基于突變級數法的油氣站場應急管理能力安全評價

馬軍鵬，郭輝，劉賀宇，歐陽保，梁昌晶

(1. 中國石油華北油田分公司 消防支隊，河北 任丘 062552；2. 中國石油華北油田公司 第一采油廠，河北 任丘 062552；3. 中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司 鉆采裝備銷售公司，天津 300280；4. 中國石油華北油田公司 二連分公司，內蒙古 錫林浩特 026017)

石油和天然氣是中國能源結構中不可或缺的重要組成部分，管道是實現油氣資源經濟、高效輸送的重要手段。目前，國內外研究人員對于油氣管道完整性展開了研究，主要集中在管道易損性評價、管網可靠性計算、管網能耗優化、重點耗能設備評價等方面[1-2]，但涉及油氣站場安全性評價方面的研究較少。油氣站場內分為油工藝區和氣工藝區，較單一介質的站場相比，設備種類繁多、工藝流程復雜、風險源也相對更多，一旦發生事故容易產生連鎖反應，對周圍的居民和建筑物產生影響，如2005年英國的邦斯菲爾德油庫爆炸，造成直接經濟損失高達2.5億英鎊，因此有必要對油氣站場重大突發事件的應急管理能力展開評價。吳娜[3]通過分析油庫事故應急救援體系，預測了事故發生時所需的救援物資和運輸能力；黃亮亮等[4]采用CRITIC法和云發生器評價了石化企業的應急成熟度；馬茂東等[5]采用模糊層次分析法評價了危險行業安全生產事故的應急管理能力。以上研究有一定的借鑒意義，但均停留在對事故發生時的應急管理能力評價，未針對事故的全生命周期進行評價，且在計算各評價指標權重時存在較強主觀隨意性[6-7]?；诖?，從應急預防、應急準備、應急響應、應急恢復等四方面出發，采用突變級數法評價油氣站場的應急管理能力，以期為應急管理工作的決策部署提供理論依據。

1 基于突變級數法的油氣站場應急管理能力模型

1.1 評價體系建立

油氣站場應急管理能力受人員、設備、環境、不可抗力和管理水平等因素的影響，屬于模糊性、隨機性、不確定性的問題?；谶^程管理理論，遵循評價指標系統性、科學性、可量化性、全面性、動態性等原則，參考近年來重大油氣站場事故情景開發模式，將油氣站場應急管理過程分為預防、準備、響應、恢復等四方面，并逐漸梳理每一級的全過程任務，確定17個二級指標，見表1所列。突變級數法只需衡量各指標的相對重要程度，無需對各指標的權重進行定量描述，以應急恢復能力為例，其下二級指標的重要程度從大到小依次為事后評價與反應、生產生活恢復、生態環境恢復、應急預案維護。依次類推，其余二級指標的排序類似。

表1 油氣站場應急管理能力評級指標體系

1.2 評價指標標準化

由于原始數據在取值范圍和量綱上不一致，故需對數據進行標準化處理，按照越大越優的原則，將原始數據轉化為0～1的指標值，如式(1)所示：

(1)

1.3 突變級數模型構建

突變級數模型是由法國數學家托姆提出，屬于混沌理論和突變理論的分支[8-9]。設V(x)為突變模型的勢函數，將V(x)求一階導數后令V(x)′=0，得到勢函數的平衡曲面，再對V(x)求二階導數后令V(x)″=0，獲得該曲面的奇異集。將V(x)′=0和V(x)″=0聯立后得到分解形式的分歧方程，各種突變模型的分歧方程可用該方法獲得。根據1.1節中建立的評價指標體系，狀態變量的維數為1，控制變量的維數不超過5個，即不同層級二級指標的個數不超過5個，在此主要采用燕尾型、蝴蝶型、棚屋型的突變模型，模型勢函數和歸一化公式見表2所列。

表2 一維狀態變量的突變模型

由于系統內的控制變量存在多種質態，不便于比較，因此根據表2中的歸一化公式轉化為同一質態，將該質態用狀態變量表示，隨后逐級向上進行量化遞歸運算。運算時，如各控制變量之間存在明顯的耦合協調關系，則遵循互補原則，取各控制變量突變級數值的算術平均值為系統值；如各控制變量之間不存在明顯的耦合協調關系，則遵循非互補原則，取各控制變量突變級數值的最小值為系統值，以此得到評價對象總的突變級數值。通過分析各層級的突變級數值，判斷系統及各部分的突變情況。

1.4 評價等級劃分

目前，國內對于油氣站場應急管理能力尚無標準，在此采用百分制評價各指標，將應急管理能力分為低、較低、中、較高、高等5個等級，見表3所列。

表3 評價等級描述

2 實例分析

表4 評價指標分值

表5 突變級數評價結果

從表5的評價結果看，評價結果數值均在0.8以上，這是由歸一化公式向上聚集的特點造成的，使評價結果之間差異程度較小，難以識別評價結果的優劣性。在此，對突變模型進行改進，依據評價指標體系，設二級指標層的樣本值xi為0～1，步長為0.1，按照互補原則計算對應的總突變級數值yi，采用Matlab軟件將兩者進行多項式擬合，如圖1所示。擬合函數如式(2)所示：

(2)

擬合結果R2=0.997 1，擬合程度較好。

圖1 總突變級數值與隸屬度擬合曲線

根據評價結果確定應急管理能力的評價準則，并代入式(2)中對評價值進行轉換，改進前后的評價準則見表6所列，評價結果見表7所列。對比改進前后的評價結果可知，改進前評價結果數值較大，改進后評價結果均勻分布在[0， 1]，且未造成信息失真，評價結果分辨率更高，易于做出直觀判斷。該油氣站場的應急管理能力的評價等級為中等。

應急預防能力的評價等級為較低，且數值在較低等級的中間位置，當某些指標發生變化時，有從較低等級向低等級轉換的趨勢，因此應在危險源辨識及風險評估的基礎上，日常開展油氣工藝區的安全監控及工藝管道的安全保護工作，積極聯系政府負責監管站場區域的主管部門評估主管區域內的風險點，并會同政府部分加強站場的安全保護措施。應急準備能力的評價等級為較低，且數值在較低等級的中間位置，當某些指標發生變化時，有從較低等級向低等級轉換的趨勢，因此應注重企業和政府應急預案的演練和銜接工作，增強專兼職應急救援隊伍建設和應急資金的儲備，通過桌面演練、功能演練等方式使應急演練常態化、日常化，通過演練結果修改和評估應急預案，推動應急信息平臺的建設和互聯互通，針對周邊公眾展開應急安全教育，不斷完善自身的應急組織體系，加強信息共享機制。應急響應能力的評價等級為中，且與中等級的下限0.345 6距離較近，當某些指標發生變化時，有從中等級向較低等級轉換的趨勢，因此在發生事故后，企業作為主體單位應及時向上級及政府部門報告事故情況，預判事故發展趨勢及應采取的工藝措施，成立現場應急指揮部門開展現場管理與協調，消防救援、環保、市政、電力、通信、應急管理等人員各司其事，在應急指揮部門的領導下開展泄漏處置、現場環境監測、現場滅火與防爆、公眾疏散、應急保障、重點目標保護、事故信息發布、輿情監控與應對等方面的具體工作。應急響應能力的評價等級為中，且與中等級的上限0.677 8距離較近，如改善某些指標，有從中等級向較高等級轉換的趨勢，因此要積極完成對受傷人員的救治，對污染物的清除，對污染土壤的修復，對環境指標的檢測，對事故現場的廢墟、垃圾及危廢進行集中統一管理，對站場進行修復及恢復生產，對事故進行調查取證，并將結果向公眾定期公布。

表6 油氣站場應急管理能力評價準則

表7 改進前后評價結果

3 結束語

1)基于突變級數法構建了油氣站場應急管理能力評價模型，將事故應急管理過程分為預防、準備、響應、恢復等四方面，并確定17個二級指標，該方法無需對評價指標進行賦權。

2)針對實例改進評價準則，使評價結果均勻分布在[0， 1]內，且未造成信息失真，評價結果分辨率更高，針對各部分的突變情況進行說明，考慮從加強危險源辨識、應急演練常態化、完善現場指揮機制、共享信息平臺、構建應急策略等方面加強油氣站場的應急管理能力。