基于魚(yú)骨圖與AHP分析的LNG工廠檢修工作指引

邱正勇

（中國(guó)石化江漢油田公司江漢采油廠湖北黃岡LNG經(jīng)理部，湖北黃岡438000）

LNG工廠的生產(chǎn)運(yùn)行為流程工業(yè)的1種，其生產(chǎn)運(yùn)行原理屬于動(dòng)力工程及工程熱物理方向低溫工程領(lǐng)域。設(shè)備設(shè)施檢修工作與石油化工裝置類似，但隨著上游原料氣供給和下游LNG市場(chǎng)行情的波動(dòng)，其檢修工期更緊、階段性生產(chǎn)導(dǎo)致的檢修任務(wù)更復(fù)雜、生產(chǎn)運(yùn)行期間的遺留問(wèn)題需要更加及時(shí)有效解決。所以做好不定期停產(chǎn)前提下的檢修計(jì)劃和施工后的質(zhì)量抽驗(yàn)，形成通用性閉環(huán)管理模式具有較大意義［1］。

魚(yú)骨圖分析由日本管理大師石川馨先生發(fā)明，其優(yōu)勢(shì)為將復(fù)雜問(wèn)題通過(guò)集思廣益的形式，按相互關(guān)聯(lián)性進(jìn)行整理從而得出層次分明、條理清楚，并標(biāo)出重要因素的特性要因圖方便問(wèn)題分析和現(xiàn)場(chǎng)工作的展開(kāi)。AHP法由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂發(fā)明，其優(yōu)勢(shì)為能將抽象化的復(fù)雜問(wèn)題按照目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次進(jìn)行元素劃分，然后進(jìn)行定性和定量分析得出最終決策結(jié)果。以上2種方法在本質(zhì)上具有相似性，具備混合使用的條件。

國(guó)內(nèi)研究方面，鄭照寧等人（2011）利用管理技術(shù)中進(jìn)行定性分析的魚(yú)骨圖和層次分析法相結(jié)合進(jìn)行企業(yè)診斷并給出算例，討論了2種方法相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用的局限。胡玉琴（2015）將魚(yú)骨圖分析法和層次分析法進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，合理地解決了石油靜電事故影響因素分析難題，具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。Xi，Weidong等人（2010）運(yùn)用魚(yú)骨圖和層次分析法，建立了農(nóng)產(chǎn)品安全評(píng)價(jià)的模塊化體系，設(shè)計(jì)了預(yù)警指標(biāo)體系，彌補(bǔ)了HACCP、GAP和GMP方法的不足。Heping Zhang等人（2011）采用問(wèn)卷調(diào)查法收集學(xué)生對(duì)未來(lái)發(fā)展的偏好然后運(yùn)用魚(yú)骨圖進(jìn)行學(xué)生未來(lái)發(fā)展的方向的分析，隨后在運(yùn)用層次分析法（AHP）對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)合未來(lái)發(fā)展方向的權(quán)重和課程的重要性，找到了新的課程組合和重組方案［2～6］。

文中依據(jù)2015-2019年某LNG工廠停產(chǎn)檢修記錄，以構(gòu)建通用性LNG工廠檢修計(jì)劃及施工質(zhì)量抽驗(yàn)細(xì)則為目的，選定魚(yú)骨圖法與成層次分析法（AHP）進(jìn)行交互式運(yùn)用展開(kāi)相應(yīng)探討。

圖1 某LNG工廠主要工藝流程

1 背景與思路

LNG工廠工藝流程主要包括集輸、公用工程、三脫、液化、BOG、儲(chǔ)罐區(qū)、裝車等。自集輸系統(tǒng)輸送至該LNG工廠的管道天然氣達(dá)到500×104m3/d，經(jīng)過(guò)LNG工廠依次脫除天然氣中的CO2、水，充分冷卻至完全冷凝，然后液化天然氣體進(jìn)入LNG儲(chǔ)罐［7］。其中工廠液化裝置采用傳統(tǒng)階式制冷循環(huán)工藝與混合冷劑制冷循環(huán)工藝3級(jí)結(jié)合方式。整體工藝流程較為復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)需要各環(huán)節(jié)檢修工作的全面維持，具體流程見(jiàn)圖1。

LNG工廠屬于典型的流程工業(yè)，在生產(chǎn)運(yùn)行周期上由正常生產(chǎn)、停產(chǎn)檢修、開(kāi)工復(fù)產(chǎn)3階段以時(shí)間軸的形式循環(huán)組成。而停產(chǎn)檢修是銜接正常生產(chǎn)與開(kāi)工復(fù)產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該階段主要目為：及時(shí)處理正常生產(chǎn)階段不能整改的遺留問(wèn)題；依據(jù)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行情況和維保時(shí)間進(jìn)行檢查、校驗(yàn)和易損件更換；依據(jù)正常生產(chǎn)階段參數(shù)異常點(diǎn)進(jìn)行涉事儀表、閥門、設(shè)備、控制系統(tǒng)和工藝流程的問(wèn)題分析與驗(yàn)證。以往檢修工作的開(kāi)展由各部門（工藝、設(shè)備、儀表、電力）梳理檢修項(xiàng)目，形成粗放式條目化的檢修計(jì)劃。然后以派工單的形式機(jī)械化下發(fā)任務(wù)給維保施工方。最終導(dǎo)致檢修工作出現(xiàn)如下問(wèn)題：（1）物料準(zhǔn)備不充分導(dǎo)致的誤工和經(jīng)濟(jì)損失；（2）檢修項(xiàng)目扎堆進(jìn)行導(dǎo)致的人力資源不足；（3）缺乏系統(tǒng)規(guī)劃性而導(dǎo)致的整體檢修工期過(guò)長(zhǎng)；（4）缺乏工藝優(yōu)先性導(dǎo)致的檢修項(xiàng)目重點(diǎn)把握不清；（5）沒(méi)有簡(jiǎn)便、量化的檢修工作驗(yàn)證手段；（6）各別檢修項(xiàng)目生產(chǎn)反饋不及時(shí)，不能有效驗(yàn)證檢修效果。

鑒于當(dāng)前檢修工作問(wèn)題，文中首先梳理原條目式檢修計(jì)劃不足，選用魚(yú)骨圖分析法歸并通用性檢修項(xiàng)目，重構(gòu)LNG工廠檢修計(jì)劃；然后運(yùn)用AHP層次分析法在2019年檢修工作量支撐下進(jìn)行檢修工作驗(yàn)證；最后在檢修計(jì)劃構(gòu)建定性的基礎(chǔ)上與AHP定量分析結(jié)果相結(jié)合，指引現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用與次年改進(jìn)。

2 魚(yú)骨圖檢修計(jì)劃構(gòu)建

魚(yú)骨圖是1種剖析問(wèn)題“根本原因”的系統(tǒng)化分析方法，可分為問(wèn)題型、原因型、對(duì)策型魚(yú)骨圖3大類。其優(yōu)點(diǎn)為圖解化描述問(wèn)題的各種原因，梳理歸并出影響問(wèn)題解決的因素，強(qiáng)化決策者對(duì)于問(wèn)題的解析判定能力。在此選用對(duì)策型魚(yú)骨圖，令LNG工廠檢修計(jì)劃構(gòu)建為問(wèn)題導(dǎo)向，逐步制定通用性標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目細(xì)則。

依據(jù)2015-2018年某LNG工廠停產(chǎn)檢修記錄，人為歸納出26項(xiàng)通用性標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目，并進(jìn)行同類化劃分。運(yùn)用魚(yú)骨圖直觀分析，進(jìn)一步將檢修計(jì)劃聚類歸并為動(dòng)設(shè)備及工藝完整性；靜設(shè)備及儀表、安全；易損件維護(hù)；循環(huán)水系統(tǒng)；專項(xiàng)排查；常規(guī)保養(yǎng)；突出性問(wèn)題7大類，見(jiàn)圖2。

圖2 檢修計(jì)劃魚(yú)骨圖

如圖2所示，檢修計(jì)劃為“主骨”，表明一切策劃要素為此目的服務(wù)；大魚(yú)刺部分為聚類分析得出的7個(gè)大類，即為“大骨”；基于2015～2018年原停產(chǎn)檢修細(xì)則，在7類“大骨”框架下重新細(xì)分27項(xiàng)小魚(yú)刺的“中骨”為檢修過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)督和完工生產(chǎn)驗(yàn)證提供具體要點(diǎn)。

3 AHP檢修工作驗(yàn)證

層次分析法（AHP）是將抽象化的復(fù)雜問(wèn)題通過(guò)決策分解為各個(gè)組成因素，再將因素與問(wèn)題邏輯設(shè)定成具有分組型層次結(jié)構(gòu)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層，最后通過(guò)矩陣構(gòu)造，兩兩比較各因素間相互影響關(guān)系，從而量化問(wèn)題組成因素，計(jì)算出各自在系統(tǒng)中的權(quán)重［8］。

依據(jù)上節(jié)檢修計(jì)劃魚(yú)骨圖所述。首先令檢修工作驗(yàn)證為決策目標(biāo)，篩選通用性建模要點(diǎn)，剔除“突出性問(wèn)題和常規(guī)保養(yǎng)”2大類（“突出性問(wèn)題”因歷年情況不同毫無(wú)規(guī)律性和代表性而不做量化分析，“常規(guī)保養(yǎng)”因歷年情況一致而無(wú)分析意義）簡(jiǎn)化層次分析過(guò)程。然后將“大骨”所轄的動(dòng)設(shè)備及工藝完整性；靜設(shè)備及儀表、安全；易損件維護(hù)；循環(huán)水系統(tǒng)；專項(xiàng)排查5大類和“中骨”所述的20項(xiàng)通用性標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目細(xì)則同設(shè)為中間層要素（及按類別進(jìn)行準(zhǔn)則層排布）。最后在時(shí)間成本、人力資源、物料成本、生產(chǎn)反饋、工藝重要性5個(gè)方面進(jìn)行方案層式的檢修驗(yàn)證。運(yùn)用2019年檢修工作量完成數(shù)學(xué)模型搭建，層次分析法算法步驟如下：

（1）確定LNG工廠檢修工作驗(yàn)證邏輯，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，見(jiàn)圖3。

圖3 檢修工作驗(yàn)證結(jié)構(gòu)模型

（2）兩兩比較打分，確定下層對(duì)上層的分?jǐn)?shù)。在準(zhǔn)則層中，各因素在決策者衡量標(biāo)準(zhǔn)下所占比例不同，因此設(shè)數(shù)字1～9及其倒數(shù)作為標(biāo)度來(lái)定義、判斷矩陣［9］。

（3）層次合成計(jì)算及一致性檢驗(yàn)。采用式（1）計(jì)算一致性指標(biāo)CI：

式中λmax—判斷矩陣的最大特征值；n—列向量。

采用式（2）計(jì)算一致性比例CR：

式中CI—一致性指標(biāo)；RI—隨機(jī)一致性指標(biāo)。

當(dāng)CR＜0.10時(shí)，表明其通過(guò)了一次性檢驗(yàn)，否則就不具有滿意一致性。

（4）計(jì)算權(quán)重向量。層次分析法求權(quán)重包含有算術(shù)平均法、幾何平均法、特征向量法3種計(jì)算方法［10］。

針對(duì)所研LNG工廠停產(chǎn)檢修情況，選用幾何平均法：

式中i=1，2，3…，n

所研LNG工廠檢修工作驗(yàn)證各判斷矩陣及權(quán)重向量W。

權(quán)重向量W=(0.3740,0.3122,0.0875,0.1343,0.0919)；CR=0.0171

權(quán)重向量W=(0.1905,0.0540,0.4143,0.0971,0.1850,0.0591)；CR=0.0631

權(quán)重向量W=(0.0825,0.1263,0.3600,0.1039,0.3274)；CR=0.0483

權(quán)重向量W=(0.0832,0.1028,0.3519,0.1556,0.3065)；CR=0.0571

權(quán)重向量W=(0.0851,0.1342,0.3580,0.0801,0.3425)；CR=0.0367

權(quán)重向量W=(0.1455,0.1550,0.3033,0.1228,0.2735)；CR=0.0455

權(quán)重向量W=(0.0880,0.1433,0.3470,0.0604,0.3613)；CR=0.0934

權(quán)重向量W=(0.0665,0.0691,0.4394,0.1647,0.2604)；CR=0.0643

權(quán)重向量W=(0.0880,0.2602,0.0515,0.4907,0.1096)；CR=0.0521

權(quán)重向量W=（0.0619，0.0715，0.2435，0.1739，0.4491）；CR=0.0613

權(quán)重向量W=（0.0888，0.1699，0.3189，0.0536，0.3689）；CR=0.0394

權(quán)重向量W=（0.0466，0.0899，0.2760，0.1928，0.3947）；CR=0.0776

權(quán)重向量W=（0.1117，0.1090，0.3418，0.0613，0.3761）；CR=0.0799

權(quán)重向量W=（0.1028，0.1504，0.3520，0.0620，0.3329）；CR=0.0876

權(quán)重向量W=（0.6337，0.1919，0.1744）；CR=0.0088

權(quán)重向量W=（0.0612，0.1369，0.3549，0.0921，0.3549）；CR=0.0884

權(quán)重向量W=（0.0609，0.1144，0.3263，0.1445，0.3540）；CR=0.0472

權(quán)重向量W=（0.0540，0.1465，0.3728，0.1112，0.3154）；CR=0.0961

權(quán)重向量W=（0.3333，0.3333，0.3333）；CR=0

權(quán)重向量W=（0.0629，0.0672，0.4339，0.1299，0.3061）；CR=0.0240

權(quán)重向量W=（0.1361，0.0915，0.3970，0.1380，0.2374）；CR=0.0673

權(quán)重向量W=（0.0743，0.0716，0.4300，0.1708，0.2533）；CR=0.0704

權(quán)重向量W=（0.0456，0.0907，0.3304，0.1860，0.3473）；CR=0.0874

權(quán)重向量W=(0.0745,0.1228,0.2885,0.2210,0.2932)；CR=0.0204

以上CR計(jì)算結(jié)果均小于小于0.1一次性檢驗(yàn)通過(guò)。將不同方案各準(zhǔn)則要素的權(quán)重矩陣W與各準(zhǔn)則要素的相對(duì)權(quán)重矩陣（B1-B24）W分別相乘，得到各方案層要素權(quán)重并按照重要程度從大到小進(jìn)行排序，見(jiàn)表1。

表1 方案層權(quán)重排序

由表1可見(jiàn)，C4、C5要素權(quán)重均為0.3以上，遠(yuǎn)大于C1、C2、C3要素。所以2019年檢修工作驗(yàn)證應(yīng)重點(diǎn)考量（生產(chǎn)反饋）C4和（工藝重要性）C5。而（時(shí)間成本）C1、（人力資源）C2、（物料成本）C3只能作為停產(chǎn)檢修后的工作量估算反饋，以驗(yàn)證對(duì)比單一檢修項(xiàng)目在歷年檢修過(guò)程中的進(jìn)展程度，從而優(yōu)化配比資源，指引次年檢修工作改進(jìn)。為方便直觀分析，將相似權(quán)重進(jìn)行梯度分類。經(jīng)計(jì)算還能得到中間層要素權(quán)重并排序，見(jiàn)表2。

表2 第1中間層權(quán)重排序

由表2可見(jiàn)，B1、B2要素權(quán)重均為0.3以上，遠(yuǎn)大于B3、B4、B5要素。所以參與分析的5類“大骨”中（動(dòng)設(shè)備及工藝完整性）B1和（靜設(shè)備及儀表、安全）B2在檢修計(jì)劃制定時(shí)應(yīng)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)工作細(xì)則，制定工作量制或評(píng)分制工作記錄，保證各檢修工作大類在耗時(shí)、人力資源和施工質(zhì)量方面協(xié)調(diào)可控。

進(jìn)一步根據(jù)運(yùn)算過(guò)程中的第2中間層權(quán)重向量W可知，（動(dòng)設(shè)備及工藝完整性）B1檢修大類下（手動(dòng)閥門檢查、保養(yǎng)、更換）B6、（壓縮機(jī)及主體設(shè)備檢查）B8和（壓力容器、壓力管道檢測(cè)）B10權(quán)重均大于0.1需在檢修過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)護(hù)，而B(niǎo)8權(quán)重高達(dá)0.4143更是需要在檢修完成后進(jìn)行專項(xiàng)查驗(yàn)；（靜設(shè)備及儀表、安全）B2檢修大類下（自控閥、儀器儀表調(diào)試檢查）B13、（安全閥校驗(yàn)）B15、（靜設(shè)備容器清洗）B16權(quán)重均大于0.1需在檢修過(guò)程中加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)護(hù)，而B(niǎo)13權(quán)重為0.2602，需要對(duì)重點(diǎn)閥門進(jìn)行反饋式驗(yàn)證。B15權(quán)重高達(dá)0.4907需要在系統(tǒng)升壓后做重新查漏檢測(cè)。

4 指引與展望

依據(jù)上述分析結(jié)果并結(jié)合歷年檢修經(jīng)驗(yàn)，制定通用檢修計(jì)劃現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量抽驗(yàn)細(xì)則和部門分工建議，見(jiàn)表3。通過(guò)表3檢修工作優(yōu)化建議，2019年檢修僅歷時(shí)22 d。規(guī)避了LNG工廠停產(chǎn)檢修工作因?yàn)槭袌?chǎng)、供給、工藝設(shè)備等多重因素影響導(dǎo)致的具體停工時(shí)機(jī)和檢修期限不確定等問(wèn)題。做到了“及停及修，隨時(shí)復(fù)產(chǎn)”。下步應(yīng)細(xì)化并推廣魚(yú)骨圖式檢修計(jì)劃，在檢修前運(yùn)用專家打分法將各檢修細(xì)則依據(jù)工藝重要性進(jìn)行打分。待下次檢修工作開(kāi)展前，依據(jù)生產(chǎn)階段檢修項(xiàng)目反饋情況進(jìn)行效果分析對(duì)比。形成檢修計(jì)劃構(gòu)建→檢修工作監(jiān)督→檢修質(zhì)量驗(yàn)證的閉環(huán)管理。

5 結(jié)論

LNG工廠的停產(chǎn)檢修工作有別于化工企業(yè)。其最大的特點(diǎn)為因?yàn)樯嫌卧蠚夤┙o、下游市場(chǎng)銷售和中游自身工藝設(shè)備情況而導(dǎo)致的開(kāi)停產(chǎn)時(shí)間不明。所以制定通用性魚(yú)骨圖式檢修計(jì)劃模板，并將工作職責(zé)和質(zhì)量抽驗(yàn)細(xì)則明確至部門能形成檢修工作的閉環(huán)管理模式，保證平穩(wěn)運(yùn)行。

（1）基于2015-2018年原停產(chǎn)檢修細(xì)則，在魚(yú)骨圖的幫助下能形成直觀的7大類27小類的通用性檢修計(jì)劃模板，方便現(xiàn)場(chǎng)工作。

（2）運(yùn)用魚(yú)骨圖層次化檢修計(jì)劃帶入2019年檢修工作量進(jìn)行AHP分析得出了，檢修工作驗(yàn)證應(yīng)重點(diǎn)考量（生產(chǎn)反饋）C4和（工藝重要性）C5。而（時(shí)間成本）C1、（人力資源）C2、（物料成本）C3只能作為停產(chǎn)檢修后的工作量估算反饋，以驗(yàn)證對(duì)比單一檢修項(xiàng)目在歷年檢修過(guò)程中的進(jìn)展程度，從而優(yōu)化配比資源，指引次年檢修工作改進(jìn)。

（3）得出的魚(yú)骨圖檢修計(jì)劃及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量抽驗(yàn)細(xì)則能幫助LNG工廠實(shí)現(xiàn)“及停及修，隨時(shí)復(fù)產(chǎn)”具備行業(yè)通用性。