基于模糊綜合法的L－CNG加氣站風險評價研究＊

蔣 藝 黃 坤 李 欣 賀煥婷 王怡佳 沈坤蓉

（1．西南石油大學石油工程學院

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)保性和經濟性，呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展趨勢［1］。L－CNG 加氣站是能將LNG通過加壓、氣化轉化成CNG，并為CNG汽車儲氣瓶充裝車用CNG的加氣站。L－CNG加氣站數量逐漸增多，同時站內新增低溫、高壓設備，不易管理。因此，提高L－CNG加氣站的安全性尤為重要［2］。運用模糊數學的原理和方法，對L－CNG加氣站的潛在危險因素進行安全評價，根據計算結果，可預見潛在的事故狀況，提出有針對性的L－CNG加氣站安全防范措施［3－4］。

1 風險分析

L－CNG加氣站是在LNG加氣站的基礎之上增加了液體高壓泵、高壓氣化器等裝置。在加氣站設計、建造和運行過程中，結合行業(yè)的安全標準規(guī)范和管理經驗，確定影響加氣站安全的主要風險因素。

（1）人為因素。由于工作人員的專業(yè)知識缺乏、安全意識差、責任感不強、違章作業(yè)等，均會給L－CNG加氣站的安全帶來較大威脅。加氣站未加強人員的管理培訓、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）設備因素。L－CNG加氣站使用的低溫設備若質量出現(xiàn)問題或操作不當，可能引發(fā)LNG泄漏。在充注LNG時，由于LNG儲罐充注前后罐內液體的密度和成分差異可能會引起劇烈氣化和儲罐超壓現(xiàn)象，若液位過低會使泵抽空；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高壓氣化器和儲存設備必須能夠有效地達到所規(guī)定的技術標準；加氣工人或駕駛人員誤操作將加氣機拉倒或高壓管拉斷，導致天然氣泄漏［5］；LNG輸送管道內液體因吸熱、摩擦及壓力降等原因，會使管道震動，甚至發(fā)生爆裂。

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

2 評價指標體系的建立

結合L－CNG加氣站行業(yè)的安全標準規(guī)范，如GB／T20368－2012《液化天然氣（LNG）生產、儲存和裝運》、GB／T 26980－2011《液化天然氣（LNG）車輛燃料加注系統(tǒng)規(guī)范》等相關資料，建立了以下評價指標體系，如圖1所示。

3 模糊綜合評價方法

模糊綜合評價法是以模糊數學理論為基礎，應用模糊變換的原理，將評價指標體系中的因素定量化，從而進行綜合評價的方法，特別適合于用來解決那些非定量的、難以明確定義的實際問題［7］。其步驟如下：

（1） 建立評判因素集：

式中，單因素ui（i＝1，2，…，n）為評價對象的各種因素，即評價指標。對應指標的權重集為：

式中，權重ai（i＝1，2，…，m）表示指標ui在該因素集中的重要程度。

（2） 建立評語集：

式中，單因素vj（j＝1，2，…，m）為評價中的評價等級，評語集是被評價對象的評價結果所組成的集合，體現(xiàn)評價的模糊特性。

（3） 建立模糊評價矩陣：

根據現(xiàn)場實際情況，確定U中每一個不能定量描述的影響因素的權重值。所建立的模糊評價矩陣為R：

式中，rij表示指標ui獲得vj評語的權重集，即因素ui對應等級vj的隸屬關系。

（4） 確定評價因素權重向量W：

式中，wi為權重向量的分配，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，會得到不同的評價結果，本文采用“取大取小算子∧－∨”。

圖2為模糊綜合評價方法的流程原理圖［8］。

4 實例計算

層次分析法A HP（Anal ytic Hierarchy Pr ocess）是一種簡便、實用的多準則決策方法，由美國運籌學家T．L Saaty教授［9］于20世紀70年代初提出。本文采用改進后的層次分析法來確定各指標權重，通過兩兩比較其重要程度，采用9／9～18／2標度法［10－12］得到權重分配矩陣A。如表1所列。

表1 主因素權重分配表Table 1 Allocation table of main factor weights

采用和積法求解權重分配矩陣，求其特征向量和特征根，并進行一次性檢驗。

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

通過歸一化處理，W＝｛0．387，0．435，0．178｝，根據權重向量W計算權重分配矩陣A的最大特征根：

式中，λmax為權重分配矩陣A的最大特征根，n為評價因素個數，同時進行一次性檢驗［13］：

式中，CI和RI均為一致性檢驗指標。RI為當指標數為n時的平均一致性指標。這里n＝3，取RI＝0．58。

由此可見，計算求得的權重是有效的。同理，可分別計算出各評價子因素的權重值，如表2所示。

表2 評價因素權重表Table 2 Evaluation factors weight table

將L－CNG加氣站的安全綜合評價等級分為優(yōu)、良、中、及格和差5個等級。雖然每個因素對加氣站安全的影響程度不同，即權重值大小不同，但它們對加氣站安全評價與優(yōu)化都是必不可少的。專家組對該加氣站的評價如表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算，運算得出一級模糊評價

計算可得 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）。將結果歸一化處理得到總評價矩陣B。接下來，計算綜合評價結果矩陣C＝W 。B。通過計算并將結果歸一化處理得：C＝（0．361，0．361，0．185，0．092，0）。對評價等級 V＝｛優(yōu)，良，中，及格，差｝，從而得到與評價等級V相應的取值論域，即計算得出評價對象的綜合分值f＝89．91～79．91，可判定該L－CNG加氣站的安全狀況為良。

5 結論

在L－CNG加氣站行業(yè)的安全標準規(guī)范基礎上，建立了評價指標體系，該體系符合L－CNG加氣站的風險因素情況。通過運算結果分析，模糊綜合法在L－CNG加氣站風險評價中的應用是可行的，計算結果與L－CNG加氣站運營狀況吻合較好，能準確地反映加氣站的風險狀況。因此，該方法具有一定的實用價值。根據各項安全指標的評價值，可為有針對性地提出L－CNG加氣站內的風險應對措施提供重要信息。同時，由于風險評價的復雜性和多樣性，對L－CNG加氣站安全評價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，以便對加氣站做出更有效的評價，以減少危險事故的發(fā)生。

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