基于AHP的LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)辨識技術(shù)

摘 要

摘要：運(yùn)用層次分析法(AHP)建立了LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的AHP結(jié)構(gòu)模型，通過判斷矩陣求出影響LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)各個(gè)因素的權(quán)重，按照權(quán)重的大小對其進(jìn)行了層次總排序，辨識出儲罐風(fēng)險(xiǎn)、
摘要：運(yùn)用層次分析法(AHP)建立了LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的AHP結(jié)構(gòu)模型，通過判斷矩陣求出影響LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)各個(gè)因素的權(quán)重，按照權(quán)重的大小對其進(jìn)行了層次總排序，辨識出儲罐風(fēng)險(xiǎn)、船舶作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、廠站控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、船舶安全保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和廠站安全保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)是影響LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，提出4項(xiàng)控制措施來降低LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞：LNG接收站；層次分析法；判斷矩陣；潛在風(fēng)險(xiǎn)；安全管理
Identification Technology of Potential Risks of LNG Terminal Based on AHP
SONG Yixin，YAO Anlin
Abstract：The analytic hierarchy process(AHP)structural model for potential risks of LNG terminal is established by AHP.The weights of various factors affecting the potential risks of LNG terminal are obtained through judgment matrix.The total hierarchical ordering of the different factors is made according to their weights.It is identified that storage tank risk，ship operation risk，risk in control system for LNG terminal，risk in safety protection of ships and risk in safety protection system for LNG terminal are key factors affecting the potential risks of LNG terminal.Four control measures for reducing potential risks of LNG terminal are proposed.
Key words：LNG terminal；analytic hierarchy process(AHP)；judgment matrix；potential risk；safety management
1 概述
    LNG的主要成分是甲烷，具有無色、無味、無毒、無腐蝕性、熱值高等特點(diǎn)，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600，可以大大節(jié)約儲運(yùn)空間和成本。隨著國家對能源需求的不斷增長，引進(jìn)LNG將對優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)，有效解決能源供應(yīng)安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要的作用。目前，中國的LNG接收站建設(shè)正處在蓬勃發(fā)展的階段，非常有必要對LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。本文運(yùn)用層次分析法對某個(gè)LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并對LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)控制提出具體建議，希望能在我國LNG接收站的建設(shè)和運(yùn)營管理方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
2 LNG接收站及其風(fēng)險(xiǎn)種類
    LNG接收站是LNG產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。一方面LNG接收站是海運(yùn)液化天然氣的陸上接收終端，同時(shí)也是陸上天然氣供應(yīng)的重要?dú)庠粗?。因此，LNG接收站實(shí)際是天然氣的液態(tài)海上運(yùn)輸和氣態(tài)陸上管道輸送的交接點(diǎn)[1～5]，其主要功能是LNG的接收、儲存、氣化，并通過管道向城市居民、工業(yè)、電廠等用戶供氣。
    LNG接收站主要由工藝部分、公用工程部分和輔助工程部分組成。LNG接收站工藝部分包括：LNG卸船系統(tǒng)、LNG儲存系統(tǒng)、LNG蒸氣處理系統(tǒng)、LNG輸送及氣化系統(tǒng)、天然氣外輸及計(jì)量系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)等工藝單元。
    LNG接收站常見的潛在風(fēng)險(xiǎn)包括自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、接卸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和廠站風(fēng)險(xiǎn)3種。其中自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)包括地震、雷電、海嘯和臺風(fēng)；接卸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)包括港口硬件(即通航和疏港環(huán)境的硬件，包括航道的航行密度、潮差大小)風(fēng)險(xiǎn)、泊位硬件(包括符合要求的航道、回旋水域以及導(dǎo)航、助航設(shè)施)風(fēng)險(xiǎn)、船舶作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)(船舶操作人員沒有按照正確的操作規(guī)程進(jìn)行操作導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn))、船舶安全保護(hù)(包括對以泊位歧管為中心的一定范圍內(nèi)的火源防護(hù)，以及對風(fēng)、浪、流有效保護(hù)的設(shè)施)風(fēng)險(xiǎn)；廠站風(fēng)險(xiǎn)包括儲罐風(fēng)險(xiǎn)、氣化裝置風(fēng)險(xiǎn)、輸送設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、回收裝置風(fēng)險(xiǎn)、控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、安全保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。
3 LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的層次分析法
3.1 層次分析法的原理
    層次分析法簡稱AHP，是美國運(yùn)籌學(xué)專家Saaty在20世紀(jì)70年代提出的一種多層次、多目標(biāo)、多方案的綜合分析方法。它將復(fù)雜的決策系統(tǒng)層次化，通過對影響目標(biāo)的因素逐層分析，兩兩比較，最終得到各個(gè)基本因素對目標(biāo)影響強(qiáng)弱的一個(gè)排序。層次分析法的基本步驟是先對目標(biāo)劃分層次，然后在同層內(nèi)逐個(gè)比較眾多因素對上一層目標(biāo)的影響，形成判斷矩陣；并考慮上層目標(biāo)對總目標(biāo)的影響權(quán)重，從而確定各個(gè)基本因素在總目標(biāo)中所占的權(quán)重[6～7]。
3.2 建立LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)AHP結(jié)構(gòu)模型
    本文以某個(gè)LNG接收站為例，把LNG接收站事故風(fēng)險(xiǎn)作為層次分析的目標(biāo)層，把自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、接卸作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和廠站風(fēng)險(xiǎn)作為準(zhǔn)則層，把產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的具體原因作為指標(biāo)層，建立起LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的AHP結(jié)構(gòu)模型，見圖1。
 
3.3 構(gòu)造LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣
建立LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的AHP結(jié)構(gòu)模型以后，各個(gè)基本元素的隸屬關(guān)系就已確定。上層元素4對下層元素B有被分解的關(guān)系，就可根據(jù)各類指標(biāo)的作用程度以重要性不同，建立以B相對于4為判斷準(zhǔn)則的元素B1、B2、B3間兩兩判斷矩陣，詳見表1。
 

同樣，可以構(gòu)建以具體指標(biāo)層C的元素C1、C2、C3、…、C14相對于B層各指標(biāo)的兩兩對比判斷矩陣，詳見表2～4。元素兩兩對比的重要性采用1～9標(biāo)度法[8]，并寫成判斷矩陣形式。構(gòu)造判斷矩陣后，即可通過計(jì)算判斷矩陣的最大特征值及其對應(yīng)的權(quán)重向量，也就是計(jì)算出某一層次的各個(gè)元素對于上一層次某一個(gè)元素的相對重要性權(quán)重。在計(jì)算出某一層次元素相對于上一層次各個(gè)因素的單排序權(quán)重后，用上一層次因素本身的權(quán)重加權(quán)綜合，即可計(jì)算出C層各因素相對于4層的層次總排序的權(quán)重。此外，為了評價(jià)經(jīng)所構(gòu)造的判斷矩陣求出的最大特征值及其對應(yīng)的權(quán)重向量是否合理，需對判斷矩陣進(jìn)行一致性隨機(jī)檢驗(yàn)[9～10]，檢驗(yàn)各個(gè)專家對各指標(biāo)相對權(quán)重判斷的邏輯是否順暢。
 

根據(jù)文獻(xiàn)[11]可以計(jì)算出：
   λmax,1=3.02
    W1=(0.0974，0.3331，0.5695)T
   
式中λmax,1——LNG接收站事故風(fēng)險(xiǎn)(A-B)判斷矩陣的最大特征值
    W1——λmax,1對應(yīng)的權(quán)重向量
    CI,1——準(zhǔn)則層B相對于目標(biāo)層A為判斷準(zhǔn)則的判斷矩陣的一致性指標(biāo)
    n1——準(zhǔn)則層B相對于目標(biāo)層A為判斷準(zhǔn)則的判斷矩陣的階數(shù)
    CR,1——準(zhǔn)則層B相對于目標(biāo)層A為判斷準(zhǔn)則的判斷矩陣的一致性比率
    RI,1——平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)n1=3時(shí)，取RI,1=0.58
    當(dāng)CR,1＜0.1時(shí)，說明此時(shí)判斷矩陣有可以接受的一致性。其余判斷矩陣(表2～4)的運(yùn)算求解及一致性檢驗(yàn)見表5。
    最后，依次沿階梯層次結(jié)構(gòu)由上而下逐層計(jì)算，即可計(jì)算出最底層(C層)因素相對于最高層(A層)的相對重要性，按照其權(quán)重值的大小進(jìn)行排序，得到C層各因素相對于A層的層次總排序表，詳見表6，并對總排序權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[12～13]。一致性檢驗(yàn)合格后，從總排序表中找出影響LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，并將其作為LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取針對性的措施來降低LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
 

    C層各因素相對于A層層次總排序的最終一致性指標(biāo)為：
 
式中C1——C層各因素相對于A層層次總排序的最終一致性指標(biāo)
    wj-1∈W1——權(quán)重向量W1中第1、2、3個(gè)元素
    CI,j——指標(biāo)層C相對于準(zhǔn)則層B的判斷矩陣的一致性指標(biāo)(j=2，3，4)，見表5
    代入數(shù)據(jù)，得：
    CI=0.0974×0.02+0.3331×0.0033+0.5695×0.038=0.024688
    C層各因素相對于A層層次總排序的最終平均隨機(jī)一致性指標(biāo)為：
 
式中RI——C層各因素相對于4層層次總排序的最終平均隨機(jī)一致性指標(biāo)
   RI,j——指標(biāo)層C相對于準(zhǔn)則層8的判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(j=2，3，4)，見表5
   代入數(shù)據(jù)，得：
    RI=0.0974×0.9+0.3331×0.9+0.5695×1.24=1.09363
C層各因素相對于A層層次總排序的最終一致性比率為：
 
式中CR——G層各因素相對于A層層次總排序的最終一致性比率
代入數(shù)據(jù)，得：
 
    可見，C層各因素相對于A層層次總排序的計(jì)算結(jié)果滿足一致性，否則，需要重新調(diào)整判斷矩陣，直至滿足一致性。
4 LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)控制措施
    依據(jù)C層各因素相對于4層的層次總排序(見表6)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況分析可知，儲罐風(fēng)險(xiǎn)、船舶作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、廠站控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、船舶安全保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和廠站安全保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)是影響LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素，其權(quán)重之和為0.6727，超過總權(quán)重的50%。因此，在LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)控制中，應(yīng)重點(diǎn)考慮這5個(gè)因素的影響，對其采取相應(yīng)的措施，將LNG接收站的潛在風(fēng)險(xiǎn)降到最低水平[14～15]。
    ① 儲罐內(nèi)的LNG在儲存過程中，通常會泄漏熱量，使一部分LNG氣化，罐內(nèi)的壓力隨之上升，儲罐的日蒸發(fā)率為0.06%～0.08%。卸船時(shí)，由于管道泄漏熱量加劇氣液熱量交換，導(dǎo)致蒸發(fā)氣量成倍增加。為了減少卸船時(shí)的蒸發(fā)氣量，應(yīng)盡量提高此時(shí)儲罐內(nèi)的壓力。
    ② 正確處理好碼頭走向與港池調(diào)頭區(qū)附近最大流速的漲潮流向及落潮流向之間的關(guān)系，使碼頭軸向與最大潮時(shí)候的流向交角較小，便于船舶操縱，從而保證船舶安全靠岸或離泊，以此降低LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)。
    ③ LNG儲罐必須設(shè)置壓力開關(guān)來控制罐內(nèi)氣體的壓力，防止儲罐運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生真空；工藝流程中必須配有防真空補(bǔ)氣系統(tǒng)。如果儲罐內(nèi)壓力超過安全閥的壓力設(shè)定值時(shí)，儲罐內(nèi)多余的蒸發(fā)氣體將通過安全閥進(jìn)入火炬中燃燒。如果儲罐內(nèi)發(fā)生渦旋事故時(shí)，大量氣體不能被及時(shí)燒掉，則必須采取放空措施，盡快把蒸發(fā)氣體排放掉，降低LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)。
    ④ LNG接收站要設(shè)置專門的風(fēng)險(xiǎn)控制部門，專門負(fù)責(zé)LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)控制的總體管理、監(jiān)督和協(xié)調(diào)工作。建立健全考核制度，制定目標(biāo)，分解指標(biāo)；風(fēng)險(xiǎn)控制要全員參與，從分管經(jīng)理到普通職工都有相應(yīng)的職責(zé)和考核標(biāo)準(zhǔn)，真正做到接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)控制人人有責(zé)。
5 結(jié)語
    隨著中國能源需求和環(huán)保要求的提高，中國的LNG接收站建設(shè)將會大力發(fā)展。風(fēng)險(xiǎn)無時(shí)不有，風(fēng)險(xiǎn)無處不在，提高LNG接收站潛在風(fēng)險(xiǎn)管理水平，不僅可以降低建設(shè)造價(jià)，而且可以優(yōu)化運(yùn)行，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
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(本文作者：宋祎昕 姚安林 西南石油大學(xué)四川 成都 610500)