模糊層次綜合評判法在鍋爐供暖系統(tǒng)風(fēng)險評估中的應(yīng)用

王梟飛王天賜雒智銘王 倩

模糊層次綜合評判法在鍋爐供暖系統(tǒng)風(fēng)險評估中的應(yīng)用

王梟飛1,2王天賜2雒智銘2王 倩2

(1.解放軍工程與環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督局 北京 100142)

(2.首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué) 安全與環(huán)境工程學(xué)院 北京 100070)

鍋爐供暖是一個系統(tǒng)工程，鍋爐供暖系統(tǒng)的目標(biāo)是讓每戶室內(nèi)溫度都能達標(biāo)，系統(tǒng)中有多個因素影響著最終溫度是否達標(biāo)，比如鍋爐附屬設(shè)備老化、管道跑冒滴漏、管理缺失等，而常規(guī)定期檢驗只是對鍋爐單一因素的檢查，對于預(yù)測鍋爐潛在故障有限。本文從系統(tǒng)工程視角去思考整體鍋爐供暖系統(tǒng)，通過建立比較全面的多因素影響指標(biāo)體系，運用模糊綜合分析法，結(jié)合現(xiàn)場鍋爐供暖實際，全方位分析了整個系統(tǒng)，以揭示鍋爐使用狀態(tài)。結(jié)果表明，該方法操作性較強，為全方位評價鍋爐供暖系統(tǒng)的安全節(jié)能情況提供了思路。

鍋爐供暖系統(tǒng) 系統(tǒng)工程 模糊層次分析 綜合安全節(jié)能評價

特種設(shè)備在當(dāng)今社會發(fā)展速度迅猛，不論從鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓類特種設(shè)備來說，還是從電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設(shè)施、場內(nèi)專用機等機電類特種設(shè)備來說，增長率都是十分迅速。在特種設(shè)備成員里，鍋爐是最基礎(chǔ)、歷史沿革最久、應(yīng)用最廣泛的動力設(shè)備之一。它主要承擔(dān)著北方大中小城市的供暖保障任務(wù)，通常主要用于北方供暖、各地區(qū)生活用熱水、工業(yè)或醫(yī)院用汽。由于鍋爐供暖噸位較大時，一般都是承壓鍋爐，它的危險性和影響范圍都比較大。目前隨著城市人口密度越來越大，且城市集中供暖模式發(fā)展速度越來越快，供暖保障范圍也越來越大，影響人們生活的程度也越來越深。因此，供暖鍋爐一旦發(fā)生故障或事故，將可能造成人身傷害與財產(chǎn)損失，嚴(yán)重時可能會發(fā)生人員凍傷、管道凍裂、鍋爐爆炸等情形。

鍋爐一般使用年限為15年，且隨著使用時間的增加和頻率的波動等變化，其中的零部件均會發(fā)生老化，鍋爐逐漸顯露出各方面的缺陷，比如：鍋爐出力下降、鍋筒漏水、爐墻坍塌、水冷壁爆管、煙管腐蝕嚴(yán)重、爐排片脫落、熱效率低下、管道腐蝕嚴(yán)重、散熱片氣塞等。鍋爐檢驗員通常按照TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規(guī)則》要求，對鍋爐房內(nèi)的鍋爐本體、附屬設(shè)備、安全附件、管理制度、人員資質(zhì)的檢驗檢查，為執(zhí)法性質(zhì)的符合性驗證活動，缺少比較定量的評價，法定檢驗是每年一次[1]。在兩次檢驗期間，故障率可能會逐步上升，但使用單位通常沒有開展定量的安全評估工作，一般情況，只有當(dāng)使用單位發(fā)生緊急停爐或者影響其正常使用時才開始檢查，通常最先檢查的是鍋爐運行過程中所起保護作用的安全閥和壓力表。國內(nèi)風(fēng)險評價的研究主要集中于檢驗、檢測鍋爐的故障和風(fēng)險的辨識[2]。這說明了評價時考慮鍋爐本體的因素較多，評價方法不夠系統(tǒng)、不夠全面立體。隨著國家、軍隊對鍋爐安全以及節(jié)能要求的不斷提高，企業(yè)自身對規(guī)范化管理的需求加大，傳統(tǒng)評價方法雖可以滿足基本安全要求，但是還是不夠量化，讓使用單位心里底數(shù)不清。本文針對鍋爐運行外部檢驗和停爐內(nèi)部檢驗存在的弊端，運用系統(tǒng)工程中整體思維方法，全方位考慮整個鍋爐供暖系統(tǒng)的風(fēng)險水平，結(jié)合模糊層次理論和2年來的實踐經(jīng)驗，建立了比較全面的立體式評價體系。該體系按照熱量傳遞路徑，由鍋爐房鍋爐出發(fā)，經(jīng)過供熱管道，達到熱用戶，再回到鍋爐本體，按照循環(huán)思路整體思考系統(tǒng)風(fēng)險，同時結(jié)合使用單位運行管理、設(shè)備管理、使用管理因素思考，構(gòu)造出較準(zhǔn)確的鍋爐供暖系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，力求使評估結(jié)果科學(xué)合理。并用此方法開展現(xiàn)場實際鍋爐供暖系統(tǒng)的綜合評判。該方法簡單可靠，實用性強，為鍋爐供暖系統(tǒng)的風(fēng)險評估提供了一種嶄新的評價方法。

1 風(fēng)險評價流程

鍋爐供暖系統(tǒng)是一個多因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，其主要因素包括使用單位供暖管理是否規(guī)范、系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備運行是否正常、用戶室內(nèi)環(huán)境溫度是否適宜、鍋爐系統(tǒng)中設(shè)備能效是否達標(biāo)等，因此，對供暖系統(tǒng)安全節(jié)能的評判必須具有系統(tǒng)性和整體性。本文綜合考慮整個供暖系統(tǒng)的主要影響因素，逐步逐項的將風(fēng)險因素按類別分層，先在最基礎(chǔ)一層內(nèi)進行模糊評判，接著對其上一層進行評判，最終得出整個系統(tǒng)的風(fēng)險值，具體的綜合評判方法的建立流程如圖1所示[3]。

圖1 鍋爐供暖系統(tǒng)多層模糊綜合評價流程圖

1.1 建立評價指標(biāo)體系

1）對整個鍋爐供暖系統(tǒng)的風(fēng)險因素進行個個識別，建立鍋爐風(fēng)險評判因素集合，主要包括設(shè)施、管理、能效三個單元的評價，鍋爐供暖系統(tǒng)風(fēng)險評判因素見表1。

表1 鍋爐供暖系統(tǒng)多層綜合評價模型風(fēng)險因素指標(biāo)體系

（續(xù)表）

2）對鍋爐供暖系統(tǒng)的風(fēng)險因素按屬性分為3層：Ui= {ui1，ui2，…，uim}，其中，i=1，2，3。

根據(jù)鍋爐供暖過程中系統(tǒng)的特點，按照法規(guī)中關(guān)于安全和節(jié)能因素的要求和鍋爐供暖系統(tǒng)的供熱目標(biāo)，將風(fēng)險因素指標(biāo)體系分為3大類：設(shè)施、管理、能效，見表1。這些指標(biāo)比較客觀的反映鍋爐供暖系統(tǒng)情況。

1.2 建立評判集

本文中，鍋爐供暖系統(tǒng)事故發(fā)生可能性的結(jié)果分為5種，表示為V={v1，v2，…，v5}{好/Ⅰ級，較好/Ⅱ級，中等/Ⅲ級，較差/Ⅳ級，差/Ⅴ級}。同時便于最后定量化評價結(jié)果，給每個評價級別賦值。

表2 安全風(fēng)險等級表

1.3 建立評價指標(biāo)的權(quán)重

首先對各Ⅰ級指標(biāo)ui應(yīng)分配相應(yīng)的權(quán)重值ai(i=1，2，…，m)通常要求ai≥0，以反應(yīng)該級評價指標(biāo)的重要程度，各子因素uij的權(quán)重集合為Ai=(ai1，ai2，…，aij)，aij≥0， ∑kj=1aij=1，根據(jù)各個II級評價指標(biāo)對Ⅰ級指標(biāo)的隸屬程度來確定各II級指標(biāo)的權(quán)重aij(i=1，2，…，m；j=1，2，…，k)。確定權(quán)重的方法常用的有層次分析法、Delphi法、專家估計法、加權(quán)平均法等[4]。本文根據(jù)鍋爐供暖系統(tǒng)，采用定性與定量分析相結(jié)合的層次分析法(Analy tic H ierarchy Process，AHP) 來確定指標(biāo)體系的權(quán)重集[5]。

1.4 建立評價矩陣

第一步，請供熱設(shè)計或檢驗行業(yè)的20位專家對各III級子因素狀況進行投票，建立各子因素的評分等級。分別求出各子系統(tǒng)的Ri。

1.5 求綜合評價結(jié)果

其次，根據(jù)Bi= Ai? Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結(jié)果[6]。最后，進一步處理Bi使其數(shù)值化，即計算鍋爐系統(tǒng)綜合評價得分F：F= B?eT，之后根據(jù)表3可查看安全級別。下面以設(shè)施系統(tǒng)的鍋爐房子系統(tǒng)為例說明評價方法。

表3 鍋爐定量評價安全級別

2 應(yīng)用實例

根據(jù)上述評價指標(biāo)流程，對實際鍋爐供暖系統(tǒng)進行評價，以吉林省某鍋爐使用單位為例。鍋爐基本情況如下：鍋爐制造單位為梅河口市宏源鍋爐有限公司，產(chǎn)品編號為1103S，制造日期為2011年4月7日，設(shè)備代碼為01201403040002244，燃料種類為燃煤鍋爐，型號為DZW 7.0-1.0/95/70-AⅡ，額定出力為7MW，額定壓力1.00MPa，使用壓力0.40MPa。檢驗機構(gòu)的常規(guī)定期檢驗發(fā)現(xiàn)的問題及處理意見為：1）該鍋爐無除氧設(shè)備，應(yīng)安裝；2）前煙箱絕熱層大面積脫落，應(yīng)修復(fù)。檢驗結(jié)論為整改后運行。從檢驗情況可以看出，檢驗給出的意見過于簡單，沒有定量的評價鍋爐供暖系統(tǒng)的安全狀況，只是從鍋爐本體及其附屬設(shè)備出發(fā)進行了檢驗，實用性不強。下面對本臺鍋爐進行模糊層次評價，具體過程如下：

2.1 各因素權(quán)重的確定

根據(jù)使用單位提供的數(shù)據(jù)資料及檢驗報告，以評價鍋爐房子系統(tǒng)為例，從III級指標(biāo)出發(fā)，影響因素包括鍋爐本體、泵與風(fēng)機、水處理（除氧）裝置、自動調(diào)節(jié)、環(huán)保措施，綜合分析各因素之間的相對重要程度，從而建立評判矩陣。其權(quán)重采用求和法計算：

同理，根據(jù)層次分析法計算得各評價指標(biāo)權(quán)重集如下：

2.2 評價矩陣的確定

請行業(yè)專家對各子因素狀況進行投票，建立各子因素的評分等級，從而可確定Rij。見表4～表11，分別給出了各因素的評價表。

表4 鍋爐房的評價表

表5 供熱管網(wǎng)的評價表

表6 室內(nèi)供暖系統(tǒng)的評價表

表7 運行管理的評價表

表8 設(shè)備管理的評價表

表9 應(yīng)急管理的評價表

表10 效率的評價表

表11 溫度的評價表

2.3 綜合評價結(jié)果確定

根據(jù)Bi= Ai? Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結(jié)果。下面以設(shè)施系統(tǒng)的鍋爐房子系統(tǒng)為例說明評價方法。

從而確定

同理可得出：

總模糊綜合評價

最后根據(jù)F = B? eT，定量化最終結(jié)果，即

該鍋爐供暖系統(tǒng)安全級別為III級，評價語言為異常，該單位為基本合格單位，個別指標(biāo)處于超標(biāo)邊緣，鍋爐存在一定安全隱患，與實際鍋爐檢驗結(jié)果一致，比較全面反應(yīng)該單位的供暖系統(tǒng)。

3 結(jié)論

鍋爐供暖綜合評價要從整個循環(huán)系統(tǒng)來考慮，運用系統(tǒng)工程思維去對鍋爐供暖系統(tǒng)進行整體評價，這樣結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性就會比較科學(xué)。但是，也清楚的看到，該評價結(jié)果很大程度上取決于合理的評價指標(biāo)體系、指標(biāo)權(quán)重分配，因此對具體使用單位進行評價時，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合使用單位鍋爐供暖實際對指標(biāo)進行科學(xué)賦值。另外，也可看到各評價指標(biāo)的權(quán)重值及最后一層因素評價矩陣對評價結(jié)果影響較大，應(yīng)該根據(jù)實際準(zhǔn)確評估。本方法簡單可靠，整個供暖系統(tǒng)的模糊綜合評價結(jié)果比較符合使用單位實際情況。

[1] 中華人民共和國特種設(shè)備安全法[M]．北京：中國質(zhì)檢出版社，2013.

[2] 丁守寶，劉富君．我國特種設(shè)備檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]．中國計量學(xué)院學(xué)報，2008，19(4)：304-308.

[3] 邢剛，錢恒，賈磊．模糊層次綜合評判法在電梯風(fēng)險評估中的應(yīng)用[J]．電子設(shè)計工程，2015，8（23）：49-52.

[4] 魏勝桃，張樹海，李文軍，等．模糊綜合評價在焦化企業(yè)安全評價中的應(yīng)用［J]．工業(yè)安全與環(huán)保，2010,，36 (7)：58-59．

[5] 劉新憲，朱道立．選擇與判斷［M]．上海：上?？茖W(xué)普及出版社，1990．

[6] 鄧瓊．安全系統(tǒng)工程[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

Application of Fuzzy Hierarchy Comprehensive Evaluation Method in Boiler Heating System Risk Assessment

Wang Xiaofei Wang Tianci Luo Zhim ing Wang Qian

(1. Bureau of Engineering and Environment Quality Supervision of the People’s Liberation Army Beijing 100142)

(2. College of Safety and Environmental Engineering, Capital University of Econom ics and Business Beijing 100070)

Boiler heating is a system engineering. The goal of boiler heating system is to make every indoor temperature can be up to standard, and there are multiple factors in the system affecting the fnal temperature, such as boiler ancillary equipment aging, pipeline leak, lack of management, etc. And single factor is tested for boiler in regular periodic inspection, which is lim ited on failure potential prediction for boiler. From the perspective of system engineering, this article considers boiler heating system as a whole, by the establishment of index system of comprehensive multi-factor infuence, and using the fuzzy comprehensive analysis method and the actual boiler heating. Finally the whole system is analyzed, in order to reveal the boiler use state. The results show that the method is strong maneuverability, and this kind of method for comprehensive evaluation of the safety of the boiler heating system energy saving situation provides a train of thought.

Boiler heating system System engineering Fuzzy analytic hierarchy Comprehensive security and energy-saving evaluation

X 933.2

B

1673-257X(2017)06-0028-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.008

王梟飛（1990～)，男，碩士，助理工程師，從事軍隊營房特種設(shè)備監(jiān)督管理工作。

王梟飛，E-mail: 332560534@qq.com。

2016-10-11）