黃世釗 李小良 袁榮華 秦志輝 趙 黔 龍文娟

(1. 廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院；2. 廣西石化資源加工及過程強(qiáng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3. 廣西壯族自治區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)院)

目前，廣西境內(nèi)已探明鋁土礦儲量7億t，遠(yuǎn)景儲量10億t，主要分布在桂西百色市的平果、德保、靖西及田東等縣。如何開發(fā)利用這些資源，對促進(jìn)廣西的經(jīng)濟(jì)建設(shè)意義重大。隨著中鋁股份廣西分公司(平果)、廣西華銀鋁業(yè)(德保)、廣西信發(fā)鋁電(靖西)等氧化鋁生產(chǎn)線的建設(shè)及其技改工程的相繼建成投產(chǎn)，廣西目前氧化鋁的生產(chǎn)能力達(dá)到645萬t/a，約占國內(nèi)氧化鋁產(chǎn)能的20%。為把桂西(百色)鋁工業(yè)基地建設(shè)成為中國最大最強(qiáng)的鋁工業(yè)基地，建設(shè)者們在氧化鋁的生產(chǎn)裝備上大力引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，裝備的大型化、高參數(shù)化及過程控制自動化等技術(shù)特征日益突出，對生產(chǎn)裝備尤其是特種設(shè)備的安全使用管理和安全檢驗(yàn)檢測提出了更為嚴(yán)格的要求。

筆者旨在用模糊層次分析法(FAHP)多方面分析并比較檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅埽嬖u價(jià)并優(yōu)選出一種合理的氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ絹斫鉀Q氧化鋁企業(yè)長周期、滿負(fù)荷特種設(shè)備的使用現(xiàn)狀，解決以往定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ揭筮B續(xù)生產(chǎn)的大量壓力容器停止運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致成套生產(chǎn)裝置頻繁停車的難題。加之，由于以往檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅苤笜?biāo)多且變化規(guī)律不一致，導(dǎo)致評價(jià)不準(zhǔn)確。為解決此類問題，可以引用定性與定量結(jié)合的層次分析法(Analytic Hierarch Process，AHP)，通過按一定的評價(jià)準(zhǔn)則對各方案進(jìn)行綜合評估、排序與優(yōu)選[1]；而模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，F(xiàn)AHP)則是對傳統(tǒng)層次分析法的改進(jìn)[2，3]，在決策中引入模糊矩陣，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成模糊一致矩陣[4]，然后再對各方案進(jìn)行總排序，計(jì)算出各排序的相對權(quán)重與總排序的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重的大小，即可選出最優(yōu)的檢驗(yàn)方案。

1 模糊層次分析法的步驟

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

在建立層次結(jié)構(gòu)模型時(shí)，按不同屬性將檢驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸饨M合成若干組，形成不同層次。按照最高層為目標(biāo)層、中間層為準(zhǔn)則層和最低層為方案層的方式排列。同一層作為準(zhǔn)則，這一層對下層的元素起支配作用，同時(shí)它又受上一層元素的支配。因此用該方法可以對多目標(biāo)問題進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)選[4]。

1.2 建立模糊判斷矩陣

假定有元素a1，a2，…，an，且優(yōu)先關(guān)系矩陣為F={fij，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n}。其中，fij表示元素ai、aj進(jìn)行比較時(shí)，其具有的模糊關(guān)系的隸屬度，可用 0-1標(biāo)度給予定量描述[5]：

(1)

由此可建立模糊矩陣F：

(2)

1.3 建立模糊一致判斷矩陣

(3)

1.4 層次單排序

層次單排序是指根據(jù)判斷矩陣計(jì)算對于上一層某元素而言，本層次與之有聯(lián)系的元素重要性的優(yōu)先權(quán)重，它是對層次所有元素相對上一層而言的重要性進(jìn)行排序的基礎(chǔ)。計(jì)算權(quán)重W的公式[5]：

(4)

1.5 層次總排序

(5)

其中，V為下層評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重；Wj為上層指標(biāo)的相對權(quán)重；W為下層指標(biāo)的相對權(quán)重。各個(gè)方案的綜合評價(jià)用V的各個(gè)元素值的大小來排序，根據(jù)層次總排序向量，可選出最優(yōu)的方案：A=max{V1,V2,…,Vn}。

2 檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降姆诸惣疤攸c(diǎn)

5種常規(guī)無損檢測為[7]：射線檢測RT、滲透檢測PT、磁粉檢測MT、超聲檢測UT和渦流檢測ET。廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器都是厚壁容器，其定期檢驗(yàn)方式主要應(yīng)用：射線檢測、磁粉檢測與超聲檢測結(jié)合、超聲衍射時(shí)差法(Time of Flight Diffraction，TOFD)檢測[8～11]、超聲檢測和超聲衍射時(shí)差法檢測結(jié)合等4種檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?。考察以往氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)，以及考慮定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅苤笜?biāo)，對廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器的定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶攸c(diǎn)列于表1[7,8]。

表1 定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶攸c(diǎn)

根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅苤笜?biāo)，令：優(yōu)為9、良為7、差為3，把表1中所提到的4種定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降奶攸c(diǎn)定量化，其結(jié)果見表2。

表2 定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降亩炕Y(jié)果

3 優(yōu)選在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h2>

3.1 建立優(yōu)選定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶哟谓Y(jié)構(gòu)模型

針對合理的氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降倪x型問題，結(jié)合定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅芎蜋z驗(yàn)達(dá)到的效果，對目前廣西氧化鋁在役壓煮器定期檢驗(yàn)所采用的4種定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行優(yōu)選，考察6種特征準(zhǔn)則對4種定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降年P(guān)系，建立的層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 優(yōu)選在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶哟谓Y(jié)構(gòu)模型

3.2 構(gòu)建檢驗(yàn)選型的模糊判斷矩陣

根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器的特點(diǎn)和氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的需要，以及檢驗(yàn)所需達(dá)到的目的，檢驗(yàn)指標(biāo)的重要性排序?yàn)椋喊踩?檢出率>經(jīng)濟(jì)性>精準(zhǔn)性>難易度>耗時(shí)性。由式(1)可得檢驗(yàn)選型的模糊判斷矩陣F為：

根據(jù)表2建立準(zhǔn)則層到方案(即檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降綑z驗(yàn)?zāi)Ｊ降男阅苤笜?biāo))的模糊矩陣：F1、F2、F3、F4、F5、F6。

3.3 構(gòu)建選型的模糊一致矩陣

根據(jù)式(3)可得檢驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x型的模糊一致矩陣R為：

用同樣的方法將模糊矩陣F1、F2、F3、F4、F5、F6，轉(zhuǎn)化為模糊一致矩陣R1、R2、R3、R4、R5、R6。

3.4 檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶哟螁闻判?/h3>

根據(jù)式(4)求得檢驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x型的模糊一致矩陣R的權(quán)重W為：

W=[0.217 0.197 0.177 0.157 0.137 0.117]T

同樣求得模糊一致矩陣R1、R2、R3、R4、R5、R6的權(quán)重分別為：

3.5 檢驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x型的層次總排序

由式(5)可以確定檢驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x型的層次總排序?yàn)椋?/p>

最優(yōu)定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ紸=max{V1,V2,V3,V4}=0.291，即UT+TOFD的綜合權(quán)重最大，所以廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器最優(yōu)的定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ绞荱T+TOFD。4種定期檢測模式的選型相對優(yōu)先順序?yàn)閁T+TOFD>TOFD>UT+MT>RT。故在綜合考慮安全性、檢出率、經(jīng)濟(jì)性、精準(zhǔn)性、難易度、耗時(shí)性后，選擇氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降臅r(shí)，優(yōu)先選用UT+TOFD。UT+TOFD檢驗(yàn)?zāi)Ｊ奖葌鹘y(tǒng)的定期檢驗(yàn)更安全，更經(jīng)濟(jì)，更省時(shí)。運(yùn)用到氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)年度設(shè)備維護(hù)時(shí)期進(jìn)行檢測，不僅可以解決以往定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ揭筮B續(xù)生產(chǎn)的大量壓力容器停止運(yùn)轉(zhuǎn)，檢驗(yàn)周期長、缺陷漏檢率高及檢驗(yàn)費(fèi)用高等難題；同時(shí)還可以提高氧化鋁生產(chǎn)溶出機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加氧化鋁的產(chǎn)量，降低單位生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

4.1利用FAHP法建立廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降膶哟文Ｐ徒Y(jié)構(gòu)，計(jì)算相對權(quán)重與綜合權(quán)重，根據(jù)綜合權(quán)重的大小，選出了最優(yōu)的廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綖閁T+TOFD。

4.2采用UT+TOFD作為廣西氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?，不僅可以克服檢驗(yàn)周期長、缺陷漏檢率高、檢驗(yàn)費(fèi)用高等難題；還可以提高氧化鋁生產(chǎn)溶出機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加氧化鋁的產(chǎn)量，降低單位生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備安全有效地在役檢驗(yàn)。

4.3用FAHP選出的最優(yōu)氧化鋁生產(chǎn)在役壓煮器定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ娇梢酝茝V到其他化工、石油、制藥、食品及電力等行業(yè)的厚壁特種設(shè)備檢驗(yàn)中，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] 許樹柏.層次分析法原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988.

[2] 張吉軍.模糊層次分析法(FAHP)[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2000，14(2)：80～88.

[3] 姚敏，張森.模糊一致矩陣及其在軟科學(xué)中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程，1997，15(2)：54～57.

[4] 王延軍，趙新澤，陳洪軍.基于模糊層次分析法的切削液配方方案優(yōu)選研究[J].潤滑與密封，2006，(9)：148～151.

[5] 徐澤水.模糊互補(bǔ)判斷矩陣排序的一種算法[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2001，16(4)：311～314.

[6] 汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[7] 劉貴民，馬麗麗.無損檢測技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010：1～106.

[8] 秦志輝，孫小兵.TOFD檢測技術(shù)在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國特種設(shè)備安全，2011，27(8)：31～33.

[9] 倪進(jìn)飛.TOFD檢測技術(shù)基本原理及其應(yīng)用探討[J].廣東電力，2007，(10)：17～19.

[10] 閻長周，關(guān)衛(wèi)和，陳建玉，等.TOFD方法在厚壁承壓設(shè)備焊縫檢測中的試驗(yàn)和應(yīng)用[J].壓力容器，2008，25(10)：7～10.

[11] 郝以運(yùn)，劉晴巖.TOFD方法在薄壁堆焊層裂紋類缺陷檢測中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2009，14(4)： 131～132.