基于模糊综合法的L－CNG加气站风险评价研究＊

2014-10-16贺焕婷王怡佳沈坤蓉

石油与天然气化工 2014年2期

蒋艺黄坤李欣贺焕婷王怡佳沈坤蓉

（1．西南石油大学石油工程学院

2．青海油田公司钻采工艺研究院）

天然气汽车由于其良好的环保性和经济性，呈现出迅猛的发展趋势［1］。L－CNG 加气站是能将LNG通过加压、气化转化成CNG，并为CNG汽车储气瓶充装车用CNG的加气站。L－CNG加气站数量逐渐增多，同时站内新增低温、高压设备，不易管理。因此，提高L－CNG加气站的安全性尤为重要［2］。运用模糊数学的原理和方法，对L－CNG加气站的潜在危险因素进行安全评价，根据计算结果，可预见潜在的事故状况，提出有针对性的L－CNG加气站安全防范措施［3－4］。

1 风险分析

L－CNG加气站是在LNG加气站的基础之上增加了液体高压泵、高压气化器等装置。在加气站设计、建造和运行过程中，结合行业的安全标准规范和管理经验，确定影响加气站安全的主要风险因素。

（1）人为因素。由于工作人员的专业知识缺乏、安全意识差、责任感不强、违章作业等，均会给L－CNG加气站的安全带来较大威胁。加气站未加强人员的管理培训、安全教育，操作人员违规操作、误操作，都为事故埋下了隐患。

（2）设备因素。L－CNG加气站使用的低温设备若质量出现问题或操作不当，可能引发LNG泄漏。在充注LNG时，由于LNG储罐充注前后罐内液体的密度和成分差异可能会引起剧烈气化和储罐超压现象，若液位过低会使泵抽空；LNG高压泵既要求能够耐低温，又要求能够承受高压，其气密性和电气方面的安全性能要求比普通泵高很多；CNG本身为高压气体，LNG高压气化器和储存设备必须能够有效地达到所规定的技术标准；加气工人或驾驶人员误操作将加气机拉倒或高压管拉断，导致天然气泄漏［5］；LNG输送管道内液体因吸热、摩擦及压力降等原因，会使管道震动，甚至发生爆裂。

（3）环境因素。L－CNG加气站站内环境与加气站的安全运营有着密切的关系。LNG槽车卸液时，卸气接口管容易老化；卸气时由于剧烈震动，容易发生泄漏事故；LNG为深冷液体，接触到皮肤时，可造成低温灼伤；自然环境如高温、通风不良、静电、雷电等，均会引发事故的发生；同时，加气站周围环境较复杂，运输距离和辐射半径考虑不周全，站内卫生状况不好，也会对L－CNG加气站造成威胁［6］。

2 评价指标体系的建立

结合L－CNG加气站行业的安全标准规范，如GB／T20368－2012《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》、GB／T 26980－2011《液化天然气（LNG）车辆燃料加注系统规范》等相关资料，建立了以下评价指标体系，如图1所示。

3 模糊综合评价方法

模糊综合评价法是以模糊数学理论为基础，应用模糊变换的原理，将评价指标体系中的因素定量化，从而进行综合评价的方法，特别适合于用来解决那些非定量的、难以明确定义的实际问题［7］。其步骤如下：

（1）建立评判因素集：

式中，单因素ui（i＝1，2，…，n）为评价对象的各种因素，即评价指标。对应指标的权重集为：

式中，权重ai（i＝1，2，…，m）表示指标ui在该因素集中的重要程度。

（2）建立评语集：

式中，单因素vj（j＝1，2，…，m）为评价中的评价等级，评语集是被评价对象的评价结果所组成的集合，体现评价的模糊特性。

（3）建立模糊评价矩阵：

根据现场实际情况，确定U中每一个不能定量描述的影响因素的权重值。所建立的模糊评价矩阵为R：

式中，rij表示指标ui获得vj评语的权重集，即因素ui对应等级vj的隶属关系。

（4）确定评价因素权重向量W：

式中，wi为权重向量的分配，并且规定≥0。

（5）选择模糊合成算子：

模糊合成算子有多种形式，其中最常用的是“取大取小算子∧－∨ ”和“乘与和算子∑－·”等，选取不同的模糊合成算子，会得到不同的评价结果，本文采用“取大取小算子∧－∨”。

图2为模糊综合评价方法的流程原理图［8］。

4 实例计算

层次分析法A HP（Anal ytic Hierarchy Pr ocess）是一种简便、实用的多准则决策方法，由美国运筹学家T．L Saaty教授［9］于20世纪70年代初提出。本文采用改进后的层次分析法来确定各指标权重，通过两两比较其重要程度，采用9／9～18／2标度法［10－12］得到权重分配矩阵A。如表1所列。

表1 主因素权重分配表Table 1 Allocation table of main factor weights

采用和积法求解权重分配矩阵，求其特征向量和特征根，并进行一次性检验。

首先，将权重分配矩阵A进行列正规化，然后，将矩阵按行加总求平均，最后进行归一化处理，即进行列正规化，得到权重向量W。

通过归一化处理，W＝｛0．387，0．435，0．178｝，根据权重向量W计算权重分配矩阵A的最大特征根：

式中，λmax为权重分配矩阵A的最大特征根，n为评价因素个数，同时进行一次性检验［13］：

式中，CI和RI均为一致性检验指标。RI为当指标数为n时的平均一致性指标。这里n＝3，取RI＝0．58。

由此可见，计算求得的权重是有效的。同理，可分别计算出各评价子因素的权重值，如表2所示。

表2 评价因素权重表Table 2 Evaluation factors weight table

将L－CNG加气站的安全综合评价等级分为优、良、中、及格和差5个等级。虽然每个因素对加气站安全的影响程度不同，即权重值大小不同，但它们对加气站安全评价与优化都是必不可少的。专家组对该加气站的评价如表3所示。

模糊合成算子采用“取大取小算子∨－∧”，式中∨和∧分别为取大和取小运算，运算得出一级模糊评价

计算可得 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）。将结果归一化处理得到总评价矩阵B。接下来，计算综合评价结果矩阵C＝W 。B。通过计算并将结果归一化处理得：C＝（0．361，0．361，0．185，0．092，0）。对评价等级 V＝｛优，良，中，及格，差｝，从而得到与评价等级V相应的取值论域，即计算得出评价对象的综合分值f＝89．91～79．91，可判定该L－CNG加气站的安全状况为良。

5 结论

在L－CNG加气站行业的安全标准规范基础上，建立了评价指标体系，该体系符合L－CNG加气站的风险因素情况。通过运算结果分析，模糊综合法在L－CNG加气站风险评价中的应用是可行的，计算结果与L－CNG加气站运营状况吻合较好，能准确地反映加气站的风险状况。因此，该方法具有一定的实用价值。根据各项安全指标的评价值，可为有针对性地提出L－CNG加气站内的风险应对措施提供重要信息。同时，由于风险评价的复杂性和多样性，对L－CNG加气站安全评价的方法并不局限于本文提出的这一种，往往需要多种方法并用，以便对加气站做出更有效的评价，以减少危险事故的发生。

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［5］谢孝宏．CNG加气站的风险分析［J］．石油化工自动化，2011，47（3）：64－67．

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［7］辛艳．油库改造工程模糊综合评价研究［D］．大庆：大庆石油学院，2009．

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