。因素集是指以所要評價的系統中影響評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）代表系統中影響評判的各因素，即評判指標。

（3）確定權重集。通常情況下，因素集U中各因素對系統安全的影響程度是不同的，為反應出各因素的重要程度，對各因素附加一個權重系數，各因素權重系數組成集合W，簡稱為權重集，即：

（4）建立評判集。評判集是被評價對象的評價結果所組成的集合，體現評價的模糊特性，通常以V來表示，即：

（5）建立模糊評判矩陣。根據實際情形，確定因素集U中每一個不能定量描述的影響因素的權重值。建立的模糊評判矩陣通常用R表示，即；

上式中ijr表示指標iu獲得評語jv的權重值，即指標iu對應評價結果jv的隸屬關系。

（6）選擇模糊合成算子，利用模糊綜合評價方法進行綜合評判分析（圖2）。評判模型為 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與R所用的計算方法，也就是合成方法。

表3　評價因素權重值

表4　各評判指標等級模糊評價表

表5　LNG儲罐安全運行綜合評價等級百分制分數

4　模擬計算分析

層次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）是一種簡便和實用的多準則決策方法，用來確定各評判指標的權重，它是將復雜問題按相互之間的關系劃分成有序的層次結構圖，通過兩兩比較圖中各因素的重要性，將比較結果構造成判斷矩陣，并得出各指標的相對重要性總排序。

在實際中，確定各指標因素的相對重要性需要組成專家評價組，本文采用改進后的層次分析法和模擬數據，通過比較評價指標間兩兩重要程度，采用9/9～18/2比率標度法，得出判斷矩陣。將設備狀況u1、人為因素u2、運行環境u3、管理因素u4四個主因素建立指標體系，得到權重分配矩陣P，如表1所示。

轉換成判斷矩陣P為：

將判斷矩陣P列正規化、按行求平均和歸一化處理，得權重向量W=（0.505，0.287，0.143，0.065），根據W計算判斷矩陣P的最大特征根 λmax（P）=4.198，同時進行一致性檢驗：

上式中， CI為判斷矩陣的一致性指標， RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標， CR為判斷矩陣的隨機一致性比率，這里n=4，參考表2中n=4時對應的 RI， RI=0.90，計算得一致性比率 CR=0.073＜0.1，表示判斷矩陣P滿足一致性。

由以上分析可知，計算求得判斷矩陣P的權重向量W是有效的，同理可分別計算出影響上述四個主因素的各評價子因素的權重值，如表3所示。

把LNG儲罐安全運行的不同狀況劃分為5個不同的綜合評價等級，得到評判集V：

V=｛差，及格，中，良，優｝

通過專家組展開對LNG儲罐安全儲存評判因素相對于評判集隸屬度的調查評估，建立各評價指標等級模糊評價表，即評判矩陣R，如表4所示。

根據模糊評價計算公式B=AoR，其中合成算子本文采用“取大取小算子∨-∧”，計算得到一級模糊綜合評判B：

計算可得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）。將結果歸一化處理得總評價矩陣B：

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

設與評判集V=｛差，及格，中，良，優｝相應的取值論域F=｛0～60，60～70，70～80，80～90，90～100｝（見表5），計算得到模糊綜合評判結果分值f=75.97～88.69，可判定該LNG儲罐安全運行狀況等級為良。

5　結語

通過模擬計算表明，基于模糊綜合法的LNG儲罐風險評價是可行的，能較好的與LNG儲罐運行狀況相吻合，準確的反映其風險狀況，具有一定的實用價值。根據LNG儲罐安全評價指標體系中各因素的評價值，可以針對性的提出LNG儲罐火災爆炸風險應對措施：（1）保證LNG儲罐的本質安全性，嚴格設備管線密封，控制泄漏源，防止發生大規模泄漏；（2）防靜電與防雷擊，嚴格控制點火源；（3）完善安全規章制度，制定崗位操作規程，建立并執行有效的應急處置程序。

［1］王鵬.LNG儲運安全措施探討［J］.長江大學學報，2010，7（3）：246-266.

［2］張繼國，余齊杰.LNG儲罐爆炸和火災危險性定量分析［J］.石油化工安全環保技術，2014，30（2）：36-40.

［3］蔣慧鋒.LNG儲罐火災爆炸危險性研究［D］.中國石油大學（華東），2012.

［4］張琳，蘇欣，丁俊剛.加氣站安全模糊綜合評價模型［J］.天然氣技術，2007（6）：84-86.

［5］Kandel A. Thomas L. Saaty The Analytic Hierarchy Process-Planning，Priority Setting， Resource Allocation McGraw-Hill Base ［J］.Fuzzy Sets & Systems， 1983， 9（1）：216-217.

［6］王立民，楊振宇，白漢斌，等.層次分析法中的指數型標度問題研究［J］.無線電工程，2010，40（8）：62-64.

［7］曲生.層次分析法的改進及在安全決策中應用的研究［J］.中國安全生產科學技術，2009（5）：111-114.

［8］蔡海鷗，張若欣.AHP一致性的概率檢驗法［J］.數學的實踐與認識，2010，40（7）：154-160.

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年碩士畢業于湘潭大學信號與信息處理專業，現主要從事建筑防火及消防監督管理工作。