模糊綜合評價法在液體推進劑罐區風險評價中的應用

劉 淵 ，王煊軍，夏本立，叢繼信

（1.第二炮兵工程學院，西安 710025；2.總裝備部后勤部防疫大隊，北京 100101）

0 前言

液體推進劑被廣泛應用于航天和國防領域。各國發射航天器（包括衛星、飛船、探測器等）的運載火箭均是采用液體推進劑。液體推進劑為易燃易爆、有毒有害物質，稍有不慎就會引起財產損失和重大人員傷亡，造成嚴重后果。因此，對液體推進劑儲存罐區的風險進行安全評價是十分必要的。

關于液體推進劑的風險評價多是定性的分析。從安全管理方面包括法律法規、安全理論的教育，液體推進劑、防護措施的學習等，這些仍然還不足以表達清楚，因為液體推進劑在長期貯存中發生事故的原因是多樣的、復雜的，具有不確定性。因此，現有的一些評價方法缺乏科學性和合理性，得到的結論也是片面的。

本文擬建立一種基于模糊綜合評價法的推進劑罐區安全評價模型。模糊綜合評價方法是根據模糊數學理論，應用模糊變換原理和最大隸屬度原則，結合多因素系統的特征，考慮與被評價事物相關的各個因素進行總體評價的一種方法。它可以全面地考慮造成液體推進劑罐區事故的各種因素，將定性與定量分析有機結合起來，既能夠充分體現評價因素和評價過程的模糊性，又盡量減少個人主觀臆斷所帶來的弊端，因此比一般的評比打分等方法更符合客觀現實，評價結果更可信[1]。

1 模糊綜合評價方法

模糊測評的基本原理可概括為：測評因素有m個，因素集合為U=｛u1,u2,… ,um｝，評語有n個，評語集合為V= ｛v1,v2,… ,vn｝ ，因素集與評語集之間的模糊關系用模糊關系矩陣R表示。模糊關系矩陣為

式中：rij為測評因素ui對評語等級vj的隸屬度，rij=μR(ui,vi)；μR(ui,vi)為 隸 屬 函 數 。Ri=[ri1,ri2,…rin] 是第i個因素ui的單因素測評，它是評語集V上的模糊子集。

設因素集合U上的因素模糊子集

式中：ia為iu對A的隸屬度，它是單因素在總評測因素中所起作用大小的量度，即因素的重要性或權重。

設評語集V上的等級模糊子集

式中jb為等級jv對評價所得子集B的隸屬度，也就是評測結果。

在此基礎上可以進行二級模糊評價，用C來表示，記為

式中運算符號“?”表示模糊矩陣的合成運算。

2 推進劑罐區風險評價的指標體系

影響推進劑罐區風險等級的因素復雜，根據專家在推進劑領域的工作經驗總結，結合液體推進劑的理化特性并參考國內外石化等行業貯存情況，采用定量和定性分析，將研究對象分為3個層次：

1）推進劑罐區風險等級評價作為模型的目標層是這一問題的最終目的（層次Ⅰ）；

2）人員素質、安全管理、罐區設備安全可靠性、儲存設備、充裝過量等因素決定了罐區風險性等級，但其影響方式還需通過與其相關的具體因素來體現，這是解決問題的中間環節，亦即模型的準則層（層次Ⅱ）；

3）各具體的指標構成了本模型的決策層（層次Ⅲ），通過對該層次問題的決策，即可最終達到所要求解的目標。

推進劑罐區風險評價指標體系如圖1所示。

圖1 推進劑罐區風險評價指標體系Fig.1 The risk evaluation index system of UDMH station

3 風險評價模型

根據上述對影響因素的分析，應用模糊綜合評價法建立液體推進劑貯存罐區的風險評價模型。由于液體推進劑是特種燃料，其使用部門和單位對人員的選用和管理有嚴格制度，因此本文在有關人員素質因素方面僅考查專業技能、心理素質和安全意識3個指標。

3.1 綜合評價因素集

3.2 各評價因素的子因素集

u1=｛u11,u12,u13｝={專業技能，心理素質，安全意識}；

u2=｛u21,u22｝={規章制度，安全組織}；

u3=｛u31,u32,u33,u34｝={泄漏報警裝置，防雷電設施，通風設施，消防設施}；

u4=｛u41,u42,u43｝={罐體自身缺陷，螺母法蘭連接不牢，密封圈變形損壞}；

u5=｛u51,u52｝={安全閥失效，計量儀表不準確}。

3.3 建立評價集

根據影響因素導致在推進劑罐區發生事故可能性的大小，以及事故發生可能帶來的危害后果，將發生事故的風險劃分為5個等級，即V={一級，二級，三級，四級，五級}，級數越高表示風險程度越小。

3.4 層次分析法確立權重

確定因素權重的方法有很多，包括德爾菲（Delphi）法、專家調查法和層次分析法等，其中層次分析法（analytic hierarchy process ，AHP法）是目前應用較為廣泛的一種方法[2]。AHP法通過比較幾個因素對同一目標的影響，從而確定各因素在目標中所占比重。應用層次分析法，計算導致推進劑罐區事故風險的5個方面因素的權重。

1）構建評價各因素相對重要性的判斷矩陣

應用1～9標度方法[3]，將每一層中各因素的相對重要性用數值表示出來，建立推進劑罐區發生事故影響因素的判斷矩陣（見表1）。

表1 影響因素的判斷矩陣Table 1 Judgment matrix of affecting factors

2）計算權重

利用方根法[3]計算出各因素權重，其中i,j= 1 ,2,… ,n（n=5）。見表2。

表2 影響因素的權重計算Table 2 Calculation of weight of affecting factors

3）計算判斷矩陣的最大特征值

計算得到判斷矩陣的最大特征值為

4）判斷矩陣的一致性檢驗

一致性指標[3]為

表3 平均隨機一致性指標RITable 3 Average random consistence index RI

本文中n=5，故 RI=1.12，代入式(5)和(6)得λ=5.236 1，CI=0.059 0，從而得到一致性比值

按照同樣方法和步驟計算出其他因素和評價指標的權重。

3.5 建立因素等級評價矩陣

根據專家打分，由式(1)得出各個因素的模糊隸屬度矩陣：

3.6 一級模糊綜合評價

將各因素集的權重分配和等級評價矩陣代入式(3)，得到各因素集的一級模糊綜合評價為

由此可得總的一級模糊綜合評價為

3.7 二級模糊綜合評價

將一級模糊綜合評價矩陣和各因素的權重分配代入式(4)，得到二級模糊綜合評價為=?CAB=（0.291 1，0.442 2，0.173 4，0.062 4，0.022 9）。

根據最大隸屬度原則[4]，由maxC=0.442 2，可判定液體推進劑罐區的風險為二級風險，即風險較大。在實際情況中，推進劑在貯存過程中經常發生跑、冒、滴、漏[5]情況，評價結果能夠較好地反映出推進劑在貯存中存在的風險。

4 結論與事故預防措施

本文應用模糊綜合評價法對液體推進劑罐區存在的風險進行評價。評價結果表明，推進劑罐區風險較大。導致液體推進劑罐區發生事故的各種因素中，安全管理因素所占權重較大，其次為人員素質、充裝過量、罐區設備、存儲設備。因此，相關單位首先要完善規章制度，健全安全組織，并嚴格落實，要提高人員作業素質，教育培訓好所屬人員；其次應根據自身情況，在日常的裝備檢查、維修和保養中應落實各項規定，特別是做好通風設施、消防設施、防雷電設施、管道接頭、連接部位、閥門和密封裝置的檢查、維修或更換。

盡管液體推進劑貯存中能夠引起事故的原因是多方面的，但是人員、設備及其所處的環境等因素是可以通過妥善的安全管理予以制約。因此，為防止事故的發生，主要可從以下3個方面進行預防：

1）防止人為失誤

①通過培養訓練，加強人員對液體推進劑理化性質和毒性毒理的認識，熟悉貯存管理中的操作規程，如取樣化驗、抽吸液罐操作規程等；②作業人員的生理和心理狀態、技術水平、思想素質應達到安全的要求，要根據人體生物鐘原理來保證，通過加強安全責任制來實現[6]；③鍛煉能力和防護演練，以保證人員有良好的心理素質，掌握在出現緊急狀況時如何應對，把事故消除在萌芽或者制止事故的蔓延。

2）控制設備故障的發生率

設備發生故障的原因主要有密封部件的變形、損壞、腐蝕，容器的腐蝕，安全附件如安全閥不起作用，以及設備材料與推進劑不能長期相容等等，為此要制定安全檢查計劃并落實安全檢查制度，預防事故潛在作用力的蓄積。

3）改善貯存環境

液體推進劑與水作用或者吸收空氣中的水分后能產生腐蝕作用，因此貯存環境要除濕。液體推進劑在貯存庫中的揮發，不僅形成了有毒有害氣體環境，而且氧化劑氣體能夠產生爆炸，因而通風是必需的。另外，還要布置消防水幕，設置防火墻；通風口或空調進口不能靠近污染源。如果在設計上不能解決，則可利用供空氣或供氧的呼吸器保護操作人員。

（References）

[1]陳杰, 石超, 方來華.基于灰色關聯分析和 AHP的CNG加氣站安全評價方法研究[J].中國安全科學學報, 2009(4)： 186-187

[2]趙煥臣, 許樹柏, 和金生.層次分析法[M].北京科技出版社, 1986

[3]Saaty T L.Multicriteria decision-making： the analytic hierarchy process[D].Pittsburgh, PA, U.S.： University of Pittsburgh, 1988

[4]楊綸標, 高英儀.模糊數學原理及應用[M].廣州： 華南理工大學出版社, 2005： 2-89

[5]劉建才, 王煊軍, 李正莉.陣地大型液體推進劑儲罐的泄漏及其防治[C]//化學推進劑應用技術研究進展,2005： 178-181

[6]隋鵬程, 陳寶智, 隋旭.安全原理[M].北京： 化學工業出版社, 2008： 132-133