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LNG加气站安全评价模型的研究
余伟1，谷学伟2
（1.扬州市给排水和燃气热力管理中心， 江苏 扬州 225002；2.中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院， 江苏 南京 210023）
天然气具有易燃易爆的特性，且LNG加气站面向社会车辆服务，因此对LNG加气站进行安全评价是必要的。目前LNG加气站安全评价主要采用道化学火灾指数法、安全检查表法、故障树分析法等方法中的一种或两种，且都是仅由评价人员自己来完成，然后由专家评审成果。由于LNG加气站安全指标较多，指标层次也相对较多，而且在安全管理方面还存在很多不确定的因素，主观因素占比较大，从目前实践来看，采用一种或两种方法相结合的评价方法存在一些不足。比如安全指标评价不全面、评价人员主观因素影响较大、危险性因素权重不明、综合评价结果不能体现等等，导致评价结果不能对LNG加气站的安全管理提供客观全面完整的参考。本文提出运用故障树分析法、层次分析法（AHP）、灰色聚类定权分析法相结合的方式建立LNG加气站安全评价模型，采用专家参与评分的方式，弥补评价方法的不足。
LNG加气站主要包括站内建构筑物、卸车系统、储存系统、加气系统、管道系统、控制系统等。站内建构筑物包括辅助用房、加气岛、罩棚、围墙、防撞柱等；卸车系统主要包括汽车槽车、卸车管道及附件、潜液泵、增压气化器等设施；储存系统主要含储罐及安全阀、液位计、压力表、温度计等附件；加气系统主要包括加气机、加气管道及附件、潜液泵、紧急停车装置等设施；控制系统主要包括卸车、加气、储存等生产工艺控制和监控系统。
基于设计文件、实地考察、工作经验等梳理影响LNG加气站安全的风险指标并进行分类，根据分类结果归并为不同层级，然后建立递阶的层次结构模型［1］。一级指标设置设备安全性、站内外环境影响、站内人员与安全管理3个指标，每个一级指标下面设置若干个二级指标，共设置9个二级指标。每个二级指标下面设置若干个三级指标，共设置46个三级指标。LNG加气站安全性一、二、三级指标见表1。
① 一级指标权重确定
根据层次分析法［2］，邀请专家对LNG加气站安全性各一级指标间相对重要性评分，构造综合灰色判断矩阵，评分采用1~9标度法，见表2。
邀请3位燃气安全方面的专家采用1~9标度法对3个一级指标间相对重要性评分，考虑到人员主观因素的影响，评分给出一个最低值和一个最高值。3位专家的评分见表3~5。a1指标相对a2指标的重要性最低值和最高值记为aij，min和aij，max。a1指标相对a2指标的重要性与a2指标相对a1指标的重要性互为倒数。
根据3位专家的评分构造综合灰色判断矩阵A，A中的每一个元素有一个最高值和一个最低值，分别记为aij，min、aij，max，计算式见下式［3］。
根据计算出结果，形成综合灰色判断矩阵，见表6。
将综合灰色判断矩阵白化，得到白化矩阵B，B中的元素记为bij，bij的计算式为［3］：
根据计算得到白化矩阵，见表7。
白化矩阵B得出后，采用几何平均法计算，得出一级指标权重矩阵W，权重矩阵W中的元素wi的计算式为［4］：
利用几何平均法计算出一级指标权重矩阵为：
由于人的判断存在主观性，因此必须对综合灰色判断矩阵进行一致性检验。一致性检验计算式为［4］：
RI的取值见表8。
若计算得出CR<0.1，则认为综合灰色判断矩阵具有可以接受的一致性；若CR≥0.1，则需要调整综合灰色判断矩阵，使其满足CR<0.1。通过计算得出最大特征根λmax=3.024 5，CI=0.012 25，则CR=0.021 12<0.1，满足一致性要求。
② 二级、三指标权重确定
同理，采用上述方法对各一级指标下的二级指标、各二级指标下的三级指标分别进行专家评分和计算，得出LNG加气站安全性二级、三级指标权重，见表9。
① 专家评分
设置评价指标“很好”“较好”“一般”“较差”“很差”，制定评分等级标准，见表10。邀请3位专家根据评分等级标准对LNG加气站安全性三级指标评分。3位专家对加气系统三级指标评分情况见表11。
② 建立白化权函数
利用灰色聚类定权分析法中白化权函数，依据LNG加气站的评分标准和灰类等级，建立白化权函数，第1灰类至第5灰类（表征“很好”“较好”“一般”“较差”“很差”）的白化权函数f1（d）~f5（d）见式（10）~（14）［5］。
③ 计算灰色评价权矩阵
以LNG加气站安全性二级指标加气系统的三级指标紧急切断阀设置c1为例进行计算。根据灰色评价权矩阵计算方法，三级指标c1的评价系数Uc1计算式为［6］：
计算得出Uc1为5.58。根据下式计算紧急切断阀设置c1的三级指标灰色评价权矩阵Rc1。Rc1的元素记为：
计算得出紧急切断阀设置c1的三级指标灰色评价权矩阵为：
采用上述方法求出加气系统中其他8个三级指标灰色评价权矩阵，将加气系统的三级指标灰色评价权矩阵组合成为一个灰色评价权矩阵，则得出加气系统的灰色评价权矩阵为：
④ 计算指标综合评价值［6-7］
对各灰类等级赋值，“很好”“较好”“一般”“较差”“很差”5个灰类分别赋值为9、7、5、3、1，得到灰类等级赋值矩阵C。
基于加气系统b1的9个三级指标权重，构成权重矩阵Wb1：
加气系统的安全性得分sb1的计算式［6-7］为：
经计算，加气系统的安全性得分sb1=7.84。
⑤ 求LNG加气站安全性得分
对其他二、三级指标重复①~③的操作，请专家评分后计算得到一级指标设备安全性下的其他4个二级指标的得分sb2~sb5，构成一级指标设备安全性的二级指标安全性得分矩阵Sa1：
根据一级指标设备安全性下5个二级指标的权重，构成二级指标权重矩阵Wa1：
一级指标设备安全性的安全性得分sa1的计算式为［6-7］：
计算得到sa1为7.62。同理，经计算，得到其他一级指标安全性得分sa2、sa3，构成一级指标安全性得分矩阵S：
根据一级指标权重矩阵W，按下式计算出LNG加气站安全性得分s［6-7］：
经计算，LNG加气站安全性得分为7.59。根据评价指标，该加气站安全性较好，与该加气站实际情况相符。
① 提出基于故障树分析法、层次分析法、灰色聚类定权分析法的LNG加气站安全评价模型。
② 建立LNG加气站安全性指标体系，运用层次分析法，通过专家评分的方式得出各指标层的权重；应用灰色聚类定权分析法，采用专家评分的方式，计算得出LNG加气站安全性得分。
③ 实例LNG加气站安全性得分为7.59。根据评价指标等级赋值，该加气站安全性较好，与该加气站实际情况相符。
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