基于SEM的LNG工廠設備運行安全影響因素分析

程松民

昆侖能源湖北黃岡液化天然氣有限公司, 湖北 黃岡 438000

0 前言

液化天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)工廠內設備數量相對較多,如果設備的運行安全出現問題,不但會影響LNG工廠的生產效率以及工作人員的人身安全,還會產生消極的社會影響,對LNG工廠的發展十分不利[1-3]。如果可以確定LNG工廠內設備運行安全的影響因素,管理人員就可以提前制定預防措施,保障設備的運行安全,延長設備的使用壽命[4-6]。因此,對LNG工廠內設備運行安全的影響因素進行全面分析十分重要。

目前,針對LNG工廠內設備的運行安全問題,國內外學者進行了多方面的研究。楊燁等人[7]針對LNG工廠內脫碳貧液泵的運行安全問題,引入了層次分析方法,對各種類型的風險問題進行了全面研究,研究結果表明使用層次分析方法可以提前了解脫碳貧液泵可能出現的風險問題,有利于工作人員提前制定解決措施,保障設備的使用安全,同時還有利于提高LNG工程的管理水平;Vinnem J E等人[8]對挪威市區的LNG工廠風險問題進行了全面分析,在分析過程中充分考慮了LNG工廠所處地理位置以及風險的接受標準,還充分考慮了LNG工廠內的生產工藝技術以及設備的操作要求,研究結果表明提高LNG工廠的管理水平對于保障設備運行安全十分關鍵;李長俊等人[9]在充分了解設備跌落風險的前提下,對LNG工廠內計量裝置的失效問題進行了全面研究,在研究過程中以動量定理為主要依據,對計量裝置的失效后果進行了全面分析,研究結果表明跌落風險對設備產生的危害遠大于機械損傷。

分析目前研究情況可以發現,國內學者主要是對LNG工廠內某種單一設備進行風險研究,由于LNG工廠內的設備數量相對較多,單一的研究作用有限,國外學者已經開始對整個LNG工廠內的設備進行整體評價。由于中國LNG工廠在生產技術以及管理方面與國外存在較大差異,國外的研究成果無法對保障中國LNG工廠設備的安全運行起到很大作用。針對此問題,本文主要引入結構方程模型(Structural Equation Modeling,SEM),對LNG工廠設備運行安全的影響因素進行全面的評價研究,為中國制定相關措施保障設備的運行安全奠定基礎。

1 LNG工廠設備運行安全影響因素分析

對于LNG工廠內的設備而言,其安全問題主要受到工作人員、管理因素、環境因素、設備運行狀況以及外來人員等因素的影響。例如,工作人員的安全意識和操作水平、天氣的變化情況等都與設備的運行安全有關[10-12]。結合中國LNG工廠的運行特點,將設備運行安全的影響因素分為5種,影響因素的關系見圖1。

圖1 LNG工廠設備運行安全影響因素關系圖Fig.1 LNG factory equipment operation safety factor relationship diagram

設備的運行狀況會不斷變化,這5種影響因素無法表現出設備運行的復雜性。事實上,LNG工廠內設備的運行情況將會受到多種因素的聯合影響,由于設備運行動態性的特點,可以將上述5種影響因素劃分為多種類型的變量,這些變量共同構成了一個聯合體系[13]。

2 基于SEM理論構建模型

2.1 SEM理論

SEM是指一種基于變量的協方差矩陣模型,使用SEM可以顯示出顯變量與潛變量之間的關系[14]。顯變量主要指可以通過測量得到的變量,潛變量主要指無法通過測量得到的變量,一般情況下,一種類型的潛變量可以與多個顯變量相互對應[15]。潛變量又可以分為內生潛變量和外生潛變量,外生潛變量不會受到其它因素的影響,反而可以對其它因素產生影響,內生潛變量無法對其它因素產生影響,但是會受其它因素影響[16-17]。

使用SEM進行影響因素分析,可以將上述聯合體系內的變量劃分為潛變量和顯變量,通過顯變量可以推斷出潛變量對設備運行安全產生的影響。LNG工廠內設備運行安全的潛變量及顯變量見表1，表1中各因素即構成了設備運行安全的評價體系。

表1 設備運行安全影響因素表Tab.1 Equipment operation safety factors

SEM主要由兩部分構成,分別是測量模型以及SEM關系。通過測量模型可以表示出內生顯變量、內生潛變量、外生顯變量、外生潛變量之間的相互關系,使用SEM關系可以表示出內生潛變量以及外生潛變量之間的關系[18]。測量模型可以表示為:

x=Axξ+δ

(1)

y=Ayη+ε

(2)

η=Bη+Gξ+ζ

(3)

2.2 SEM的建立

根據LNG工廠內設備運行安全的影響因素建立SEM,見圖2(圖中e為與某一變量相關的誤差，z1為變量殘差)。設備的運行安全并不是獨立的,而是受到了多種潛變量的嚴重影響,在使用SEM的過程中,需要對變量之間的關系進行估計,然后使用樣本進行全面驗證[19-20]。在本文建立的SEM中存在1種內生潛變量、3種內生顯變量、4種外生潛變量以及16種外生顯變量。

圖2 設備運行安全SEM圖Fig.2 The SEM of the equipment operation safety

2.3 假設關系的建立

根據建立的設備運行安全SEM,并基于潛變量和顯變量之間的關系,提出以下假設。

H1:對于LNG工廠內的工作人員而言,其工作經驗越豐富、安全意識越強、身體素質越好以及操作水平越高,則對于保障設備的運行安全越有利,因此,工作人員與設備的運行安全之間存在正向的影響。

H2:對于LNG工廠內的外來人員而言,其安全意識越強、身體素質越高以及自救方面的知識越豐富,則對設備的運行安全越有利,因此,外來人員與設備的運行安全之間存在正向的影響。

H3:對于設備運行狀況而言,設備的連續運行時間越短、設備的防護措施越完善以及運行過程中的維修保養越及時,則設備的運行安全性就越高,因此，設備運行狀況與設備的運行安全之間存在正向的影響。

H4:對于管理因素而言,管理制度越完善、合理,并得到了全面落實,此時設備的運行安全就可以得到保障,因此，管理因素與設備的運行安全之間存在正向的影響。

H5:對于環境因素而言,LNG工廠的工作環境、自然環境以及社會環境與LNG工廠內部分設備的運行安全十分緊密,因此，環境因素與設備的運行安全之間存在正向的影響。

3 SEM結果分析

3.1 問卷調查及信度檢驗

以某LNG工廠為例,對基于SEM的LNG工廠設備運行安全影響因素分析方法進行驗證,其主要設備見表2?；谏衔乃岢龅募僭O,為了確定這些影響因素的有效性,需要對LNG工廠內設備的運行安全問題進行充分調研,因此,根據上文中設備運行安全的評價體系設計調查問卷,為防止調查問卷中出現導向性問題,問卷中的問題基本保持了中性原則。同時,調查問卷采用了Likert10級量表方法,對表1中的19個顯變量進行了充分調研,調研過程中評價結果為1分表示對設備運行安全產生的影響最小,評價結果為10分表示對設備運行安全產生的影響最大,對每種因素的評分進行平均值計算,平均值作為該顯變量對設備運行安全影響的最終評價結果。本次問卷調查的對象為LNG工廠員工以及科研院校教師,共發放調查問卷238份,收回224份,回收率為94%。進行問卷調查后采用信度檢驗方法對數據進行一致性及穩定性檢驗,信度檢驗在SPSS軟件中進行,檢驗結果見表3。

表2 某LNG工廠主要設備表Tab.2 Main equipments of an LNG factory

表3 調查問卷信度檢驗結果表Tab.3 Credibility inspection results of the questionnaire

信度檢驗的結果越接近1,說明調查問卷結果的可靠性越強,高于0.7證明調查問卷結果的信度相對較高,高于0.5證明調查問卷的結果可以接受。通過全面分析表2可以發現,只有外來人員的信度系數小于0.7,其它因素的信度都相對較好,由于外來人員因素的信度系數高于0.5,所以此次調查問卷的結果可以接受。

3.2 設備安全因素及安全關系分析

本次研究使用Amos軟件建立SEM,并將調查問卷調查結果轉化為SAV格式導入模型中,得到標準化的路徑系數,見圖3。同時得到了不同因素與設備運行安全之間關系的參數估計值以及參數擬合值,見表4～5。在對模型進行評價的過程中,需要對這些參數的意義進行研究,對路徑系數和載荷系數進行全面檢驗,其路徑系數大于0且載荷系數小于0.05,才能證明影響因素與設備運行安全之間存在正向的影響。同時,還需要對擬合指數進行分析研究,Amos軟件中提供了多種擬合指數參數,如果這些參數的擬合值相對較差,則需要對路徑進行重新修正,本次研究所選擇的擬合參數為CMIN/df、RMSEA、TLI以及CFI。

圖3 SEM標準化路徑系數圖Fig.3 SEM model standardization path coefficient diagram

表4 設備運行安全影響因素關系參數估計值表Tab.4 The relationship parameter estimation of the influencing factors of the equipment operation safety

表5 設備運行安全影響因素擬合指數表Tab.5 Fitting parameter of the influencing factors of the equipment operation safety

通過全面分析圖3可以發現,外來人員與設備運行安全之間的系數為負值,說明外來人員和設備運行安全之間并不存在正向的影響。通過分析表4發現,載荷系數小于0.05,說明各因素對于設備運行安全產生的影響都十分顯著。將擬合指數與標準范圍進行對比可以發現,Tucker-Lewis指數及擬合優度指數都不在可以接受的標準范圍內,所以需要對原來的SEM進行全面修正,修正過程中將外來人員刪除,然后重新對SEM進行檢驗,修正后的路徑見圖4,修正后設備運行安全影響因素擬合指數見表6。

圖4 修正后的SEM路徑系數圖Fig.4 Fixed SEM model path coefficient diagram

表6 修正后的設備運行安全影響因素擬合指數表Tab.6 Fitting parameter of the fixed influencing factors of the equipment operation safety

分析圖4可以發現,各項因素的路徑系數均為正值,同時,擬合參數都處于可接受的標準范圍內,說明該模型已經達到了適配的基本標準,證明模型已經通過了檢驗。分析表6可以發現,工作人員、設備運行狀況、環境因素以及管理因素都會對設備運行安全產生正向的影響,說明H1、H3、H4、H5的假設成立,其中工作人員對于設備運行安全的影響相對較低,在外來人員方面,設備運行安全對外來人員產生的影響要大于外來人員對設備運行安全產生的影響,說明外來人員與設備運行安全之間并不存在正向的聯系,但是外來人員也會對設備運行安全產生一定的影響。SEM的分析結果,有利于完善LNG工廠內設備運行的安全評價體系,有助于相關企業加強設備運行安全管理工作。

4 結論

1)LNG工廠內設備運行具有非常明顯的動態變化特點,其運行情況將會受到多種因素的聯合影響,根據設備運行動態性的基本特點,可以將設備運行安全的影響因素劃分為多種變量,這些變量共同構成了一個聯合體系。

2)工作人員、設備運行狀況、環境因素以及管理因素都會對設備的運行安全產生正向的影響。工作人員工作經驗越豐富、安全意識越強、身體素質越好以及操作水平越高,則對于保障設備的運行安全越有利；設備的連續運行時間越短、設備的防護措施越好以及運行過程中的維修保養越及時,則設備的運行安全性就越高；管理制度越完善以及合理,并得到了全面的落實,此時設備運行安全就可以得到保障；自然環境的變化情況以及LNG工廠所處的社會環境都與設備的運行安全聯系緊密。

3)與其它影響因素相比,工作人員對于設備運行安全的影響相對較低。在外來人員方面,設備運行安全對其產生的影響要大于外來人員對設備運行安全產生的影響,說明外來人員與設備運行安全之間并不存在正向的聯系,但是外來人員也會對設備的運行安全產生一定的影響。