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基于模糊层次分析法的城镇燃气管道风险评价[]

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-04  浏览次数:8
 刘恩博 钟思敏

 

摘  要:本文借鉴Muhlbauer管道指标评价体系建立城镇燃气管道风险评价指标体系,并给出风险等级划分区间。指标间权重计算采用模糊层次分析方法,该方法克服了传统层次分析方法指标间在实际比较过程中存在标度调整的困难。经过对重庆燃气集团管理的井口至北碚输气管线进行风险评价,评价结果符合工程实际,其评价方法易于基层员工掌握。

关键词:燃气管道;风险评价;模糊层次分析;风险等级;指标评价体系

0 引言

城镇燃气管道多经过环境复杂、人口密集地区,燃气用户点多面广。由于燃气管道的这些特点,燃气管道设计、施工与检测都面临较大困难,燃气管道事故时有发生,造成人员伤亡与财产损失。据统计[1],2002年到2003年第一季度,我国共发生44起城市燃气管道事故,16起燃气用户事故。因此,急需对城镇燃气管道进行风险评价以保障人生财产安全。目前,国内对于城镇燃气管道风险评价的研究主要有:王文和等人[2]采用模糊综合评价方法进行燃气管道风险评价;赵建平等人[3]采用模糊综合评价方法进行燃气管道第三方破坏风险评价。但是,模糊综合评价方法需要专家来进行风险因素隶属度判断,基层员工较难掌握。因此,本文借鉴Muhlbauer管道风险评价方法[4]来进行城镇燃气管道风险评价,并采用模糊层次分析法进行权重调整。最后,采用该方法对重庆燃气集团股份有限公司(以下简称重庆燃气集团)所管理的井口至北碚输气管线(以下简称井北线)进行风险评价,评价结果符合工程实际。

1 城镇燃气管道评价指标层次结构

经过对重庆燃气集团所管理管道的事故原因进行分析,并结合参考文献[5]城镇燃气管道失效与事故数据库分析,找出城镇燃气管道失效的主要风险因素为第三方破坏、腐蚀、先天性缺陷、误操作及自然灾害。其中,第三方破坏分为车辆冲击、违章占压、施工破坏及蓄意破坏;腐蚀分为内腐蚀与外腐蚀;先天性缺陷分为设计、制造、施工及检验;误操作分为人员培训、安全性计划及管理程序;自然灾害分为地震、雷击、暴雨。由城镇燃气管道失效风险因素建立城镇燃气管道评价指标层次结构,见图1。

 图1 城镇燃气管道评价指标层次结构

2 城镇燃气管道风险评价

城镇燃气管道风险评价借鉴Muhlbauer管道风险评价方法。首先对各评价指标进行赋值,然后乘以各自的权重系数,权重的确定可以采用传统的层次分析法,但层次分析法在实际比较过程中存在标度调整的困难[6],故本文采用模糊层次分析方法[7]来确定各层次风险因素的权重值。

2.1 模糊层次分析法确定评价指标权重

本文采用模糊层次分析的方法来计算评价指标权重值。模糊层次分析首先需要建立优先关系矩阵,然后将优先关系矩阵改造成模糊一致矩阵,从而计算评价指标权重。

1)建立优先关系矩阵F=(fijm×m

           

其中,s(i)和s(j)分别表示指标fi和fj的相对重要性程度。

定义:若矩阵R=(rijm×m满足rij=rik-rjk+0.5,则称为模糊一致矩阵。

2)将优先关系矩阵F改造成模糊一致矩阵R。

对F按行求和,记为

                     

然后作行变换

                          

3)指标权重计算

模糊一致矩阵每行元素的和(不含自身比较)                    (4)

不含对角线元素的总和

                       

由于li表示指标i相对于上层目标的重要性,所以对li归一化即可得到各指标权重。

               

2.2 风险值计算

城镇燃气管道风险值的计算借鉴Muhlbauer管道风险评价方法,风险值由城镇燃气管道失效可能性分值与泄漏影响系数构成,
     城镇燃气管道风险值=失效可能性分值÷泄漏影响系数   

将城镇燃气管道失效顶事件赋值100分,分值越大表明失效可能性越低。权重的计算采用上一小节所述方法,然后将分值按权重进行分配即可得到每个评价指标的分值,最后将各评价指标的分值全部相加即可得到失效可能性分值。泄漏影响系数由产品危害性和扩散系数构成,具体计算见参考文献[4]。

2.3 风险等级划分

本文借鉴API 581风险等级划分原则[8],并参考文献[9]城市天然气管道半定量风险评价中对风险等级的划分,将风险等级划分为三级:高风险、中等风险与低风险。设风险值为R,取值范围为[Rmin,Rmax],风险等级划分及其意义见表1。
1 风险等级划分及其

风险等级

风险值区间

意义

[Min,Min+(Max-Min)×6/25)

应立即进行治理。

中等

[Min+(Max-Min)×6/25,Min+(Max-Min)×14/25)

加强巡线频率,密切监视管道变化。

[Min+(Max-Min)×14/25,Max]

正常管理。

3 实例分析

以重庆燃气集团北碚分公司管理的井北线输气管线为例。该管线于2001年3月21日投产,中石油气源,从集团公司井口配气站接管口,经北碚童家溪、三溪口、槽上、龙凤镇、新槽房、西农、城北新区到文星湾储配站,管径Φ325,全长27km,设计最高压力0.8MPa,设计供气能力38万m3/d,中途接管开口设有配气站4座:同兴工业园区配气站、同兴配气站、三溪口配气站、新槽房配气站。首先进行城镇燃气管道评价指标权重计算。

(1)模糊层次分析法确定权重

首先根据专家对该燃气管道评价指标间相对重要程度的判断,建立优先关系矩阵,见表2-1到表2-6。

2-1 一级评价指标优先关系矩阵

评价指标

第三方破坏

腐蚀

先天性缺陷

误操作

自然灾害

第三方破坏

0.5

0

1

1

1

腐蚀

1

0.5

1

1

1

先天性缺陷

0

0

0.5

0

1

误操作

0

0

1

0.5

1

自然灾害

0

0

0

0

0.5

2-2 二级评价指标(第三方破坏)优先关系矩阵

评价指标(第三方破坏)

车辆冲击

违章占压

施工破坏

蓄意破坏

车辆冲击

0.5

0

0

0

违章占压

1

0.5

0

1

施工破坏

1

1

0.5

1

蓄意破坏

0

0

0

0.5

2-3 二级评价指标(腐蚀)优先关系矩阵

评价指标(腐蚀)

内腐蚀

外腐蚀

内腐蚀

0.5

1

外腐蚀

0

0.5

2-4 二级评价指标(先天性缺陷)优先关系矩阵

评价指标(先天性缺陷)

设计

制造

施工

检验

设计

0.5

1

1

1

制造

0

0.5

0

0

施工

0

1

0.5

1

检验

0

1

0

0.5

2-5 二级评价指标(误操作)优先关系矩阵

评价指标(误操作)

人员培训

安全性计划

管理程序

人员培训

0.5

0

1

安全性计划

1

0.5

1

管理程序

0

0

0.5

2-6 二级评价指标(自然灾害)优先关系矩阵

评价指标(自然灾害)

地震

雷击

暴雨

地震

0.5

0

0

雷击

1

0.5

0

暴雨

1

1

0.5

以表2-1一级评价指标优先关系矩阵为例,计算其模糊一致矩阵见表3。

3 一级评价指标模糊一致性矩阵及权重

评价指标

第三方破坏

腐蚀

先天性缺陷

误操作

自然灾害

第三方破坏

0.5

0.4

0.6

0.6

0.8

腐蚀

0.6

0.5

0.7

0.7

0.9

先天性缺陷

0.4

0.3

0.5

0.5

0.7

误操作

0.4

0.3

0.5

0.5

0.7

自然灾害

0.2

0.1

0.3

0.3

0.5

由此可以算出一级评价指标的权重为(0.24,0.29,0.19,0.19,0.09)。

同理,可以计算出二级评价指标的权重,从而可以算出各评价指标的分值。

(2)失效可能性分值计算

取井北线燃气管线同兴工业园区配气站外5公里长管道进行风险评价。首先借鉴Muhlbauer管道风险管理手册中关于管段分段原理,将这5公里管道分为3段进行风险评价,管段各指标具体得分见表4。

4 管段各指标分值

一级评价指标

二级评价指标

管段1

管段2

管段3

第三方破坏(20分)

车辆冲击(4分)

4

4

4

违章占压(7分)

6

5

3

施工破坏(7分)

3

5

6

蓄意破坏(2分)

2

2

2

腐蚀(30分)

内腐蚀(20分)

15

12

10

外腐蚀(10分)

8

5

6

先天性缺陷(20分)

设计(6分)

6

6

6

制造(4分)

4

4

4

施工(5分)

4

4

4

检验(5分)

4

3

4

误操作(20分)

人员培训(10分)

8

8

8

安全性计划(6分)

5

5

5

管理程序(4分)

4

4

4

自然灾害(10分)

地震(2分)

2

2

2

雷击(3分)

3

3

3

暴雨(5分)

4

5

5

总分(100分)

82

77

76

(3)风险评价

依据Muhlbauer管道风险管理手册中关于泄漏影响系数的计算方法,可以计算出井北燃气管线的泄漏影响系数为1.4,从而可以计算出3段管段的风险值为(58.57,55,54.28)。按照表1关于风险等级的划分算法,可以知道井北燃气管线风险等级划分区间,见表5。

表5 风险等级划分区间

风险等级

高风险

中等风险

低风险

风险值区间

[0,17)

[17,40)

[40,71.4]

由表5可知,3段管段的风险等级为低风险,评估结果符合管道实际情况。

4 结论

本文采用模糊层次分析法来进行权重的计算,克服了传统层次分析法指标间在实际比较过程中存在标度调整的困难。实例计算表明,采用模糊层次分析方法计算得到的权重更贴近实际,评估出的风险值符合工程实际情况,评价方法易于基层员工掌握。因而本文所研究的城镇燃气管道风险评价方法具有一定的工程应用前景。

 

参考文献

[1] 何淑静,周伟国,严铭卿,等.城市燃气输配系统事故统计分析与对策[J].煤气与热力,2003,23(12):754-755.

[2] 王文和,易俊,沈士明.基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用[J].中国安全生产科学技术,2010,6(3):163-166.

[3] 赵建平.埋地燃气管道第三方破坏模糊综合评价法[J].天然气工业,2008,28(11):103-105.

[4] Muhlbauer K. W. Pipeline risk management manual[M].Houston:Gulf Publishing Company,1992.

[5] 黄小美,彭世尼,王书淼,等.镇城燃气管道失效与事故数据库设计[J].煤气与热力,2009,29(1):40-43.

[6] 俞树荣,马欣,梁瑞,等.基于层次分析法的管道风险因素权数确定[J].天然气工业,2005,25(6):132-133.

[7] 张琳,李长俊,苏欣,等.模糊层次分析法确定管线风险因素权重[J].石油机械,2006,34(6):43-45.

[8] American petroleum Institute.Risk-Based Inspection Technology[S].API 581,Second Edition,2008.

[9] 柳红卫.城市天然气管道半定量风险评估方法研究[J].中国安全生产科学技术,2006,2(3):96-101.

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