基于SEM的LNG工厂设备运行安全影响因素分析

程松民

昆仑能源湖北黄冈液化天然气有限公司, 湖北 黄冈 438000

0 前言

液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)工厂内设备数量相对较多,如果设备的运行安全出现问题,不但会影响LNG工厂的生产效率以及工作人员的人身安全,还会产生消极的社会影响,对LNG工厂的发展十分不利[1-3]。如果可以确定LNG工厂内设备运行安全的影响因素,管理人员就可以提前制定预防措施,保障设备的运行安全,延长设备的使用寿命[4-6]。因此,对LNG工厂内设备运行安全的影响因素进行全面分析十分重要。

目前,针对LNG工厂内设备的运行安全问题,国内外学者进行了多方面的研究。杨烨等人[7]针对LNG工厂内脱碳贫液泵的运行安全问题,引入了层次分析方法,对各种类型的风险问题进行了全面研究,研究结果表明使用层次分析方法可以提前了解脱碳贫液泵可能出现的风险问题,有利于工作人员提前制定解决措施,保障设备的使用安全,同时还有利于提高LNG工程的管理水平;Vinnem J E等人[8]对挪威市区的LNG工厂风险问题进行了全面分析,在分析过程中充分考虑了LNG工厂所处地理位置以及风险的接受标准,还充分考虑了LNG工厂内的生产工艺技术以及设备的操作要求,研究结果表明提高LNG工厂的管理水平对于保障设备运行安全十分关键;李长俊等人[9]在充分了解设备跌落风险的前提下,对LNG工厂内计量装置的失效问题进行了全面研究,在研究过程中以动量定理为主要依据,对计量装置的失效后果进行了全面分析,研究结果表明跌落风险对设备产生的危害远大于机械损伤。

分析目前研究情况可以发现,国内学者主要是对LNG工厂内某种单一设备进行风险研究,由于LNG工厂内的设备数量相对较多,单一的研究作用有限,国外学者已经开始对整个LNG工厂内的设备进行整体评价。由于中国LNG工厂在生产技术以及管理方面与国外存在较大差异,国外的研究成果无法对保障中国LNG工厂设备的安全运行起到很大作用。针对此问题,本文主要引入结构方程模型(Structural Equation Modeling,SEM),对LNG工厂设备运行安全的影响因素进行全面的评价研究,为中国制定相关措施保障设备的运行安全奠定基础。

1 LNG工厂设备运行安全影响因素分析

对于LNG工厂内的设备而言,其安全问题主要受到工作人员、管理因素、环境因素、设备运行状况以及外来人员等因素的影响。例如,工作人员的安全意识和操作水平、天气的变化情况等都与设备的运行安全有关[10-12]。结合中国LNG工厂的运行特点,将设备运行安全的影响因素分为5种,影响因素的关系见图1。

图1 LNG工厂设备运行安全影响因素关系图Fig.1 LNG factory equipment operation safety factor relationship diagram

设备的运行状况会不断变化,这5种影响因素无法表现出设备运行的复杂性。事实上,LNG工厂内设备的运行情况将会受到多种因素的联合影响,由于设备运行动态性的特点,可以将上述5种影响因素划分为多种类型的变量,这些变量共同构成了一个联合体系[13]。

2 基于SEM理论构建模型

2.1 SEM理论

SEM是指一种基于变量的协方差矩阵模型,使用SEM可以显示出显变量与潜变量之间的关系[14]。显变量主要指可以通过测量得到的变量,潜变量主要指无法通过测量得到的变量,一般情况下,一种类型的潜变量可以与多个显变量相互对应[15]。潜变量又可以分为内生潜变量和外生潜变量,外生潜变量不会受到其它因素的影响,反而可以对其它因素产生影响,内生潜变量无法对其它因素产生影响,但是会受其它因素影响[16-17]。

使用SEM进行影响因素分析,可以将上述联合体系内的变量划分为潜变量和显变量,通过显变量可以推断出潜变量对设备运行安全产生的影响。LNG工厂内设备运行安全的潜变量及显变量见表1，表1中各因素即构成了设备运行安全的评价体系。

表1 设备运行安全影响因素表Tab.1 Equipment operation safety factors

SEM主要由两部分构成,分别是测量模型以及SEM关系。通过测量模型可以表示出内生显变量、内生潜变量、外生显变量、外生潜变量之间的相互关系,使用SEM关系可以表示出内生潜变量以及外生潜变量之间的关系[18]。测量模型可以表示为:

x=Axξ+δ

(1)

y=Ayη+ε

(2)

η=Bη+Gξ+ζ

(3)

2.2 SEM的建立

根据LNG工厂内设备运行安全的影响因素建立SEM,见图2(图中e为与某一变量相关的误差，z1为变量残差)。设备的运行安全并不是独立的,而是受到了多种潜变量的严重影响,在使用SEM的过程中,需要对变量之间的关系进行估计,然后使用样本进行全面验证[19-20]。在本文建立的SEM中存在1种内生潜变量、3种内生显变量、4种外生潜变量以及16种外生显变量。

图2 设备运行安全SEM图Fig.2 The SEM of the equipment operation safety

2.3 假设关系的建立

根据建立的设备运行安全SEM,并基于潜变量和显变量之间的关系,提出以下假设。

H1:对于LNG工厂内的工作人员而言,其工作经验越丰富、安全意识越强、身体素质越好以及操作水平越高,则对于保障设备的运行安全越有利,因此,工作人员与设备的运行安全之间存在正向的影响。

H2:对于LNG工厂内的外来人员而言,其安全意识越强、身体素质越高以及自救方面的知识越丰富,则对设备的运行安全越有利,因此,外来人员与设备的运行安全之间存在正向的影响。

H3:对于设备运行状况而言,设备的连续运行时间越短、设备的防护措施越完善以及运行过程中的维修保养越及时,则设备的运行安全性就越高,因此，设备运行状况与设备的运行安全之间存在正向的影响。

H4:对于管理因素而言,管理制度越完善、合理,并得到了全面落实,此时设备的运行安全就可以得到保障,因此，管理因素与设备的运行安全之间存在正向的影响。

H5:对于环境因素而言,LNG工厂的工作环境、自然环境以及社会环境与LNG工厂内部分设备的运行安全十分紧密,因此，环境因素与设备的运行安全之间存在正向的影响。

3 SEM结果分析

3.1 问卷调查及信度检验

以某LNG工厂为例,对基于SEM的LNG工厂设备运行安全影响因素分析方法进行验证,其主要设备见表2。基于上文所提出的假设,为了确定这些影响因素的有效性,需要对LNG工厂内设备的运行安全问题进行充分调研,因此,根据上文中设备运行安全的评价体系设计调查问卷,为防止调查问卷中出现导向性问题,问卷中的问题基本保持了中性原则。同时,调查问卷采用了Likert10级量表方法,对表1中的19个显变量进行了充分调研,调研过程中评价结果为1分表示对设备运行安全产生的影响最小,评价结果为10分表示对设备运行安全产生的影响最大,对每种因素的评分进行平均值计算,平均值作为该显变量对设备运行安全影响的最终评价结果。本次问卷调查的对象为LNG工厂员工以及科研院校教师,共发放调查问卷238份,收回224份,回收率为94%。进行问卷调查后采用信度检验方法对数据进行一致性及稳定性检验,信度检验在SPSS软件中进行,检验结果见表3。

表2 某LNG工厂主要设备表Tab.2 Main equipments of an LNG factory

表3 调查问卷信度检验结果表Tab.3 Credibility inspection results of the questionnaire

信度检验的结果越接近1,说明调查问卷结果的可靠性越强,高于0.7证明调查问卷结果的信度相对较高,高于0.5证明调查问卷的结果可以接受。通过全面分析表2可以发现,只有外来人员的信度系数小于0.7,其它因素的信度都相对较好,由于外来人员因素的信度系数高于0.5,所以此次调查问卷的结果可以接受。

3.2 设备安全因素及安全关系分析

本次研究使用Amos软件建立SEM,并将调查问卷调查结果转化为SAV格式导入模型中,得到标准化的路径系数,见图3。同时得到了不同因素与设备运行安全之间关系的参数估计值以及参数拟合值,见表4～5。在对模型进行评价的过程中,需要对这些参数的意义进行研究,对路径系数和载荷系数进行全面检验,其路径系数大于0且载荷系数小于0.05,才能证明影响因素与设备运行安全之间存在正向的影响。同时,还需要对拟合指数进行分析研究,Amos软件中提供了多种拟合指数参数,如果这些参数的拟合值相对较差,则需要对路径进行重新修正,本次研究所选择的拟合参数为CMIN/df、RMSEA、TLI以及CFI。

图3 SEM标准化路径系数图Fig.3 SEM model standardization path coefficient diagram

表4 设备运行安全影响因素关系参数估计值表Tab.4 The relationship parameter estimation of the influencing factors of the equipment operation safety

表5 设备运行安全影响因素拟合指数表Tab.5 Fitting parameter of the influencing factors of the equipment operation safety

通过全面分析图3可以发现,外来人员与设备运行安全之间的系数为负值,说明外来人员和设备运行安全之间并不存在正向的影响。通过分析表4发现,载荷系数小于0.05,说明各因素对于设备运行安全产生的影响都十分显著。将拟合指数与标准范围进行对比可以发现,Tucker-Lewis指数及拟合优度指数都不在可以接受的标准范围内,所以需要对原来的SEM进行全面修正,修正过程中将外来人员删除,然后重新对SEM进行检验,修正后的路径见图4,修正后设备运行安全影响因素拟合指数见表6。

图4 修正后的SEM路径系数图Fig.4 Fixed SEM model path coefficient diagram

表6 修正后的设备运行安全影响因素拟合指数表Tab.6 Fitting parameter of the fixed influencing factors of the equipment operation safety

分析图4可以发现,各项因素的路径系数均为正值,同时,拟合参数都处于可接受的标准范围内,说明该模型已经达到了适配的基本标准,证明模型已经通过了检验。分析表6可以发现,工作人员、设备运行状况、环境因素以及管理因素都会对设备运行安全产生正向的影响,说明H1、H3、H4、H5的假设成立,其中工作人员对于设备运行安全的影响相对较低,在外来人员方面,设备运行安全对外来人员产生的影响要大于外来人员对设备运行安全产生的影响,说明外来人员与设备运行安全之间并不存在正向的联系,但是外来人员也会对设备运行安全产生一定的影响。SEM的分析结果,有利于完善LNG工厂内设备运行的安全评价体系,有助于相关企业加强设备运行安全管理工作。

4 结论

1)LNG工厂内设备运行具有非常明显的动态变化特点,其运行情况将会受到多种因素的联合影响,根据设备运行动态性的基本特点,可以将设备运行安全的影响因素划分为多种变量,这些变量共同构成了一个联合体系。

2)工作人员、设备运行状况、环境因素以及管理因素都会对设备的运行安全产生正向的影响。工作人员工作经验越丰富、安全意识越强、身体素质越好以及操作水平越高,则对于保障设备的运行安全越有利；设备的连续运行时间越短、设备的防护措施越好以及运行过程中的维修保养越及时,则设备的运行安全性就越高；管理制度越完善以及合理,并得到了全面的落实,此时设备运行安全就可以得到保障；自然环境的变化情况以及LNG工厂所处的社会环境都与设备的运行安全联系紧密。

3)与其它影响因素相比,工作人员对于设备运行安全的影响相对较低。在外来人员方面,设备运行安全对其产生的影响要大于外来人员对设备运行安全产生的影响,说明外来人员与设备运行安全之间并不存在正向的联系,但是外来人员也会对设备的运行安全产生一定的影响。