LNG接收站安全预警模型研究.docx

大连海事大学装订线毕 业 论 文二一六年六月LNG接收站安全预警模型研究 专业班级：物流工程2班 姓 名： 关敞 指导教师： 孙家庆 交通运输管理学院摘 要随着我国对LNG这种清洁能源进口需求的增加，许多LNG接收站都已投产运营。由于LNG属于低温、易燃、易爆的危险品，从而导致LNG接收站的运营管理过程中存在着许多的安全隐患，因而LNG接收站的安全预警有十分重要的意义。本文主要参照国内外对LNG接收站安全评价的相关文献及相关的行业标准，结合LNG接收站的实际运营情况，建立了LNG接收站安全评价体系，确立了安全预警等级和警限。通过对AHP和可拓理论的研究，运用熵权法对其进行修正改进，从而获得科学、合理的权重计算方法和安全评价模型。最后将LNG安全评价指标体系与改进后的安全评价模型相结合，采用一些相关数据进行实例计算，获得的一个直观合理的安全评价结果，并确定了此模型方法具有一定的参考价值。关键词：LNG接收站；安全评价；层次分析法；熵权；可拓AbstractWith the increase of LNG import demand for clean energy, many LNG terminals have been put into operation. Since LNG belongs to low temperature, flammable, explosive dangerous goods, leading LNG terminal operation and management of the process, there are many security risks, so safety warning LNG terminal has a very important significance.In this paper, with reference to domestic and foreign LNG terminal safety assessment relevant literature and relevant industry standards, combined with the actual operations of the LNG terminal, the establishment of LNG receiving station safety evaluation system, establish a security warning levels and warning limit. Through the study of AHP and extension theory, using entropy law amendments to improve them so as to obtain a scientific and reasonable weight calculation methods and safety assessment models. Finally, LNG Safety Evaluation Index System and improved safety evaluation model combining the use of some of the data used in the calculation, an intuitive reasonable safety evaluation results obtained, and to determine the method of this model has a certain reference value.Keywords: LNG receiving terminal; safety evaluation; AHP model; entropy weight; Extension目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状21.3 主要研究内容3第2章LNG接收站工艺及风险概述42.1 风险的基本概念42.2 LNG接收站主要工艺流程及设施设备42.3 风险因素分析62.3.1 LNG本身存在的危险性62.3.2人员与管理安全风险因素72.3.3环境风险有害因素72.3.4 工艺流程及设施设备的风险因素72.4 本章小结8第3章 LNG接收站安全预警体系的建立93.1安全评价指标体系建立93.1.1 指标体系建立的原则93.1.2 评价指标单元划分103.1.3 指标体系的建立103.2 LNG接收站安全预警警级与警限确定113.2.1 LNG接收站安全预警等级划分113.2.2 LNG接收站安全预警警限确定123.3 本章小结12第4章LNG接收站安全评价模型构建134.1 安全评价方法的选择134.2指标权重的确定134.2.1 主观赋权模型144.2.2 客观赋权模型164.2.3 组合赋权模型184.3基于可拓理论的LNG接收站安全评价194.3.1 可拓理论原理194.3.2可拓理论模型194.4 本章小结21第5章 实例计算225.1 权重计算225.1.1 层次分析法（AHP）计算权重值225.1.2 熵权法计算专家权重245.1.3 计算组合权重255.2 LNG接收站安全可拓评价265.3 安全评价295.4 本章小结30第6章 结论与展望316.1 结论316.2展望31参 考 文 献33致 谢34附录135附录237附录34142LNG接收站安全预警模型研究第1章 绪论1.1 研究背景随着世界经济的快速发展和人口数量的不断增长，全球能源需求量不断扩大，天然气这一优质、清洁、效率高的能源受到广泛的重视，并且在我国的能源结构中也占有重要地位。液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）具有高热值、低比重、便于储运、廉价等优势，现已被广泛应用于工业、化学工业、电力、汽车制造等各个方面，天然气的合理利用已经是世界上各个国家改善生态环境、保持经济的可持续性发展的最优之选。LNG属于易燃易爆的危险化学品，具有低温易挥发的特性，泄漏后会迅速吸热蒸发，产生的蒸气云遇到明火会引发火灾甚至爆炸。在LNG的加工处理、存储、运输、装卸、经营的过程中，时时刻刻都存在安全问题，只要泄露就可能会导致人员伤亡、环境损害和经济损失。这些重大事故均受到全世界各个国家的高度重视。因此对LNG的各个环节进行安全评价和安全预警是非常重要的。LNG接收站是LNG进口过程中的一个比较关键的枢纽。随着中国对LNG进口量的逐渐增加，如何建立一个高效、安全的LNG接收站是LNG资源进口和发展过程种一个非常重要的问题。为保证我国能源供应和改善能源消费结构，满足我国日益增长的LNG产业发展需求，我国不断增加LNG的引进量。2009年，中国LNG的进口量553.2万吨，2012年，中国LNG的进口量为1468.3万吨，2015年中国LNG的进口量为1966.9万吨。由此可见，虽然我国LNG进口量的增长趋势有所放缓，但仍保持着持续增长的势头。因此，我国LNG接收站不断发展成熟，数量和规模越来越庞大，工艺设备也愈加完善。由于LNG的属性和危险性，LNG接收站仍然存在许多风险因素，例如泄漏、火灾、爆炸，这些安全事件发生概率比较低，但是如果发生，都会导致不可估量的人员伤亡和财产损失1。例如1971年8月，意大利拉斯佩齐亚萨南的LNG接收终端，LNG储存罐充装结束18小时后，发生了分层翻滚，此事故最终造成了LNG181.44吨的泄露损失，造成非常重大的经济损失。1979年，美国Maryland的LNG接收站，因LNG泄漏通过地下管道在变电站蒸气点燃，引起爆炸，导致1人死亡，一人重伤。2009年6月，中国石油江苏LNG接收站的1号储存罐钢筋网发生滑落，事故导致8人死亡，15人受伤，其中3人重伤。面对如此惨痛的教训，我们必须对LNG接收站进行严格管理，建立完善的管理和安全预警体系，防患于未然1。1.2 国内外研究现状安全预警方法主要是运用安全评价和安全预警来提供相关的安全状况信息，方便人们了解安全状态以及安全需求的满足程度。常用的预警方法主要包括指数预警、统计预警和模型预警，其中模型预警是最为常见的安全预警方法，同时也是安全预警评价研究的关键。对于安全预警的研究和理论最早起源于战争年代，后来逐步延伸到经济、气象、能源、林业等其他各个行业和领域，并逐渐发展和完善。二战后，美国在经济领域应用了预警理论，形成了经济预警理论。1997年P. A. Schrodt运用隐马尔科夫模型对军事冲突预警方法进行研究3。2012年Zheng G Z基于模糊层次分析法对工人工作环境的炎热与潮湿等级进行了安全评价和安全预警4。2012年Weng Y B采用灰色预测模型对单个油田环境的安全预警指数进行了预测，并在预测的基础上提出环境安全预警方法，结合安全预警分析结果提出油田环境安全调节方向5。我国在各个行业领域的安全预警方面的研究也在不断发展进步。1997年方玲珠简要的介绍和探讨了石油化工码头储罐区的危险源监控和预警技术的现状。2013 年刘新宇等研究了港口物流枢纽危险货物危险源预警方法，采用模糊综合评价模型和层次分析法相结合的方法综合评价了危险源的安全状态3。2014年雷勋平运用熵权法和可拓决策模型，构建了区域粮食安全评价指标体系，针对粮食生产、消费和自然灾害等各个方面进行安全预警评价，与过去粮食安全情况进行拟合对比，为粮食安全监管部门提供建议6。国内针对LNG安全预警方面的研究有许多。2004年郭海鹏运用模糊理论中的模糊积分安全评价方法，对船岸衔接区液化石油气进行安全评价，建立了安全评价模型。2008年罗志勇釆用模糊综合评价模型对LNG码头进行安全评价，并开发了针对LNG码头重大安全事故后果的预测软件26。2013年闫晓采用风险评价值数据阵法，对LNG储存罐区卸料管泄漏事故进行定量安全评价，结合具体的风险标准，对LNG卸料管线的安全管理与控制提出建议7。2014年崔春英将层次分析法与模糊综合评价模型相结合，构建一个LNG接收站本质安全评价模型，根据接收站的工艺、环境等特点，计算出相应安全评价指标系统的权重，并对评价指标进行安全评价，提出相应的整改措施8。国内外还有很多对LNG从生产到最终消费过程中各个环节的安全评价和安全预警方面的研究。大多数的研究主要是应用数学模型，应用相关安全评价软件对LNG各环节安全状况和事故后果进行评价分析，其中一些研究主要运用一种模型方法对整个系统的安全性进行评价，具有一定的缺陷和局限性。因此，将几种评价模型进行组合、改进、互补，可以提高模型的准确性，增强安全评价模型的科学性和全面性，并可将模型应用与实际的生产运营中，这对提高我国LNG储存、运输、装卸等方面的安全管理水平，降低LNG事故发生率有重要的应用价值。1.3 主要研究内容从国内外LNG接收站安全预警的研究状况来看，虽然已经有很多优秀的研究成果，但不论什么样的模型方法，都存在一定的不足之处，需要进行组合或者改进，从而提高安全预警模型方法的科学性、客观性和准确性。因此本文主要参照现有的一些模型方法，并根据其存在的不足之处进行修正和改进，从而获得比较完善的安全预警模型方法。因此，本文主要根据LNG接收站的基本特点，对其可能存在的危险因素进行分析，依据LNG接收站的基本运作过程，参考其他相关资料和文献，基本建立了LNG接收站安全评价指标体系。然后，根据现有安全预警模型方法及其各自的特点，采取互补性原则，将两种或几种安全预警模型方法相结合，从而获得相对客观完善的安全预警模型。参照现有的相关行业安全评价打分标准和规范，建立针对于LNG接收站安全评价指标体系的相关打分说明表，并进行模拟打分，从而获得相关评价指标的分值。最后将所建立的安全评价指标体系与安全预警模型结合，根据模拟打分情况进行安全评价指标的计算，根据计算结果，进行LNG接收站的安全情况分析。其中权重计算模型和安全预警模型的构建是本文研究的重点。第2章LNG接收站工艺及风险概述2.1 风险的基本概念风险是指在一定的状况下，在一定的时间内，一个可能发生事件的预计产生的结果和现实中所造成的结果之间变动程度的大小，所造成事故的变动程度越大，所产生的风险也会越大；相反，所造成的风险就会很小。在安全风险学中，风险就是安全事故能发生的可能性概率和所造成的安全事故后果的统一。在研究LNG接收站安全运营管理过程中的风险时，主要需要考虑以下两方面：（1）可能造成损失或损害的大小，是否存在风险主要在于所能造成的损害的程度大小；（2）是否容易造成相应的损害。其损害发生的难易程度通常情况下采用该损害可能产生的概率的大小描述，例如从企业安全管理的方面来看，如公式（2.1）所示：风险=危险源安全防护（2.1）因此，从公式（2.1）中可以看出，随着企业安全防护能力的提高，其所能产生风险的概率会很小；反之，风险发生的概率会很高。从其他角度来看，只要存在风险源就有一定的概率会发生风险事故，造成损失。由于LNG属于易燃、易爆的危险品，其本身就是属于一种危险源的存在，因此，为降低LNG接收站发生安全事故的概率，需要通过对其进行安全评价，找出安全系统中的薄弱环节，从而增强LNG接收站的安全防护能力，提高接收站的安全水平。2.2 LNG接收站主要工艺流程及设施设备LNG从生产到最终的用户消费的过程通常是用专用的LNG运输船从生产地运输到港口接受站，再经LNG槽车或管道输送至消费用户。其中LNG接收站是对LNG进行集疏运和存储处理的一种中转装置，是整个LNG供应链中的一个关键枢纽。LNG属于一种易燃易爆的危险品，在整个流转过程中都可能发生安全事故。因此，LNG接收站的安全设计与安全管理是非常重要的。为避免可能发生的危险，需要对接收站的各个工艺环节和设备进行安全预警评价，以保证整个系统和每个细节都是安全的，因此需要对LNG接收站的工艺过程和设施设备进行研究和分析。图2.1 LNG接收站工艺流程LNG接收站的六个工艺流程主要是卸船、存储、再气化、蒸发气（BOG）处理、防真空补气和火炬放空。其中再气化工艺是将LNG气化输送至用户端，因此与槽车疏运相同，作为输出系统的一部分。在不同的工艺系统中需要应用不同的设施设备进行不同的操作处理，如下10-12：（1）卸船工艺系统：主要负责船舶到港后的接卸工作，主要设备泵、接卸臂、蒸发气回流臂、密闭管线系统和阀门。（2）储存工艺系统：LNG储罐是储存工艺过程中的关键设施，是接收站非常重要的工艺设备。其主要的设施设备包括低温储存罐、罐底潜液泵、压力管道和相关控制阀门。（3）蒸发气处理工艺系统：在LNG的存储过程中会吸收热量从而产生大量的蒸发气。在工程上处理这些蒸发气的方法主要有两种，一是把蒸发气经过压缩机压缩处理直接外输至用户，二是将蒸发气经过压缩机压缩和冷凝器冷凝后回输至储罐中。主要的处理设备包括BOG压缩机、BOG冷却器、控制阀门阀门、压力管道等。（4）防真空补气系统：LNG储罐所能承受的正负压力范围有一定界限，通过控制压缩机和调节压缩机排放量可以将储存罐中的压力保持在一定的水平，当储存罐产生负压时，需要从气化器出口管处进出天然气进行补充。（5）火炬放空系统：在正常工作时，罐内压缩机无法处理的低压蒸发气与由于事故停产时气化器所形成的高压蒸发气可通过火炬放空系统进行放泄。主要设备有分液罐、火炬、管线管道和阀门。（6）输出系统：主要包括再气化输出和罐装输出。再气化工艺是将LNG加热气化后以气态的方式输送给用户；罐装输出则是将LNG装入槽车，通过公路运输方式运送至气化站，再经过气化站的加工处理输送给用户。相关设备主要包括高压泵、气化器、LNG槽车、计量装置、控制阀门等。2.3 风险因素分析 风险因素的辨识是安全预警评价过程中比较重要的一部分。在建立安全评价指标体系和预警模型时需要分析整个系统中所有可能存在的潜在危险，然后建立各部分的安全指标进行分析评价。LNG接收站的潜在风险因素有内在危险和外来风险两个方面，其中包括LNG的本身属性、工艺流程、人员管理和环境危害等。2.3.1 LNG本身存在的危险性通过分析LNG的基本特性并根据现实中的生产运营状况，可以将LNG本身所存在的危险性主要分为以下几种2，9：（1）存储：危险与LNG处于沸腾(或接近于沸腾)状态有关。储罐中的LNG吸收到外界的热量而发生气化，引起储罐内的压力升高，最终导致安全阀打开或是产生更大的事故破坏。因为贮槽内LNG不同的组成成分和密度引发分层,当两层的密度差大于5kg/m3时，这两个不同的密度层之间会发生传质和传热,最后会完成混合,并且在液体层表面产生蒸发。当这两层液体的密度几乎相同时，就会突然急速混合而发生翻滚，在很短的时间内产生大量蒸气,致使储罐中的压力急剧升高,乃至顶开安全阀门。（2）泄漏：由于LNG长期处于低温存储的状态，与其相接处的金属部件会发生明显收缩，在封闭管线的所有部位，尤其是在阀门、法兰、管件以及焊缝、密封和裂缝等位置,都有LNG泄漏和沸腾蒸发等安全事件发生能可,如不将这些蒸发气及时地封闭起来,它就会逐渐上浮、不断扩散，非常容易遇到明火，从而引发火灾，甚至发生爆炸。（3）低温冻伤：由于LNG是-162的深冷液体,它的存储和操作都时在低温状态下进行，如果发生LNG的泄漏，就会引起相关设施设备发生冷收縮和脆性断裂，而损坏该设备，导致巨大安全事故。人体皮肤直接与低温物质表面接触时，其表层的潮湿气体会发生凝结,并且沾粘在低温物体表面上，皮肤以及皮肤以下细胞组织发生冻结,非常容易造成撕裂,并且留下伤口，产生严重的损伤。（4）低温麻醉：LNG泄漏所形成的蒸发气温度很低，在没有充分的安全保护措施时,人长时间在低于10下的环境中就会发生低温麻醉的危险。随着人体体温下降，人的生理功能和智力活动都会下降,心脏功能发生衰竭,体温进一步降低就会导致死亡。（5）窒息：虽然LNG蒸气属于无毒气体,但其氧含量是非常低的,一旦吸入便会导致窒息。当处于LNG蒸发气环境中时，人会因为空气中含氧量过低而导致人体供氧不足，呼吸困难和窒息。如若处于纯净的LNG蒸气之中却不快速的脱离,很快人体就丧失知觉,几分钟之后就会死亡。（6）冷爆炸：水和LNG间的传热速率非常高，当泄漏出的LNG遇到水时会产生激烈的沸腾蒸发并且伴随巨大的声响，当其蒸发率达到0.18kg/(m2S)时就会发生冷爆炸。这与将水滴滴落在烧红的铁板之上而产生快速蒸发的现象相似。（7）火灾与爆炸：LNG蒸气遇明火着火后,其火焰会随着氧气为不断扩大。如果LNG大量的泄漏，就会引起很大燃烧半径。当LNG蒸气与空气混合达到爆炸下限时，遇明火发生爆炸，易于形成大面积火灾，会对周围设施设备和居民造成严重的损失。LNG作为一种有潜在危险的燃料，对能源发展和环境保护具有一定的好处，虽然与石油、液化石油气等能源发展较晚，但其安全性要好得多。在LNG实际的生产运作过程中，其重点是了解LNG的特性和潜在的危险性，按照行业标准与规范进行工艺流程与设施设备的设计，进行安全的操作与管理。2.3.2人员与管理安全风险因素管理方面的风险因素主要是人为的，有以下几个方面1111：（1）工作人员的违章操作：违章开关阀门，检查、抢修操作违章，违章动火，设备控制操作违章。（2）安全规章制度不够完善，安全管理不规范，没有对操作人员进行充分的教育培训。2.3.3环境风险有害因素环境中所潜在的危险性因素属于外来风险，发生的可能性较低，一旦发生可能会对LNG接收站造成严重的破坏，发生LNG安全事故。其中主要包括两个方面：一是自然环境危险因素，主要包括地质灾害、雷电和台风等气候灾害、高温天气等，其中地质灾害发生的可能性很小；二是社会环境危害，包括第三方破坏、违章占压和恶意破坏等1111，其中自然环境对接收站带来的可能风险远高于社会环境所带来的风险，因此主要考虑自然环境的风险因素。2.3.4 工艺流程及设施设备的风险因素低温常压储存是LNG存储过程中最一般的方法，而在实际的生产操作中，为提升接收站的存储效率，多应用低温高压储存方式。无论采用哪种储存方法，由于工艺过程、设备或管道失效等各种风险因素，而导致LNG的泄漏，引发火灾、爆炸等事件和一系列的连锁反应。 LNG工艺系统与设施设备可能存在的危险因素主要有以下几方面1110: (1) 工程设计不合理：LNG接收站工艺系统设计的质量对安全生产有重要的影响。虽然现在的接收站工艺技术比较成熟，这种危险发生的概率较小，但仍需要基于安全的角度进行考虑。可能的设计失误主要有管线、管道、结构和防腐蚀、防雷、防静电等方面设计不合理。 (2) 施工质量问题：施工质量的优劣会对LNG接收站能否持续安全的运营产生重要影响。其中可能存在焊接、组装等技术不足、工程质量不达标等问题，造成LNG泄漏或更大的安全事故。(3) 腐蚀失效：腐蚀失效是金属管道及设备设施主要的失效形式，尤其是地下管道和设备，经过长期的腐蚀导致管道、设备穿孔的情况非常常见。(4) 疲劳失效：管道和设备由于遭受内压和外载荷不断变化的交变载荷，而这种交变载荷所引起的变应力会造成设备、管道的疲劳破坏。(5) 阀门、法兰、垫片及紧固件失效。(6) 储存设施失效：LNG 储存罐是LNG主要的存储设备，其储量很大，一旦失效，就可能造成LNG的大量泄漏，从而引起火灾、爆炸等重大的安全事故。存在的危险因素包括地层影响、保护设施失效、操作失误、检修事故等。(7) 电气设施以及防雷、防静电设施故障。2.4 本章小结本章介绍了LNG的属性和LNG接收站的主要工艺系统及其所需的设备设施。基于LNG的基本属性、工艺系统和人为、环境等其他方面，全面的总结、分析了LNG接收站在日常运行管理过程中可能存在的潜在的危险因素。第3章 LNG接收站安全预警体系的建立进行LNG接收站的安全管理，主要是将可能引发安全事故的潜在危险消除，防患于未然。因此，在进行LNG接收站整体或各环节的安全评价之前，需要建立科学的安全评价指标体系，设立合理的安全预警警级与警限，为进行LNG接收站具体的分析研究奠定基础。3.1安全评价指标体系建立建立安全评价指标体系，需要考虑LNG接收站可能造成安全事故的潜在危险因素，并且根据所需要评价对象的具体情况，对各安全评价指标进行整合、分类，科学的分析影响LNG接受站安全运营的主要因素。通过安全评价，获得LNG接收站安全情况信息，并对安全状况较低的部分进行及时的修复，提高LNG接收站安全防范水平。3.1.1 指标体系建立的原则LNG接收站安全评价指标体系的建立，应尽量满足科学、合理的要求，具体来说应当遵从以下几个原则214：（1）科学性原则：评价指标体系必须能反映影响LNG接收站安全情况的风险因素以及相互之间的特点、规律和联系，客观的反应接收站的实际安全情况。安全评价指标的选择应在科学的基础上，考虑相关信息的可获取性。（2）系统性原则: LNG接收站是一个复杂的生产运作系统，因此所建立的安全指标体系要考虑系统中每个因素之间相互影响与制约关系，充分反映安全系统的整体及各个方面的状况，主次分明，清晰、准确的表现评价单元的实际情况。（3）代表性原则：为全面表现LNG接收站的安全水平，需要选取有代表性、信息量大的指标，在全面的分析相关指标的同时要把握住其中主要矛盾，选取最能够反映被评价对象的影响因素。（4）可行性原则：在选取各评价指标和相关因素时，应充分考虑其可行性以及相关数据的可行性，这样才能使评价指标体系具有更强的说服力和使用价值，使安全评价工作具有可靠性。（5）独立性原则：在选取安全评价指标体系中的指标因素时，其中一些因素通常是相互联系的，因此要科学地选取各层次中的指标，使每种指标只出现一次，准确地表现安全评价指标的具体情况。基于以上原则，为获得科学、全面、准确的安全预警结果，本文充分学习了专家学者在建立指标体系方面的知识、经验，使安全评价指标体系更加准确、全面。3.1.2 评价指标单元划分安全评价指标体系是安全评价的重要前提，安全评价指标体系建立的科学性与合理性会直接影响安全评价的最终结果。另一方面，需要根据安全评价的要求和具体的评价结果科学地、合理地、全面地划分各个评价单元，反映出各个安全评价单元中的所有因素，最终获得整体和各个安全评价单元的可靠地结果12。LNG接收站作为一个安全评价整体，是由其他相互独立并相互关联的众多环节、子系统组成的，每个环节都有其不同的功能和作用，相互连接、协作共同完成LNG接收站的整体工作。建立LNG接收站的安全评价指标体系，需要根据各环节存在的危险性因素，基于各个评价单元在工艺流程、生产运作过程以及其相互独立的原则，对LNG接收站进行安全评价单元划分，形成相对独立、特征界限较为明显且存在一定联系的各个评价单元。LNG接收站站内相关设施设备存在的不安全因素是最主要的安全隐患。在接收站的运转过程中，各工艺系统的相关设备可能由于老化、未及时检修、人员操作不当、外部环境影响等因素而引发危险。因此，需要对可能存在危险因素各个环节进行综合考量，构建较为完善的LNG接收站安全评价指标体系。依据安全评价指标体系建立的系统性、可行性和独立性原则，主要将其划分为三个层次，其中LNG接收站的整体安全情况作为安全评价体系的最终目标；将在LNG接收站运行过程中由于其缺陷可能引发安全事故作为标准，划分一级指标主要包括设备安全、人员安全、管理安全和环境安全4个单元；根据一级指标中可能潜在风险的部分进行细分，因此划分得二级指标，设备安全主要列出储存设备、输送设备、控制系统、安全保护系统；人员安全主要列有安全意识、业务技能与知识、身心健康；管理安全列有安全培训教育、安全规章制度、安全检修、事故应急反应；环境安全主要包括气候、温度、外来火灾、选址及周边环境1316。3.1.3 指标体系的建立通过查阅相关的文献资料和指导老师的建议，在科学合理地建立安全评价指标体系的原则基础上，对LNG的基本属性、LNG接收站的工艺与设备以及可能造成LNG接收站安全危险的相关危险因素进行研究，基本建立了以LNG接收站的安全为最终目标，主要划分为设备安全、人员安全、管理安全和环境安全4个方面的安全情况为基本准则，考虑在每个部分中可能引发安全事故的潜在危险因素作为基本指标的安全评价指标体系8,13。如下表3.1所示： 表3.1 LNG接收站安全评价指标体系安全评价目标一级指标二级指标LNG接收站安全A设备安全B1储存设备C1输送设备C2控制系统C3安全保护系统C4人员安全B2安全意识C5业务技能与知识C6身心健康状况C7管理安全B3安全培训教育C8安全规章制度C9安全检修C10事故应急反应C11环境安全B4气候C12温度C13外来火灾C14选址及周边环境C153.2 LNG接收站安全预警警级与警限确定3.2.1 LNG接收站安全预警等级划分在LNG接收站中，不同的危险等级可能发生危险的过程、引发的安全事故和造成的危险后果各不相同，因此需要根据所在的危险等级做出相应的应对管理措施，确保LNG接收站的安全运行。参考其他安全预警相关文献和LNG接收站的安全状况，将安全预警等级划分为危险、比较危险、中等、比较安全、安全5个，具体的评价标准如下表3.2所示：表3.2预警等级划分预警等级危险状况描述危险存在严重的危险，需要快速反应，进行应急处理，排除危险比较危险存在一定的危险，需要集结待命，降低风险，避免危险扩大中等部分可接受风险，需要检修、排故，评审安全后继续运营比较安全需要安全检查，以降低危险概率，可正常运营安全不会发生安全事故，正常运营各行业和企业可以按照自身的具体情况和需求，在确保安全运行的基础上，划分安全预警等级标准，并根据不同的危险状况作出不同的应急反应。3.2.2 LNG接收站安全预警警限确定安全预警的警限确定方法主要有专家评定、经验总结、调查和历史数据等，本文主要参考相关资料和文献2、专家评定的方法，结合文章中具体的模型计算情况，从而确定安全预警警限。根据上节安全预警等级的划分结果，具体的安全状况分为安全、比较安全、中等、比较危险、危险五个等级，按照百分制的给分标准进行评分，如表3.3所示：表3.3LNG接收站安全预警警限预警等级安全比较安全中等比较危险危险分数801006080406020400203.3 本章小结本章结合第二章中所介绍的LNG接收站工艺系统和可能潜在的安全危险因素，参考评价指标体系的建立与安全预警研究的相关文献，建立了LNG接收站安全评价指标体系，并且确立了安全预警的等级和警限。为下文的具体模型的建立与定量计算提供依据。但是，不论是评价指标体系的建立还是安全预警等级的划分都存在一定的主观因素，因此，对LNG接收站的安全评价仍存在一定的不足，需要进一步的学习、研究。第4章LNG接收站安全评价模型构建安全评价主要是运用相关数学模型、物理模型方法，对被评价目标的安全状况进行定量的分析和评价。通过LNG接收站的安全评价，港口企业管理者可以了解LNG接收站整体和各部分、环节的安全状况，为管理者进行下一步的安全管理、决策和采取相应的控制措施提供依据。4.1 安全评价方法的选择安全评价方法是以实现系统安全为目的，应用安全系统原理和方法，对被评价单元中存在的危险因素、有害因素进行分析与评价的方法。目前有许多安全评价模型方法，每一种方法都有其所适应应用范围与条件，需要根据被评价单元的实际情况，依照系统性、合理性、针对性、适应性的原则，选用合适的模型才能获得一个好的评价效果。本文在选取对于LNG接收站的方法模型时，主要关注了以下3方面问题：一是LNG接收站的工艺流程、运行过程和作业环境等相关特点，通过构建安全评价指标体系来展现；二是用于安全评价的相关资料的获取情况，本文主要通过相关的文献资料和模拟专家打分的方法获取一些必要的指标数据；三是对LNG接收站进行安全评价最终要达到的目标是获取LNG接收站相关的整体安全情况以及各个评价单元的具体安全等级情况。通过对以上3个方面问题的综合考虑，本文主要选择运用定量的安全评价方法模型。由于相关数据不完善，在设立相关指标权重时，存在较强的主观性，因此为使所计算获得的指标权重具有一定的客观性，本文主要将层次分析法（AHP）与熵权法相组合，从而获得合理可靠的安全评价指标权重值。根据安全评价方法的数学模型和所需要达到的整体与部分两方面的评价目标，本文主要采用可拓理论评价模型，同时为避免专家打分对可拓模型的主观影响，所以对专家评分部分运用熵权法进行综合计算，获得较为可观的评价结果，充分发挥可拓理论定量计算的优点，最终获得满足可靠、全面的安全评价结果。4.2指标权重的确定指标权重是一个相对的概念，是以某种数量形式的对比权衡被评价单元中各个因素的相对重要程度。在LNG接收站安全评价指标计算的过程中，指标权重确定方法的科学、合理、全面会直接影响到安全评价结果，反应评价目标。而对于LNG接收站的安全预警需要保证其客观和理性，避免人为主观因素对最终评价结果的过多影响，因此，本文会将主观和客观评价指标权重的计算模型综合考虑，提出符合LNG接收站安全评价指标要求的综合权重计算方法。4.2.1 主观赋权模型主观赋权法是评价者依据各个评价指标的相对重要程度和自身过往的实践经验，通过比较各个评价指标的重要性，而获得的一种权重计算方法，人的主观因素影响较大。通常使用的主观赋权法包括模糊集综合评判法、层次分析法（The Analytic Hierarchy Process,简称AHP）、灰色关联法、统计分析法（Delphi）、优序图法等。其中最常用的是层次分析法。层次分析法(AHP)是美国匹茨堡大学教授萨蒂于上个世纪70年代初所提出的一种多层次、多目标、多方案的综合分析评价方法1316，其基本原理就是将所需要研究的复杂问题作为一个大的系统，通过对系统中与决策相关的众多元素进行分析，划分出各个元素之间相互联系且相互独立的目标、准则、指标等有序的层次，然后由专家根据自己的专业知识和经验对各层次中的指标元素进行两两比较判断量化，从而建立比较判断矩阵，计算出各层次诸元素之间的相对重要程度的权重值，然后对每个层次上的各元素进行相对重要性排序，最后使复杂的问题清晰化，便于决策人员进行正确的评价与决策。层次分析法（AHP）建立模型的步骤主要有建立递阶层次结构模型、构造判断矩阵、计算权向量、一致性检验。根据萨蒂的经典AHP模型，权重计算的具体步骤如下1417-20：（1）建立递阶层次模型：应用层次分析法（AHP）分析各类复杂的问题时，首先需要将问题进行分层、明确条理，根据问题的具体研究目标，将复杂问题分成各不相同的组成元素，将这些元素依照其属性划分为不同的层次，主要包括目标层、准则层、指标层这三个层次，从而建立关于此复杂问题的的地接层次结构模型。如表3.1所示，就是本文所要研究问题的递阶层次结构模型。（2）构造判断矩阵：递阶层次结构模型描述了各个元素间的相互关系，但是下层元素在上层元素中所占有的比例权重仍没有明确，因此接下来就需要分别构造同一层次上各元素两两比较分析的判断矩阵，根据相对重要程度分划分成几个重要性等级。通常情况下我们采用19标度法，此方法主要是用数字19及其倒数作为标度，表示出同层各元素之间的相互重要程度。构造两两比较判断矩阵：A=aijnn （4.1）式中，aij就是元素ui和uj相对于准则的重要性比例标度。判断矩阵中各标度及其含义如下表4.1所示：表4.1判断矩阵中元素的赋值标准aij含义aij含义1两元素相比，同等重要2介于同等与略微重要之间3两元素相比，前者比后者稍微重要4介于略微与明显重要之间5两元素相比，前者比后者明显重要6介于明显与强烈重要之间7两元素相比，前者比后者强烈重要8介于强烈与略极其要之间9两元素相比，前者比后者极其重要倒数若元素ui与元素uj的重要性之比为aij，则元素uj与元素ui的重要性之比为aji=1aij判断矩阵具有以下性质：aij0，aji=1aij，aii=1（4.2）（3）计算相对权重：计算权重的方法主要是是特征根法（EM），因此得各元素的权重系数公式：Aw=maxw（4.3）式中，A判断矩阵； w相应的特征向量； maxA的最大特征根。根据正矩阵的门阶定理，最大特征根max以及相对应的特征向量w存在并且具有唯一的一个，w1的分量均是正分量，可使用幂法求出max和w1，如下所示：将判断矩阵的各行元素进行相乘，得BiBi=jnaij i=1,2,n（4.4）将Bi开n次方根，得wiwi=nBi i=1,2,n（4.5）将向量W=(w1,w2,wn)T进行归一化处理wi=wii=1nwi i=1,2,n（4.6）经过计算，最终得到矩阵W=(w1,w2,wn)T就是所要求的判断矩阵A的特征向量，也就是各个元素指标的权重值。（4）一致性检验：利用判断矩阵计算指标的权重时能够在一定的程度上削弱其他因素的影响，相对客观地反映一对因素的影响力，但是不能较为准确地计算出两个因素的比重，因此最终输出的aij与实际值之间存在一定的偏差，不能保证判断矩阵达到一致性要求。对判断矩阵的一致性检验如下：计算矩阵的最大特征根max=1ni=1n(Awi)iwi=1ni=1nj=1naijwjwi（4.7）计算一致性指标CICI=max-nn-1（4.8）通过查表获得相应的平均随机性指标RI，如表4.2所示：表4.2 平均随机性指标RI矩阵阶数123456789RI000.520.891.121.261.361.411.46计算一致性比例CRCR=CIRI（4.9）一致性比例值越小，则表明判断矩阵的一致性就越好，当CR0.1时,则可认为判断矩阵的一致性是可以接受的，当CR0.1时，则需要对判断矩阵相关数值进行适当的调整。对于一阶、二阶判断矩阵总是保持一致的，此时的CR=0，所以不需要进行一致性检验。（5）指标一致性综合检验：假设评价指标体系存在两级指标，则W(j)=wi(j)T为j级指标权重向量，CI(j)=CIij为第j级指标对应的一致性指标向量，RI(j)=RIij为第j级指标对应的平均随机一致性指标向量，计算整体一致性指标CI总和整体平均随机一致性指标RI总CI总=CI(j)W(j)（4.10）RI总=RI(j)W(j)（4.11）根据公式（4.10）和（4.11）计算整体一致性比例CR总CR总=CI总RI总（4.12）4.2.2 客观赋权模型客观赋权法是根据实际的数据以及这些数据的具体的信息情况从而计算出所建立评价模型的指标权重的方法，其中包括主成分分析法、离差及均方差法、熵权法、指标重要性相关法、灰色关联法等。熵权法是一种比较常用的计算指标权重的客观赋权方法。其基本原理主要是学习熵理论中熵传递的基本思想，充分考虑各指标的变化情况，采用信息熵来算出各个评价指标的熵权，然后运用各个指标的熵值来改进修正，确保评价指标权重能够真实的符合实际情况。安全评价指标的信息熵大，则与其相对应的指标值的变化就会很小，所能提供的相关信息就会比较少，因此在安全评价过程中此指标所起到的影响就会很小，对应的权重也会很小；相反同理，这样可以看出信息熵和指标权重是反比例关系。因此可利用熵权法对专家的评分结果做出评判，得到专家评分结果的可信度15。本文主要采用客观赋权法对专家的评价水平进行客观评定，因此，运用熵理论对专家的信息可信度进行模型计算具体步骤步骤如下1422：（1）获取m个专家对评价指标体系中的n个因素进行评分，从而得到关于专家评价结果的评分矩阵X=xijmn，其中xij（i=1,2,m;j=1,2,n）是第i个专家对第j个评价因素的具体评分值。（2）对专家的评价水平进行评分，其中选择专家组的评价结果最具有相同性的专家为最有专家，通过计算其他专家的评价结果同最优专家之间的差异来衡量其他专家的优劣情况。专家的评价水平向量为Ei=ei1,ei2,eineij=1-xij-xjmaxxj （i=1,2,m;j=1,2,n）（4.13）式中，eij第i个专家对第j个评价因素所做评价结果的评价水平； xij第i个专家对第j个评价因素所做的评价权重； xj所有专家对第j个评价因素的评价权重的平均值； maxxj所有专家对第j个评价因素的评价权重的最大值。（3）根据各专家对不同指标因素的评价水平eij，结合熵权理论，构建关于专家评分结果的评定模型：hij=-eijlneij ， 1eeij12e-eijlneij ， 0eij 1e（i=1,2,m;j=1,2,n）（4.14）Hi=j=1nhij（4.15）根据此评定模型可以确定专家评分结果的不确定性，从而判断各专家对同一问题的评价水平，其不确定性可用熵值Hi形象的表现出来。熵值越小，则该专家对此问题的评价水平就越高，其评分结果的可用性越强，对第j个指标的评分结果占的权重就越大；反之亦然。（4）根据熵权理论，对各位专家在各个评价过程中所占的权重大小建立模型，从而得到专家评价的权重向量C=c1,c2,cmT：ci=1Hii=1m1Hi（4.16）式中，ci专家i的评价结果在所有专家中所占的权重。通过构建针对专家在同一个评价过程中其评分结果所占权重的熵权模型，可能够对专家的专业水准进行评判，从而获得专家评价水平的排序情况。将此模型与层次分析法（AHP）相结合，应用于LNG接收站安全预警评价过程中，可以充分发挥专家的知识与经验，同时能够对专家的评价水平进行评定，得到更为客观的评分结果，最终计算出的安全评价指标的相关权重更为科学、准确。4.2.3 组合赋权模型不论层次分析法（AHP）还是熵权法计算指标权重，都是属于主观和客观赋权方法之中的一种，都有其自身缺陷，如层次分析法（AHP）是根据评价专家的知识和经验进行指标评价，其主观性过强，从而使其缺少对实际的数据信息的具体反映；而熵权法则是真是的反映了实际的数据信息，反而缺乏对评价专家的主观意志的反映，不能全面地考虑评价指标体系中各因素之间相互关系。因此，选取主观赋权法和客观赋权法各自的优点，选用层次分析法（AHP）所计算出的安全评价指标的主管权重值和熵权法所计算出的专家评分水平的客观权重，将两种权重进行加权融合，从而获得一个更加客观合理的安全评价指标权重1423。根据层次分析法（AHP）和熵权法的基本原理，将这两种赋权方法相互修正组合，具体的计算权重的步骤如下：（1）根据模拟专家打分获得判断矩阵A=aijnn，运用层次分析法（AHP）计算评价指标的主观权重，得主观权重矩阵为W=wijmn，其中，0wij1，j=1nwij=1，i=1,2,m;j=1,2,n。（2）运用熵权法计算各专家在所有专家进行指标评价过程中所占的客观权重，从