液化石油氣鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李博，董姣姣

大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028

0 引言

隨著工業(yè)氣體的廣泛應(yīng)用，氣體類危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸量逐年上升，裝載氣體類危險(xiǎn)貨物罐車的數(shù)量逐年增加，其中，罐車裝運(yùn)液化石油氣(liquefied petroleum gas, LPG)的數(shù)量最多[1]。液化石油氣在運(yùn)輸中一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成嚴(yán)重后果。為此，研究液化石油氣鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的影響因素，對(duì)保證運(yùn)輸安全尤為重要。劉洪亮等[2]從提高鐵路罐車安全附件安全性能的角度出發(fā)，分析其技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，以達(dá)到消除或最大限度降低安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。邊可[3]運(yùn)用危險(xiǎn)與可操作性分析方法識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)因子，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論并借助MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型的構(gòu)建與檢驗(yàn)。黃定儀[4]通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和事故樹方法分析2類泄漏事故的安全影響因素，建立液化氣體鐵路罐車泄漏事故運(yùn)輸系統(tǒng)模型，利用馬爾科夫方法對(duì)已知故障率的罐車運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。

LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的影響因素很多，各因素間存在復(fù)雜的相互影響關(guān)系。鐵路罐車運(yùn)輸事故不是單一影響因素的作用結(jié)果，而是由多個(gè)影響因素協(xié)同作用所致，但目前針對(duì)LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的研究較少，且大都未考慮指標(biāo)間的相互作用對(duì)運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的影響，故本文研究采用改進(jìn)的相互作用矩陣分析各影響因素間的耦合協(xié)同作用，建立適用于LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)模型，以期能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)LPG鐵路罐車的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立客觀合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的前提。分析國內(nèi)外LPG鐵路罐車運(yùn)輸事故案例，結(jié)合國家有關(guān)生產(chǎn)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及鐵路罐車運(yùn)輸實(shí)踐相關(guān)規(guī)章制度，采用安全科學(xué)系統(tǒng)理論中的5M分析方法，從人員、環(huán)境、機(jī)械設(shè)施、管理和LPG自身5方面出發(fā)，遵循科學(xué)性、完備性和簡便性的基本原則，構(gòu)建LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)說明

1)人員。在LPG鐵路罐車運(yùn)輸過程中，工作人員的素質(zhì)是保證運(yùn)輸安全的重要條件，合格的工作人員應(yīng)具有符合相關(guān)規(guī)范要求的資質(zhì)證書、較高的業(yè)務(wù)技術(shù)水平和較強(qiáng)的安全防范意識(shí)。當(dāng)有事故隱患時(shí)可及時(shí)糾正不適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)行為和錯(cuò)誤操作，或當(dāng)事故已發(fā)生時(shí)能及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施以阻止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2)環(huán)境。裝卸車作業(yè)線的布置對(duì)保證安全運(yùn)輸至關(guān)重要；復(fù)雜的道路條件會(huì)使罐車劇烈顛簸或受到其他不良影響，導(dǎo)致安全附件閥門密封不良[5-6]；罐車周圍環(huán)境存在靜電(火花)或明火時(shí)LPG易發(fā)生泄漏[7]，也將導(dǎo)致事故。

3)機(jī)械設(shè)施。LPG罐車焊縫較多，當(dāng)檢修手段不全面時(shí)，存在安全隱患，可能會(huì)造成事故[8-9]；LPG罐車的安全附件種類繁多，在眾多事故中，往往是安全附件出現(xiàn)故障造成LPG泄漏，若泄漏未及時(shí)處理，則會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等次生事故。鐵路罐車液位計(jì)的正常工作是保證LPG充裝量的關(guān)鍵，溫度計(jì)和壓力表是測(cè)量罐內(nèi)LPG技術(shù)參數(shù)的重要儀表。此外，與LPG儲(chǔ)運(yùn)有關(guān)的場(chǎng)所都應(yīng)配置符合規(guī)范的消防設(shè)施，用于火災(zāi)事故的施救。

4)管理。在安全管理過程中，為了充分發(fā)揮管理工作人員和設(shè)備的作用，必須有完善的管理制度；工作人員需定期進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，使其作業(yè)技能不斷提高；作業(yè)區(qū)等應(yīng)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀等。

5)LPG。隨著壓力和溫度升高，LPG的膨脹系數(shù)和密度增大。LPG的溫度每升高1 ℃，體積將膨脹0.3%～0.4%，壓力上升2.2～3.2 MPa，若罐車設(shè)計(jì)壓力低于此時(shí)LPG的壓力，將發(fā)生物理性爆炸，故需要時(shí)刻關(guān)注罐內(nèi)LPG的溫度和壓力[10-13]。

2 改進(jìn)的相互作用矩陣

2.1 相互作用矩陣

相互作用矩陣[14]運(yùn)用到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的主要思想是：將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)象看作是一個(gè)系統(tǒng)，利用影響系統(tǒng)的主要風(fēng)險(xiǎn)因素形成一個(gè)表示多因素互相作用、彼此影響的矩陣，進(jìn)而借助該矩陣對(duì)各因素的作用程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。此方法一方面遵循常規(guī)評(píng)價(jià)的研究思路，研究各因素對(duì)系統(tǒng)的影響程度；另一方面，特別考慮各影響因素間的耦合作用對(duì)系統(tǒng)的影響，尤其適用于研究多影響因素協(xié)同作用下的復(fù)雜問題[15-16]。

相互作用矩陣較傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算多個(gè)影響因素對(duì)目標(biāo)共同作用時(shí)，考慮了諸多因素之間的交互作用。以m個(gè)影響因素形成一個(gè)m×m的方陣為例，把目標(biāo)相關(guān)因素的風(fēng)險(xiǎn)值列在主對(duì)角線上，把一個(gè)因素對(duì)另一個(gè)因素的作用對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的風(fēng)險(xiǎn)值分別列在非主對(duì)角線上[17-18]，即得到相互作用矩陣

(1)

式中：p1，p2，…，pm分別為影響系統(tǒng)的m個(gè)因素的風(fēng)險(xiǎn)值，位于相互作用矩陣的主對(duì)角線上；矩陣非主對(duì)角線上pij為因素xi對(duì)因素xj的作用對(duì)系統(tǒng)的影響，pij、pji通常通過經(jīng)驗(yàn)判斷、數(shù)值分析、實(shí)驗(yàn)研究等方法獲取[19]。

由于多數(shù)情況下兩個(gè)因素之間的相互影響程度不一致，故該矩陣一般不具有對(duì)稱性。采取“專家半定量取值法”對(duì)因素間相互作用的影響程度進(jìn)行賦值：無影響或影響微小、影響小、影響中等、影響大、影響很大的賦值分別為0、1、2、3、4，相互作用程度越大，說明該因素在系統(tǒng)中的作用越大，因此可利用相互作用矩陣確定研究問題中各因素的重要程度[20]。

確定第i個(gè)影響因素的權(quán)重

(2)

2.2 C-OWA算子確定矩陣元素

傳統(tǒng)賦權(quán)方法在確定指標(biāo)權(quán)重的過程中均不可避免地受到被調(diào)查專家主觀偏好的影響，C-OWA算子可較好地解決這一問題，故將該算子引入相互作用矩陣模型[21-23]。

1)邀請(qǐng)n位專家對(duì)指標(biāo)xi進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性賦值(0,1,2,…，10)，將專家的打分由高到低降序排列，且從0開始編號(hào)，即得b0≥b1≥bh…≥bk，k=0,1,2,…，n-1。

2)確定bh的權(quán)重

(3)

3)利用σh+1對(duì)數(shù)據(jù)bh加權(quán)，得第i個(gè)影響因素的風(fēng)險(xiǎn)值

(4)

同理得非主對(duì)角線上的pij和pji。

2.3 LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

為定量描述LPG鐵路罐車的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)程度，可借助鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)來評(píng)判其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)實(shí)際的鐵路罐車運(yùn)輸管理及國內(nèi)外綜合評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)可知，該系數(shù)越大，LPG鐵路罐車運(yùn)輸?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)

(5)

式中：RLm為第m個(gè)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)；fi(p1，p2，…，pm)為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素影響值函數(shù)，fi=pi/max[d]，其中，d為18個(gè)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)賦值，d=(0，1，2，…，10)。

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分，按照RL的大小將風(fēng)險(xiǎn)分為5級(jí)，從Ⅰ～Ⅴ風(fēng)險(xiǎn)依次升高，如表1所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3 案例分析

3.1 利用C-OWA算子確定矩陣元素

以河北某企業(yè)LPG鐵路罐車運(yùn)輸為例，邀請(qǐng)5位專家按照相互作用矩陣對(duì)風(fēng)險(xiǎn)影響因素及相互影響程度分別賦值，分值高低代表指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)大小，列出5位專家(編號(hào)為1～5)對(duì)圖1中18個(gè)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)賦值的結(jié)果，如表2所示。

表2 5位專家對(duì)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)賦值

同理計(jì)算得到矩陣中其他主對(duì)角線元素和非主對(duì)角線上元素的風(fēng)險(xiǎn)值。

3.2 結(jié)果計(jì)算與分析

依據(jù)相互作用矩陣計(jì)算原理，通過式(2)～(4)計(jì)算出各影響因素的權(quán)重并排序。通過式(5)計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)RL，如：RL1=W1f1=0.054 2×6/10=0.003 3，同理計(jì)算RL2～RL18，由此得到RL，具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表1及表3可知：

該LPG鐵路罐車運(yùn)輸處于重度風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。表3中人員的培訓(xùn)及安全防范意識(shí)、安全附件工作狀態(tài)影響權(quán)重較大。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際相符，由此可說明該評(píng)價(jià)方法具有可靠性。

表3 LPG鐵路罐車運(yùn)輸影響因素的風(fēng)險(xiǎn)值、權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系數(shù)

為杜絕重大安全事故發(fā)生，針對(duì)權(quán)重較大的風(fēng)險(xiǎn)因素，采取有效的措施降低風(fēng)險(xiǎn)。如：加強(qiáng)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，制定各崗位責(zé)任、定期召開安全例會(huì)、進(jìn)行應(yīng)急演練等提高工作人員的業(yè)務(wù)能力和安全防范意識(shí)。同時(shí)，加強(qiáng)罐車日常保養(yǎng)，提高罐車檢修質(zhì)量，確保檢修以后的罐車能夠安全運(yùn)行[24-26]。

4 結(jié)論

1)從人員、環(huán)境、機(jī)械設(shè)備、管理和液化石油氣5個(gè)方面提取18個(gè)LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)影響因素，建立LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2)在考慮多個(gè)影響因素耦合協(xié)同作用的基礎(chǔ)上，運(yùn)用相互作用矩陣對(duì)LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)影響因素間的相互作用進(jìn)行分析，并引入C-OWA算子以減少專家主觀偏好的影響，建立適用于LPG鐵路罐車運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)模型，得到影響因素的權(quán)重及權(quán)重排序，針對(duì)權(quán)重較大的影響因素可采取針對(duì)性的預(yù)防措施，避免LPG鐵路罐車運(yùn)輸事故的發(fā)生。