基于物元可拓法的海底油氣管道失效可能性分析

王惠 鄧昊 胡利民 彭錦雅智

摘 要：考慮到海底油氣管道事故的高風險性和高污染性，本文將組合賦權(quán)法和物元可拓法引入海底油氣管道的失效可能性分析中，構(gòu)建管道失效可能性評價指標體系;采用G1法確定主觀權(quán)重，熵權(quán)法確定客觀權(quán)重，基于加法集成法確定指標的組合權(quán)重;根據(jù)指標分值和組合權(quán)重，應(yīng)用物元可拓法得出管道的綜合關(guān)聯(lián)度，確定失效可能性等級以及等級變量特征值，進而得出管道失效可能性排序，找出高風險管段。實例分析表明，物元可拓能對海底油氣管道失效可能性進行評價，可為海底油氣管道的風險管理提供理論指導依據(jù)。

關(guān)鍵詞：海底油氣管道;失效可能性;物元可拓;熵權(quán)法;組合賦權(quán)法

中圖分類號：TE38 文獻標識碼： A 文章編號：1671-2064（2020）02-0163-04

0 引言

目前我國已建成多個大型海上油田，鋪設(shè)約5000km海底管道[1]，海上石油發(fā)展迅速。環(huán)境侵蝕、材料老化疲勞、第三方破壞、誤操作等因素勢必會導致海管系統(tǒng)的損傷累積，逐漸被破壞，引發(fā)事故[2]。例如，2010年7月大連輸油管道爆炸引發(fā)油罐起火，造成1500多噸原油泄漏，百余平方公里海域受到污染[3]。因此，有必要進行海底管道失效可能性分析，探索其主要面臨的風險，為海底管道的安全管理提供理論支持。

已有學者將數(shù)學方法應(yīng)用于海底管道失效可能性研究。俞樹榮等[4]基于解析層次法，得到管道失效可能性及失效后果權(quán)重;蘭圣迎等[5]基于分門別類的賦值方法和數(shù)值歸一化方法，得出海洋石油工程環(huán)境風險指數(shù)的計算方法體系;李佳俊[6]構(gòu)建針對海洋因素的海底管道系統(tǒng)灰色模糊綜合評價模型，得出管道失效可能性;謝云杰[7]模糊綜合評價法獲得海底管道失效可能性程度。這些方法評價雖思路清晰，結(jié)論明確，但不同程度地存在著基礎(chǔ)資料獲取不易、應(yīng)用不便等問題。筆者發(fā)現(xiàn)物元可拓法是一種融合物元理論和可拓集合理論的評價方法[8]，該方法適用性強，目前廣泛應(yīng)用于火災(zāi)風險評價[9]和隧道塌方風險評估[10]等領(lǐng)域。

鑒于此，筆者將基于物元可拓法，建立海底管道失效可能性評價體系，得出高風險管道和主要影響因素，為科學合理的分析海底油氣管道失效可能性提供理論支撐。

1 構(gòu)建海底管道失效可能性評價指標

考慮到海底管道受海洋環(huán)境因素的影響較大[11-12]，通過不斷的修正與完善，構(gòu)建海底管道失效可能性評價指標體系，如圖1所示。

2 基于物元可拓論的失效可能性分析

2.1 指標權(quán)重計算

2.1.1 主觀賦權(quán)

G1法是郭亞軍教授提出的一種新的權(quán)重確定方法[11]，它通過對AHP進行改進，無需一致性檢驗[12]。該方法可操作性強，計算量與AHP相比，明顯降低，便于使用。

（1）對評價指標集建立一個關(guān)于重要程度的序關(guān)系;

（2）專家對相鄰評價指標xk與xk-1之間的重要程度之比rk進行賦值。rk的取值可參照表1。

3.2 一級指標可拓評價結(jié)果

由式（7）～（11）計算二級指標的關(guān)聯(lián)度，將二級指標的組合權(quán)重及其關(guān)聯(lián)度代入式（12），得出二級指標的綜合關(guān)聯(lián)度，即可得到一級指標關(guān)于等級Nj的綜合關(guān)聯(lián)度，由式（13）得到一級指標的失效可能性等級，以管段D為例，結(jié)果如表4所示。

由表4可知管段D由第三方破壞造成失效的可能性等級為III“中等”，由其余三個一級因素造成管道失效的可能性等級為IV“較高”，因此，應(yīng)重視管道本體狀況因素、腐蝕因素和自然環(huán)境影響因素對管道的影響。

3.3 管段失效可能性綜合評價

由式（12）和（13）可得管段D的失效可能性等級，同理可得其他管段的失效可能性等級，評價結(jié)果如表5所示。

由表5可知，管段A和管段E的失效可能性等級均為II“較低”，由式（14）計算管段A和管段E的等級變量特征值，判斷失效可能性等級偏向另一等級的程度，計算結(jié)果：=2.04，=1.98，得出管段A的失效可能性等級偏向等級III（嚴格說來屬于2.04級），管段E的失效可能性等級偏向等級I級（嚴格來說屬于1.98級）。

由以上計算分析可得管段的失效可能性排序依次為管段D→管段C→管段A→管段E→管段B，其中管段D失效可能性最大，由表4可知，主要影響因素是管道本體狀況、腐蝕和自然環(huán)境影響，因高度重視，加強監(jiān)測;管段C的失效可能性為中等，影響管段C失效可能性的主要因素有第三方破壞和誤操作等因素。

4 結(jié)語

海底油氣管道一旦失效發(fā)生泄漏事故將會對沿海產(chǎn)業(yè)和海洋生態(tài)環(huán)境造成不可估量的損失，本文首先從第三方破壞、管道本體狀況、腐蝕、誤操作和自然環(huán)境影響5個方面構(gòu)建海底油氣管道失效可能性指標體系，較為全面地考慮了海底油氣管道失效的主要誘因。將G1法和熵權(quán)法結(jié)合進行組合賦權(quán)，融合了決策者的知識經(jīng)驗和客觀數(shù)據(jù)，使權(quán)重的確定更為合理。

其次，結(jié)合組合賦權(quán)的可拓理論的分析模型概念清晰、理論嚴謹，是以定量數(shù)值表示結(jié)果，可以較完整地反映待評事物的綜合水平，為海底管道失效可能性評價提供了一種新的技術(shù)手段。

最后，引用雙層次可拓分析方法，不僅可以得到海底管道失效可能性所屬級別，還給出了偏向級別，為管道失效可能性排序提供依據(jù);還可以通過指標層找出管道在運行過程中最的薄弱之處，對海底管道的安全管理具有明確的指導性作用。

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