基于突變級數(shù)法的油氣站場應(yīng)急管理能力安全評價

馬軍鵬，郭輝，劉賀宇，歐陽保，梁昌晶

(1. 中國石油華北油田分公司 消防支隊，河北 任丘 062552；2. 中國石油華北油田公司 第一采油廠，河北 任丘 062552；3. 中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司 鉆采裝備銷售公司，天津 300280；4. 中國石油華北油田公司 二連分公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026017)

石油和天然氣是中國能源結(jié)構(gòu)中不可或缺的重要組成部分，管道是實現(xiàn)油氣資源經(jīng)濟、高效輸送的重要手段。目前，國內(nèi)外研究人員對于油氣管道完整性展開了研究，主要集中在管道易損性評價、管網(wǎng)可靠性計算、管網(wǎng)能耗優(yōu)化、重點耗能設(shè)備評價等方面[1-2]，但涉及油氣站場安全性評價方面的研究較少。油氣站場內(nèi)分為油工藝區(qū)和氣工藝區(qū)，較單一介質(zhì)的站場相比，設(shè)備種類繁多、工藝流程復(fù)雜、風(fēng)險源也相對更多，一旦發(fā)生事故容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，對周圍的居民和建筑物產(chǎn)生影響，如2005年英國的邦斯菲爾德油庫爆炸，造成直接經(jīng)濟損失高達2.5億英鎊，因此有必要對油氣站場重大突發(fā)事件的應(yīng)急管理能力展開評價。吳娜[3]通過分析油庫事故應(yīng)急救援體系，預(yù)測了事故發(fā)生時所需的救援物資和運輸能力；黃亮亮等[4]采用CRITIC法和云發(fā)生器評價了石化企業(yè)的應(yīng)急成熟度；馬茂東等[5]采用模糊層次分析法評價了危險行業(yè)安全生產(chǎn)事故的應(yīng)急管理能力。以上研究有一定的借鑒意義，但均停留在對事故發(fā)生時的應(yīng)急管理能力評價，未針對事故的全生命周期進行評價，且在計算各評價指標權(quán)重時存在較強主觀隨意性[6-7]。基于此，從應(yīng)急預(yù)防、應(yīng)急準備、應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急恢復(fù)等四方面出發(fā)，采用突變級數(shù)法評價油氣站場的應(yīng)急管理能力，以期為應(yīng)急管理工作的決策部署提供理論依據(jù)。

1 基于突變級數(shù)法的油氣站場應(yīng)急管理能力模型

1.1 評價體系建立

油氣站場應(yīng)急管理能力受人員、設(shè)備、環(huán)境、不可抗力和管理水平等因素的影響，屬于模糊性、隨機性、不確定性的問題。基于過程管理理論，遵循評價指標系統(tǒng)性、科學(xué)性、可量化性、全面性、動態(tài)性等原則，參考近年來重大油氣站場事故情景開發(fā)模式，將油氣站場應(yīng)急管理過程分為預(yù)防、準備、響應(yīng)、恢復(fù)等四方面，并逐漸梳理每一級的全過程任務(wù)，確定17個二級指標，見表1所列。突變級數(shù)法只需衡量各指標的相對重要程度，無需對各指標的權(quán)重進行定量描述，以應(yīng)急恢復(fù)能力為例，其下二級指標的重要程度從大到小依次為事后評價與反應(yīng)、生產(chǎn)生活恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、應(yīng)急預(yù)案維護。依次類推，其余二級指標的排序類似。

表1 油氣站場應(yīng)急管理能力評級指標體系

1.2 評價指標標準化

由于原始數(shù)據(jù)在取值范圍和量綱上不一致，故需對數(shù)據(jù)進行標準化處理，按照越大越優(yōu)的原則，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～1的指標值，如式(1)所示：

(1)

1.3 突變級數(shù)模型構(gòu)建

突變級數(shù)模型是由法國數(shù)學(xué)家托姆提出，屬于混沌理論和突變理論的分支[8-9]。設(shè)V(x)為突變模型的勢函數(shù)，將V(x)求一階導(dǎo)數(shù)后令V(x)′=0，得到勢函數(shù)的平衡曲面，再對V(x)求二階導(dǎo)數(shù)后令V(x)″=0，獲得該曲面的奇異集。將V(x)′=0和V(x)″=0聯(lián)立后得到分解形式的分歧方程，各種突變模型的分歧方程可用該方法獲得。根據(jù)1.1節(jié)中建立的評價指標體系，狀態(tài)變量的維數(shù)為1，控制變量的維數(shù)不超過5個，即不同層級二級指標的個數(shù)不超過5個，在此主要采用燕尾型、蝴蝶型、棚屋型的突變模型，模型勢函數(shù)和歸一化公式見表2所列。

表2 一維狀態(tài)變量的突變模型

由于系統(tǒng)內(nèi)的控制變量存在多種質(zhì)態(tài)，不便于比較，因此根據(jù)表2中的歸一化公式轉(zhuǎn)化為同一質(zhì)態(tài)，將該質(zhì)態(tài)用狀態(tài)變量表示，隨后逐級向上進行量化遞歸運算。運算時，如各控制變量之間存在明顯的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，則遵循互補原則，取各控制變量突變級數(shù)值的算術(shù)平均值為系統(tǒng)值；如各控制變量之間不存在明顯的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，則遵循非互補原則，取各控制變量突變級數(shù)值的最小值為系統(tǒng)值，以此得到評價對象總的突變級數(shù)值。通過分析各層級的突變級數(shù)值，判斷系統(tǒng)及各部分的突變情況。

1.4 評價等級劃分

目前，國內(nèi)對于油氣站場應(yīng)急管理能力尚無標準，在此采用百分制評價各指標，將應(yīng)急管理能力分為低、較低、中、較高、高等5個等級，見表3所列。

表3 評價等級描述

2 實例分析

表4 評價指標分值

表5 突變級數(shù)評價結(jié)果

從表5的評價結(jié)果看，評價結(jié)果數(shù)值均在0.8以上，這是由歸一化公式向上聚集的特點造成的，使評價結(jié)果之間差異程度較小，難以識別評價結(jié)果的優(yōu)劣性。在此，對突變模型進行改進，依據(jù)評價指標體系，設(shè)二級指標層的樣本值xi為0～1，步長為0.1，按照互補原則計算對應(yīng)的總突變級數(shù)值yi，采用Matlab軟件將兩者進行多項式擬合，如圖1所示。擬合函數(shù)如式(2)所示：

(2)

擬合結(jié)果R2=0.997 1，擬合程度較好。

圖1 總突變級數(shù)值與隸屬度擬合曲線

根據(jù)評價結(jié)果確定應(yīng)急管理能力的評價準則，并代入式(2)中對評價值進行轉(zhuǎn)換，改進前后的評價準則見表6所列，評價結(jié)果見表7所列。對比改進前后的評價結(jié)果可知，改進前評價結(jié)果數(shù)值較大，改進后評價結(jié)果均勻分布在[0， 1]，且未造成信息失真，評價結(jié)果分辨率更高，易于做出直觀判斷。該油氣站場的應(yīng)急管理能力的評價等級為中等。

應(yīng)急預(yù)防能力的評價等級為較低，且數(shù)值在較低等級的中間位置，當(dāng)某些指標發(fā)生變化時，有從較低等級向低等級轉(zhuǎn)換的趨勢，因此應(yīng)在危險源辨識及風(fēng)險評估的基礎(chǔ)上，日常開展油氣工藝區(qū)的安全監(jiān)控及工藝管道的安全保護工作，積極聯(lián)系政府負責(zé)監(jiān)管站場區(qū)域的主管部門評估主管區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險點，并會同政府部分加強站場的安全保護措施。應(yīng)急準備能力的評價等級為較低，且數(shù)值在較低等級的中間位置，當(dāng)某些指標發(fā)生變化時，有從較低等級向低等級轉(zhuǎn)換的趨勢，因此應(yīng)注重企業(yè)和政府應(yīng)急預(yù)案的演練和銜接工作，增強專兼職應(yīng)急救援隊伍建設(shè)和應(yīng)急資金的儲備，通過桌面演練、功能演練等方式使應(yīng)急演練常態(tài)化、日?；?，通過演練結(jié)果修改和評估應(yīng)急預(yù)案，推動應(yīng)急信息平臺的建設(shè)和互聯(lián)互通，針對周邊公眾展開應(yīng)急安全教育，不斷完善自身的應(yīng)急組織體系，加強信息共享機制。應(yīng)急響應(yīng)能力的評價等級為中，且與中等級的下限0.345 6距離較近，當(dāng)某些指標發(fā)生變化時，有從中等級向較低等級轉(zhuǎn)換的趨勢，因此在發(fā)生事故后，企業(yè)作為主體單位應(yīng)及時向上級及政府部門報告事故情況，預(yù)判事故發(fā)展趨勢及應(yīng)采取的工藝措施，成立現(xiàn)場應(yīng)急指揮部門開展現(xiàn)場管理與協(xié)調(diào)，消防救援、環(huán)保、市政、電力、通信、應(yīng)急管理等人員各司其事，在應(yīng)急指揮部門的領(lǐng)導(dǎo)下開展泄漏處置、現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測、現(xiàn)場滅火與防爆、公眾疏散、應(yīng)急保障、重點目標保護、事故信息發(fā)布、輿情監(jiān)控與應(yīng)對等方面的具體工作。應(yīng)急響應(yīng)能力的評價等級為中，且與中等級的上限0.677 8距離較近，如改善某些指標，有從中等級向較高等級轉(zhuǎn)換的趨勢，因此要積極完成對受傷人員的救治，對污染物的清除，對污染土壤的修復(fù)，對環(huán)境指標的檢測，對事故現(xiàn)場的廢墟、垃圾及危廢進行集中統(tǒng)一管理，對站場進行修復(fù)及恢復(fù)生產(chǎn)，對事故進行調(diào)查取證，并將結(jié)果向公眾定期公布。

表6 油氣站場應(yīng)急管理能力評價準則

表7 改進前后評價結(jié)果

3 結(jié)束語

1)基于突變級數(shù)法構(gòu)建了油氣站場應(yīng)急管理能力評價模型，將事故應(yīng)急管理過程分為預(yù)防、準備、響應(yīng)、恢復(fù)等四方面，并確定17個二級指標，該方法無需對評價指標進行賦權(quán)。

2)針對實例改進評價準則，使評價結(jié)果均勻分布在[0， 1]內(nèi)，且未造成信息失真，評價結(jié)果分辨率更高，針對各部分的突變情況進行說明，考慮從加強危險源辨識、應(yīng)急演練常態(tài)化、完善現(xiàn)場指揮機制、共享信息平臺、構(gòu)建應(yīng)急策略等方面加強油氣站場的應(yīng)急管理能力。