基于結(jié)構(gòu)方程模型煤焦化消防安全影響因素研究

彭 偉 臧 雪 謝 奇 張 艷 任俊生

（安徽理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 安徽淮南 232001）

近年來(lái)，我國(guó)煤焦化行業(yè)迅速發(fā)展，使煤焦化企業(yè)在規(guī)模和產(chǎn)品上呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)[1]（P29），化工廠由成百上千相互毗鄰的危險(xiǎn)設(shè)施組成，通常具有高度復(fù)雜性和相互依賴性。這些儲(chǔ)存、運(yùn)輸或處理易燃、易爆物質(zhì)（例如煤焦油、粗苯、煤氣、煤粉塵等）的裝置通常處于高溫高壓條件下，處理不當(dāng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起火災(zāi)、爆炸[2]。我國(guó)多家化工企業(yè)被政府強(qiáng)制關(guān)停，安全風(fēng)險(xiǎn)已成為我國(guó)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的障礙。大量使用危險(xiǎn)化學(xué)物品可能帶來(lái)更加嚴(yán)峻的消防工作形勢(shì)，有必要采取合理的方法研究煤焦化企業(yè)消防安全致災(zāi)因素，以采取有效措施，遏制煤焦化企業(yè)火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生，如賈軍等[3]從原料、產(chǎn)品危險(xiǎn)性、工藝危險(xiǎn)性單方面定性分析了煤化工生產(chǎn)過(guò)程中的危險(xiǎn)性；曹勇兵等[4]從定性分析的角度，針對(duì)化工企業(yè)設(shè)備、工藝、消防設(shè)施、安全生產(chǎn)管理、信息化管理、專業(yè)處置能力存在的問(wèn)題，提出針對(duì)化工企業(yè)提升火災(zāi)防御能力的對(duì)策措施；杜學(xué)良等[5]簡(jiǎn)述了煤焦化工業(yè)生產(chǎn)工藝，分析了安全管理存在的問(wèn)題；Amine Dakkoune 等[6]通過(guò)對(duì)大量事故進(jìn)行分析，采用半定量分析的方法，證實(shí)了化工事故主要與操作者失誤有關(guān)；Song等[7]人提出并分析了一種新的可數(shù)字化應(yīng)用的化工廠動(dòng)態(tài)半定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型。該模型為化工廠和化工園區(qū)管理者的安全管理提供了一種可持續(xù)、規(guī)范、全面的管理策略；Chen 和Genserik Reniers[2]得出定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等更為先進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)分析方法有待進(jìn)一步普及；姜贊等[8]闡述了煤焦化企業(yè)應(yīng)優(yōu)先管控對(duì)其消防安全管理影響較大的因素，提升企業(yè)的消防安全管理水平。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤焦化企業(yè)消防安全影響因素的研究絕大多數(shù)采用定性或半定量的方法。在實(shí)際生產(chǎn)中，煤焦化廠涉及的消防安全因素繁多且復(fù)雜，影響因素難分主次，因此，探究影響因素間的因果關(guān)系和重要性具有重要意義。本文在消防安全相關(guān)理論的支持下，對(duì)影響煤焦化消防安全的因素進(jìn)行實(shí)證調(diào)查研究，運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation model，SEM）驗(yàn)證影響因素的可靠性、穩(wěn)定性，從而干預(yù)煤焦化企業(yè)安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

一、煤焦化消防安全影響因素確定

（一）煤焦化關(guān)鍵工藝介紹。煤焦化生產(chǎn)過(guò)程中，煤氣凈化為關(guān)鍵工藝，中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品多具有易燃性、易爆性和腐蝕性，火災(zāi)發(fā)生率高、防范難度大，若消防安全管理、設(shè)施、工藝等方面不完善，操作過(guò)程中稍有疏忽，就會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生，甚至導(dǎo)致重大火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。煤焦化關(guān)鍵工藝流程如圖1所示。

圖1 煤焦化關(guān)鍵工藝流程圖

從氣液分離器來(lái)的焦?fàn)t煤氣，進(jìn)入橫管式初冷器冷卻，冷卻后的煤氣進(jìn)入電捕焦油器，焦油沉淀，煤氣從焦油器頂部出來(lái)，進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)壓縮送至脫硫、洗氨塔，與循環(huán)洗油逆流接觸，焦?fàn)t煤氣中剩余的大部分萘被吸收，從洗氨塔出來(lái)的焦?fàn)t煤氣從洗苯塔下部進(jìn)入，與塔項(xiàng)噴灑的貧油逆流接觸，脫苯后的煤氣進(jìn)入煤氣管網(wǎng)。洗滌來(lái)的洗滌富液，進(jìn)入脫酸蒸氨一體塔，蒸出99%的H2S、HCN、CO2。

由鼓冷送來(lái)的剩余氨水經(jīng)氣浮除焦油器除去焦油后送入原料氨水槽，氨水中的酚被溶劑油萃取進(jìn)入循環(huán)油內(nèi)，排出的脫酚氨水經(jīng)處理進(jìn)入氨水中間槽，用氨水泵送去脫酸蒸氨塔。酸氣進(jìn)入克勞斯?fàn)t燃燒生成硫[9]。

（二）影響因素的確定。本文從煤焦化企業(yè)消防安全的角度出發(fā)，在已有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤焦化火災(zāi)爆炸事故，歸納煤焦化消防安全影響指標(biāo)。在檢索、篩選、總結(jié)和分析相關(guān)文獻(xiàn)研究的指標(biāo)后，結(jié)合煤焦化企業(yè)的相關(guān)法規(guī)和防火標(biāo)準(zhǔn)，提取出煤焦化消防安全影響指標(biāo)，通過(guò)SPSS25.0軟件對(duì)子因素進(jìn)行主成分分析如表1 所示，得到消防設(shè)施及應(yīng)急救援、工藝防火、建筑防火和消防安全管理4個(gè)主成分。

表1 煤焦化消防安全影響指標(biāo)及指標(biāo)來(lái)源

二、問(wèn)卷調(diào)查

（一）問(wèn)卷設(shè)計(jì)及樣本分析。使用問(wèn)卷調(diào)查獲取研究數(shù)據(jù)，問(wèn)卷分為兩部分，第一部分收集調(diào)研對(duì)象基本信息，包括性別、年齡、工作性質(zhì)等；第二部分收集調(diào)研對(duì)象對(duì)煤焦化消防安全影響因素重要程度的判斷。依據(jù)Likert五級(jí)量表將評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)置為5個(gè)級(jí)別，分別是1為“非常不重要”、2為“較為不重要”、3為“一般重要”、4為“較為重要”和5為“非常重要”。通過(guò)“問(wèn)卷星”（https://www.wjx.cn/）網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)放，共回收問(wèn)卷325 份，其中有效問(wèn)卷301份，有效率92.62%。調(diào)研對(duì)象男性占總?cè)藬?shù)的80%，基本符合煤化工行業(yè)就業(yè)人員性別比例，反映了問(wèn)卷的真實(shí)性。

（二）信度分析。信度檢驗(yàn)是判斷測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性的手段，表示測(cè)量結(jié)果被反復(fù)檢驗(yàn)后能否穩(wěn)定測(cè)量到預(yù)期的結(jié)果。通常使用SPSS 軟件可靠性分析中的克朗巴哈系數(shù)（Cronbach’s α）的大小來(lái)衡量測(cè)量量表的信度，當(dāng)克朗巴哈系數(shù)大于0.7時(shí)，表示量表具有良好的信度。可靠性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，信度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表2 信度檢驗(yàn)結(jié)果

表3 信度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表2信度分析結(jié)果可知，觀察變量個(gè)案克朗巴哈系數(shù)α 均高于0.8，總量表的克朗巴哈系數(shù)α 大于0.7，表明量表穩(wěn)定性良好，并且量表題項(xiàng)內(nèi)部一致性較高，可以用于后續(xù)的效度分析。

（三）效度分析。效度分析是通過(guò)SPSS軟件中的降維因子分析來(lái)判斷量表測(cè)量的是否有效，測(cè)量的結(jié)果與想要測(cè)量的內(nèi)容是否吻合。效度高則表示測(cè)量的結(jié)果很好地反映測(cè)量對(duì)象的真實(shí)特征。在預(yù)調(diào)研的基礎(chǔ)上刪除相關(guān)性高以及不屬于相同維度的題項(xiàng)，保證實(shí)際測(cè)量結(jié)果與想要測(cè)量的內(nèi)容高度吻合。具體結(jié)果見(jiàn)表3，KMO檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 KMO和巴特利特球形檢驗(yàn)

表5 KMO檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

效度檢驗(yàn)結(jié)果顯示，KMO的值為0.812，大于0.8，說(shuō)明該量表滿足因子分析的條件，Bartlett 球形檢驗(yàn)卡方值為2527.203，自由度為136，顯著性水平為0.000，小于0.01，綜上所述，測(cè)量數(shù)據(jù)效度高。

三、結(jié)構(gòu)方程模型建模分析

（一）結(jié)構(gòu)方程模型。結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)作為一種基于統(tǒng)計(jì)分析方法的研究方法，是目前解決潛在變量及其復(fù)雜關(guān)系的主要模型，它通常被用來(lái)確定觀察變量和潛在變量之間的關(guān)系。AMOS將結(jié)構(gòu)方程模型可視化，并且提供修正模型的功能，最終輸出最有效的模型，主要包含模型構(gòu)建、模型擬合、模型評(píng)價(jià)和模型修正四個(gè)步驟[20]。SEM由測(cè)量方程和結(jié)構(gòu)方程組成，測(cè)量方程表示觀察變量和潛變量之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)方程表征的是潛變量與潛變量之間的關(guān)系，具體如下：

測(cè)量方程：

式（1）是外生觀察變量X與外生潛變量ξ的關(guān)系；式（2）是內(nèi)生觀察變量Y與內(nèi)生潛變量η的關(guān)系。δ是外生觀察變量X的誤差項(xiàng)；ε是內(nèi)生觀察變量Y的誤差項(xiàng)；Λx是ξ的回歸系數(shù)；Λy是η的回歸系數(shù)。

結(jié)構(gòu)方程：

式（3）中，表示內(nèi)生潛變量ξ和外生潛變量η的關(guān)系。B是隱性潛變量間的系數(shù)矩陣；Γ是隱性觀察變量和隱性潛變量組成的系數(shù)矩陣；ζ是結(jié)構(gòu)方程的殘差。

（二）模型驗(yàn)證。利用AMOS24.0軟件設(shè)計(jì)了關(guān)于煤焦化消防安全影響因素一階驗(yàn)證性因子分析模型。模型的擬合度通常是通過(guò)卡方自由度比、GFI、AGFI、RMSEA等常用指標(biāo)來(lái)檢驗(yàn)的，模型運(yùn)行結(jié)果如圖2所示，各指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表6 結(jié)構(gòu)方程模型主要擬合指標(biāo)臨界值及結(jié)果

圖2 煤焦化消防安全結(jié)構(gòu)方程模型

由表6可知，模型擬合結(jié)果卡方自由度比小于3，GFI、AGFI、CFI均大于0.9，RMSEA小于0.05，數(shù)據(jù)反映了模型整體擬合效果較好，但圖中路徑系數(shù)仍存在問(wèn)題，部分路徑系數(shù)小于0.6，因此需要對(duì)模型進(jìn)行下一步的修正，以提高模型擬合度。

（三）模型修正。

1.消防設(shè)施及應(yīng)急救援指標(biāo)修正。潛變量消防設(shè)施及應(yīng)急救援原有7個(gè)觀察變量D1-D7，修正前后如圖3所示，修正結(jié)果如表7所示。

表7 消防設(shè)施及應(yīng)急救援測(cè)量模型指標(biāo)擬合結(jié)果

圖3 消防設(shè)施及應(yīng)急救援修正前后模型圖

由圖2可知觀察變量D1、D2的路徑系數(shù)分別為0.54、0.56，不滿足因子載荷量大于0.6的條件，因此需要?jiǎng)h除D1、D2后重新擬合，得到擬合后的結(jié)果，基本符合要求。

2.工藝防火指標(biāo)修正。工藝防火影響指標(biāo)共有4個(gè)觀察變量，測(cè)量模型如圖4所示，擬合及修正結(jié)果如表8所示。

表8 工藝防火測(cè)量模型指標(biāo)擬合結(jié)果

圖4 工藝防火測(cè)量修正模型圖

由表8可知工藝防火影響指標(biāo)修正前的X2/df為4.301大于3、RMSEA為0.105大于0.05，均不符合判定標(biāo)準(zhǔn)。MI值是修正指標(biāo)卡方值，將值相差較大的兩個(gè)殘差建立相關(guān)關(guān)系，可以有效改善卡方值偏大的問(wèn)題[21]。通過(guò)修正指數(shù)對(duì)工藝防火影響指標(biāo)初始模型進(jìn)行修正和優(yōu)化，見(jiàn)表9所示。

表9 工藝防火測(cè)量模型指標(biāo)擬合結(jié)果

3.建筑防火、消防安全管理指標(biāo)修正。建筑防火和消防安全管理分別有3個(gè)觀察變量，當(dāng)一個(gè)潛變量只有三個(gè)觀察變量時(shí)，屬于恰好辨識(shí)的狀態(tài)，只有唯一解，無(wú)殘差，此時(shí)只看因子負(fù)荷量（即路徑系數(shù)），大于0.6即為符合。由此可知，建筑防火和消防安全管理影響指標(biāo)擬合結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)需修正。

（四）結(jié)果分析。一階驗(yàn)證性因子分析是為了研究4個(gè)潛變量之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)上述修正后的驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示。從圖5得知，消防安全管理對(duì)工藝防火、消防設(shè)施及應(yīng)急救援、建筑防火的影響系數(shù)分別為0.33、0.19、0.02，消防設(shè)施及應(yīng)急救援對(duì)工藝防火、建筑防火的影響系數(shù)為0.24、0.07，由此可知，消防安全管理和消防設(shè)施及應(yīng)急救援對(duì)工藝防火存在較強(qiáng)的影響。

圖5 煤焦化消防安全影響因素體系的一階驗(yàn)證性因子分析

通過(guò)進(jìn)行二階驗(yàn)證性因子分析，確定各二級(jí)指標(biāo)、一級(jí)指標(biāo)對(duì)消防安全的影響權(quán)重，并確定煤焦化企業(yè)消防安全評(píng)估模型，模型如圖6所示，驗(yàn)證分析得出參數(shù)顯著性估計(jì)和信效度如表10所示，數(shù)據(jù)顯示，消防設(shè)施及應(yīng)急救援的收斂效度AVE為0.434，是可接受的，工藝防火、建筑防火和消防安全管理的收斂效度均大于0.5 且四個(gè)維度的組合信度CR 均大于0.7，說(shuō)明最終修正后的模型信效度較好。

表10 參數(shù)顯著性估計(jì)及信效度分析

圖6 煤焦化消防安全影響因素體系的二階驗(yàn)證性因子分析

根據(jù)修正后的路徑系數(shù)可以用來(lái)表示影響因素的重要程度，進(jìn)而得出煤焦化消防安全影響因素的指標(biāo)權(quán)重，如表11所示，計(jì)算公式如下：

表11 煤焦化消防安全影響因素權(quán)重表

式中，Pi為指標(biāo)權(quán)重，λi表示指標(biāo)路徑系數(shù)。

根據(jù)模型路徑系數(shù)最終得到4 個(gè)潛變量以及對(duì)應(yīng)的15 個(gè)觀察變量的權(quán)重如表11 所示。由表可知，消防設(shè)施及應(yīng)急救援、工藝防火、建筑防火和消防安全管理的權(quán)重分別為22.482%、43.597%、5.862%、28.059%，影響程度從大到小分別為：工藝防火、消防安全管理、消防設(shè)施及應(yīng)急救援、建筑防火，由此可知，工藝防火對(duì)煤焦化企業(yè)消防安全影響最大。

四、結(jié)論

（一）本文通過(guò)發(fā)放問(wèn)卷的方式提取出煤焦化的消防安全影響指標(biāo)17個(gè)，通過(guò)信效度分析，最終確定應(yīng)急救援力量建設(shè)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、安全疏散系統(tǒng)、工藝設(shè)備防火、電氣防火、工藝過(guò)程防火等15個(gè)關(guān)鍵子因素。

（二）運(yùn)用SPSS25.0對(duì)子因素進(jìn)行主成分分析得出，消防設(shè)施及應(yīng)急救援、工藝防火、建筑防火、消防安全管理是影響煤焦化企業(yè)消防安全為主要因素。

（三）運(yùn)用AMOS24.0構(gòu)建煤焦化消防安全影響因素SEM模型，一階驗(yàn)證性因子分析可知，潛變量之間的影響大小順序?yàn)椋合腊踩芾韺?duì)工藝防火的影響＞消防設(shè)施及應(yīng)急救援對(duì)工藝防火的影響＞消防安全管理的消防設(shè)施及應(yīng)急救援影響＞消防設(shè)施及應(yīng)急救援對(duì)建筑防火的影響＞消防安全管理對(duì)建筑防火的影響。在相互影響的關(guān)系中，消防安全管理對(duì)工藝防火的影響最為顯著。

（四）通過(guò)該模型進(jìn)行二階驗(yàn)證性因子分析，將煤焦化消防安全影響因素SEM路徑系數(shù)轉(zhuǎn)化為權(quán)重，得出各一級(jí)指標(biāo)對(duì)消防安全影響大小排序?yàn)椋汗に嚪阑穑鞠腊踩芾恚鞠涝O(shè)施及應(yīng)急救援＞建筑防火。工藝防火和消防安全管理是影響煤焦化企業(yè)消防安全關(guān)鍵因素，該排序可為煤焦化企業(yè)消防安全管理指明方向。