基于模糊評價(jià)法確定聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z驗(yàn)周期

上海派普諾管道檢測科技發(fā)展有限公司 王 磊 張 俊 呂曉娟

近年來，伴隨著城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖牟粩喟l(fā)展，燃?xì)夤艿赖陌踩闆r也越來越受到關(guān)注與重視。《特種設(shè)備目錄》規(guī)定：壓力管道，是指利用一定的壓力，用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備。其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1 MPa，介質(zhì)為氣體、液化氣體、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，且公稱直徑大于或者等于50 mm的管道。同時(shí)，《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》規(guī)定：使用單位必須對本公司運(yùn)行的特種設(shè)備定期進(jìn)行全面檢驗(yàn)。城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)中的中壓聚乙烯燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)壓力均大于0.1 MPa，顯然，聚乙烯燃?xì)夤艿缹儆趬毫艿婪懂?。目前，聚乙烯燃?xì)夤艿廊鏅z驗(yàn)的依據(jù)是 TSG D7004—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——公用管道》，其中詳細(xì)規(guī)定了全面檢驗(yàn)的項(xiàng)目和要求，但未明確給出全面檢驗(yàn)周期的評價(jià)方法。因此，在全面檢驗(yàn)周期的評定中缺少相對統(tǒng)一、客觀、公正的方法和體系。一些在實(shí)踐工作中使用的評價(jià)方法也都存在各自的缺陷，無法對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行準(zhǔn)確、有效的評估，尤其是受到評分人員的主觀影響因素較大，造成最終出具報(bào)告的判定結(jié)果不被使用單位認(rèn)可。

1 現(xiàn)有評價(jià)方法優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 專家打分法

專家打分法是通過邀請若干從事相關(guān)工程項(xiàng)目的技術(shù)專家、管理人員共同參與確定各檢驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)程度的方法。參與的專家可以是從事燃?xì)夤艿拦芾砉ぷ鞯墓芾砣藛T，也可以是現(xiàn)場巡線、日常處理管道運(yùn)行故障的技術(shù)人員。管理人員和技術(shù)人員均要求有一定的工作年限及相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)。

采用專家打分法的優(yōu)點(diǎn)在于缺乏歷史資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下，仍可以根據(jù)專家的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分。在現(xiàn)場檢驗(yàn)人員已經(jīng)對各檢驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集的前提下，可以客觀地構(gòu)建單因素矩陣。缺點(diǎn)是專家打分法主觀意識比較強(qiáng)。

1.2 綜合評價(jià)法

綜合評價(jià)法指依據(jù)資料審查、閥井檢查、開挖檢驗(yàn)、管體劃傷等項(xiàng)目的檢驗(yàn)結(jié)果，參照工業(yè)管道全面檢驗(yàn)周期的確定方法，以檢驗(yàn)項(xiàng)目的最低級別作為綜合評定級別，最終確定在用聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z驗(yàn)周期。

綜合評價(jià)法的缺點(diǎn)在于除了最低級別項(xiàng)目評級有意義外，其他檢驗(yàn)項(xiàng)目的評定級別未參與到綜合評級中，不能客觀地反映管道系統(tǒng)的綜合安全性。

1.3 事故樹分析法

孟曉麗[1]提出了一種綜合應(yīng)用事故樹分析法、層次分析法、熵權(quán)法和云模型的評價(jià)方法，通過事故樹分析法建立管道安全狀況等級評價(jià)模型，應(yīng)用層次分析法和熵權(quán)法確定安全狀況影響因素組合權(quán)重，為安全狀況等級評定提供了參考，但評定過程中需要的公式計(jì)算較復(fù)雜，需要輔以軟件系統(tǒng)計(jì)算，不適合工程實(shí)際應(yīng)用。

在燃?xì)夤艿罊z驗(yàn)工程應(yīng)用中，以上介紹的3種方法均不太適用。由此，筆者提出了基于層次分析-專家打分的模糊評價(jià)方法，主要是針對有較詳細(xì)客觀的現(xiàn)場檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，但缺少以往工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐的情況下使用。

2 基于層次分析-專家打分法的模糊綜合評價(jià)法

2.1 層次分析-專家打分法

層次分析是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定量和定性分析的決策方法。對于燃?xì)夤艿罊z驗(yàn)來說，各項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目可構(gòu)建成層次分明的框架，現(xiàn)場的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)則是對各層次反映實(shí)際管道安全狀況的有效支撐。對于使用單位實(shí)際運(yùn)維管理如管道的改造維修等情況，檢驗(yàn)單位只能通過查閱資料進(jìn)行審查了解，無法客觀評估，可以采用專家打分法，即與使用單位共同研討給出影響管道安全風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重，從而較好地解決此類問題。

因此，結(jié)合層次分析法與專家打分法，可從管道管理、日常運(yùn)行、檢驗(yàn)等方面構(gòu)建合理的評價(jià)準(zhǔn)則，對管道安全性進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的評估，較為合理地確定全面檢驗(yàn)周期。

2.2 基于層次分析法建立模糊評價(jià)矩陣

聚乙烯燃?xì)夤艿赖娜鏅z驗(yàn)可按照資料審查m1、宏觀檢查m2、開挖檢測m3、泄漏檢測m4、氧化誘導(dǎo)試驗(yàn) m5等 5個(gè)基本項(xiàng)目建立檢測項(xiàng)目集M=[mi]。然后，按各基本項(xiàng)目所對應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，建立對應(yīng)的安全狀況評定等級nj，分別為1、2、3和4級。檢測項(xiàng)目的評價(jià)等級見表1。

表1 檢測項(xiàng)目的評價(jià)等級

對某一項(xiàng)目 mi評級為 nj，則隸屬度為 sivj，由此得到聚乙烯燃?xì)夤艿廊我豁?xiàng)目的單向量Si=[siv1,siv2,siv3,siv4]。采用歸一化處理，除相應(yīng)等級賦值為1外，其余賦值均為0。若某一項(xiàng)目評為2級，則Si=[0,1,0,0]，建立風(fēng)險(xiǎn)評估的因素矩陣S見式(1)。

式中：Si——聚乙烯燃?xì)夤艿廊我豁?xiàng)目的單向量；

T——矩陣轉(zhuǎn)置。

2.3 基于專家打分法分配項(xiàng)目權(quán)重

由各評價(jià)項(xiàng)目確定因素集 M=[mi]中各項(xiàng)目 mi在評判安全狀況等級時(shí)所占的權(quán)重為Ui。按各項(xiàng)的重要程度進(jìn)行打分，設(shè)專家總數(shù)為P，認(rèn)為因素mi對安全狀況影響程度最大的專家數(shù)為 Ri，可得Ui=Ri/P (i=1,2,3,4)，由此建立評價(jià)指標(biāo)的系數(shù)向量U=(U1,U2,U3,U4,U5)。

2.4 安全狀況等級評定及量化處理

安全狀況等級評定結(jié)果B可按式(2)進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)過計(jì)算得到檢驗(yàn)各項(xiàng)對應(yīng)的各個(gè)評價(jià)等級的隸屬度向量B=[bj](j=1,2,3,4)。該結(jié)果具有模糊性，因此采取百分制方法對檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行量化處理。

2.5 模糊綜合評價(jià)等級及檢驗(yàn)周期確定

取評分區(qū)間的中間值得到分?jǐn)?shù)向量 D=[dj]=[95,85,75,65]。

模糊綜合評價(jià)分值F可按式(3)計(jì)算：

式中：F——模糊綜合評價(jià)分值；

B——安全綜合評價(jià)值，由式(2)計(jì)算得出；

D——評分區(qū)間分?jǐn)?shù)向量。

參照埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)系統(tǒng)綜合評價(jià)的分級方法，按式(3)計(jì)算得到的分值F對應(yīng)4個(gè)評定等級，各等級對管道狀況及檢驗(yàn)周期的描述即為對聚乙烯燃?xì)夤艿赖木C合評價(jià)，見表2。

表2 模糊綜合評價(jià)等級劃分

3 模糊評價(jià)法實(shí)際應(yīng)用

對上海某燃?xì)夤?4.9 km埋地聚乙烯燃?xì)夤艿肋M(jìn)行全面檢驗(yàn)，收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分類，包括資料審查數(shù)據(jù)、埋深、走向數(shù)據(jù)、沿線構(gòu)筑物凈距數(shù)據(jù)、地面標(biāo)志物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、跨越段檢測數(shù)據(jù)、管道元件泄漏數(shù)據(jù)、焊接接頭無損檢測數(shù)據(jù)、理化檢測數(shù)據(jù)等，并對各項(xiàng)目進(jìn)行綜合評價(jià)。

3.1 構(gòu)建各項(xiàng)目單因素矩陣

(1) 管線資料。審查資料路段數(shù)共10條，其中資料齊全路段數(shù)為8條，2條路段缺少安裝資料，資料齊全路段數(shù)占比達(dá)80%，依據(jù)表1，資料審查項(xiàng)目評級為1級。

(2) 宏觀檢查。宏觀檢查項(xiàng)目包括埋深、走向，沿線構(gòu)筑物凈距是否符合設(shè)計(jì)要求，地面標(biāo)志數(shù)量，跨越段管道外觀，閥門、法蘭外觀是否滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開挖檢測管材(包括管子和管件)本體是否損壞，開挖檢測管基、警示帶敷設(shè)是否合理?，F(xiàn)場檢測情況與符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求數(shù)量占比見表3。

表3 宏觀檢查各因素符合要求數(shù)量占比

經(jīng)與燃?xì)夤救藛T根據(jù)實(shí)際檢測情況共同確定各因素的權(quán)重配比，由式(4)得出各因素綜合占比G1：

式中：G1——各因素綜合占比；

X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7——埋深、走向等各因素符合要求的數(shù)量與現(xiàn)場檢測數(shù)量的占比。

G1計(jì)算結(jié)果為84.1%。依據(jù)表1，宏觀檢查項(xiàng)目評級為1級。

(3) 開挖檢測。開挖2處電熔接頭，并按B31/T 1058—2017《燃?xì)庥镁垡蚁┕艿?PE)焊接接頭相控陣超聲檢測》進(jìn)行相控陣檢測。其中接頭03-01評定等級Ⅰ級，接頭03-02存在孔洞、未熔合等缺陷，經(jīng)返修后再次檢測，評定等級Ⅱ級。取最嚴(yán)重級別作為評價(jià)等級，則無損檢測評級為Ⅱ級。依據(jù)表1，焊接接頭缺陷評定等級為2級。

(4) 泄漏檢測。泄漏檢測主要統(tǒng)計(jì)閥井泄漏、調(diào)壓柜泄漏、打孔泄漏、開挖泄漏中符合要求的數(shù)量，并計(jì)算占比?，F(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)見表4。

表4 泄漏檢測各因素符合要求數(shù)量占比

由檢驗(yàn)人員與燃?xì)夤救藛T根據(jù)實(shí)際檢測情況共同確定各因素的權(quán)重配比，并計(jì)算各因素綜合占比G2，即：

式中：Y1、Y2、Y3、Y4——閥井泄漏、調(diào)壓柜泄漏、打孔泄漏、開挖泄漏各因素符合要求數(shù)量的占比。

G2計(jì)算結(jié)果為87.5%。依據(jù)表1，評級為1級。

(5) 氧化誘導(dǎo)試驗(yàn)。依據(jù) DB31/T 1162—2019《燃?xì)饩垡蚁┕艿蓝ㄆ跈z驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》分別對1號露管段和2號坑檢試樣進(jìn)行氧化誘導(dǎo)時(shí)間試驗(yàn)，分別為33 min和178 min，均大于20 min。依據(jù)表1，評定等級為1級。

將以上各項(xiàng)目因素評級匯總，代入式(1)，構(gòu)建各項(xiàng)目評級矩陣為：

3.2 基于專家打分法分配項(xiàng)目權(quán)重

邀請所屬天然氣管道管理公司3名技術(shù)人員及2名安全管理人員作為專家。其中，技術(shù)人員至少有2年的巡線經(jīng)歷，對受檢天然氣管道熟悉，參與管道的日常巡檢、維護(hù)工作；管理人員具有特種設(shè)備安全管理培訓(xùn)經(jīng)歷，熟知本公司的安全管理體系、安全管理制度內(nèi)容，且具有3年以上的壓力管道安全管理經(jīng)驗(yàn)。加上檢驗(yàn)單位的3名現(xiàn)場檢驗(yàn)人員、1名技術(shù)負(fù)責(zé)人和1名質(zhì)量負(fù)責(zé)人，共10人共同組成專家團(tuán)隊(duì)對各檢驗(yàn)項(xiàng)目權(quán)重表決，結(jié)果見表5。

表5 經(jīng)專家打分的各項(xiàng)目權(quán)重

由表 5可知，系數(shù)向量 Ui=(U1,U2,U3,U4,U5)=(0.1,0.2,0.3,0.3,0.1)。

3.3 模糊綜合評價(jià)計(jì)算及安全等級確定

依據(jù)式(2)計(jì)算安全綜合評價(jià) B=(0.7,0.3,0,0)，代入式(3)計(jì)算模糊綜合評價(jià)分值F為92分。對照表2，可得出：安全狀況綜合評定級別為1級，全面檢驗(yàn)周期最大間隔為6 a。

4 結(jié)語

通過積累現(xiàn)場實(shí)際檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)、外安全評價(jià)模型首次提出以層次分析—專家打分為基礎(chǔ)的模糊評價(jià)法來確定聚乙烯燃?xì)夤艿赖臋z驗(yàn)周期。該方法在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時(shí)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1) 項(xiàng)目因素可以定性、定量，同時(shí)考慮到各因素具有模糊性，采用模糊評價(jià)法更科學(xué)；

(2) 可操作性強(qiáng)，計(jì)算量較小，更適合現(xiàn)場實(shí)際工程應(yīng)用；

(3) 使用單位維修管理人員熟知受檢管道的實(shí)際情況，邀請其參與管道安全評定，得出的檢驗(yàn)周期結(jié)果更具說服力。