基于優(yōu)序圖法和隸屬函數(shù)的燃?xì)夤艿栏g評(píng)價(jià)模型

李云云　李美瑩　王歡　申思　李康　李超

摘 要：城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿雷鳛槭姓芫W(wǎng)的一部分，因其所處環(huán)境多樣，腐蝕因素復(fù)雜，腐蝕評(píng)價(jià)指標(biāo)與等級(jí)分區(qū)存在隨機(jī)性和模糊性，目前基本采用半定量與定性的方法評(píng)價(jià)。研究通過大量文獻(xiàn)調(diào)研統(tǒng)計(jì)分析，選取對(duì)燃?xì)夤艿栏g影響較大的8個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并按照8級(jí)事故體系將事故后果分為由弱到強(qiáng)八個(gè)等級(jí)。在指標(biāo)權(quán)重計(jì)算中通過專家打分，選用優(yōu)序圖法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。運(yùn)用此模型對(duì)國內(nèi)6～8月燃?xì)馐鹿屎臀墨I(xiàn)地區(qū)埋地燃?xì)夤艿肋M(jìn)行腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)果與案例結(jié)果吻合，表明此模型在燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的適用性。

關(guān)鍵詞：優(yōu)序圖法；三角隸屬函數(shù)；八級(jí)事故等級(jí)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；燃?xì)夤艿栏g

中圖分類號(hào)：TE973.6;TQ055.8+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）06-0000-00

A corrosion evaluation model for gas pipeline based on priority graph method and membership function

LI Yunyun1，LI Meiying1，WANG Huan1，SHEN Si1，LI Kang2，LI Chao3

（1.Xian Siyuan University，Xian 710038，? China;2.Shaanxi Safety Production Science and Technology Co.， Ltd.，Xian 710065，China;3.Pipeline Department of China National Petroleum Corporation Qinghai Oilfield Branch，Haixi 816000， Qinghai China）

Abstract：As a part of the municipal pipeline network，urban gas pipelines are generally evaluated using semi quantitative and qualitative methods due to their diverse environment，complex corrosion factors，and randomness and fuzziness in corrosion evaluation indicators and grade zoning.Through extensive literature research and statistical analysis，the paper selects 8 factors that have a significant impact on gas pipeline corrosion as evaluation indicators，and divides the accident consequences into eight levels from weak to strong according to the eight level accident system.In the calculation of indicator weight，expert scoring is used，and the priority chart method is selected for weight calculation. A corrosion risk assessment model is established using the fuzzy comprehensive evaluation method.Using this model to evaluate the corrosion risk of buried gas pipelines in domestic gas accidents from June to August and literature areas，the results are consistent with the case results，indicating the applicability of this model in gas pipeline risk assessment.

Key words：priority graph method，trigonometric membership function，8 levels accident grade，risk evaluation，gas pipeline corrosion

住建部的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，截止到2021年我國燃?xì)馄占奥室堰_(dá)97.9%。2021年中國天然氣消費(fèi)量達(dá)到3 670.6億m3，同比增長12.7%［2］。其中，城鎮(zhèn)燃?xì)庀M(fèi)增長成為推升天然氣消費(fèi)量的最大動(dòng)力，貢獻(xiàn)了超六成的增量。

與此同時(shí)，由于燃?xì)鈱儆谝兹家妆瑲怏w，且管道常埋于地下，發(fā)生腐蝕泄漏事件具有隱蔽性，發(fā)現(xiàn)具有滯后性，泄漏氣體極易積聚達(dá)到爆炸極限，加之燃?xì)夤艿劳ǔＲ?jīng)過居民區(qū)，發(fā)生爆炸事件的后果復(fù)雜難測(cè)，因此對(duì)燃?xì)夤艿篱_展腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作具有重要意義［3］。城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿涝u(píng)價(jià)比長輸管線略有不同，目前國內(nèi)外研究學(xué)者做了大量的工作。

采用改進(jìn)的AHP確定各指標(biāo)權(quán)重，用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型［4］。將影響燃?xì)夤艿栏g的因素分為5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和7個(gè)二級(jí)指標(biāo)，采用改進(jìn)AHP法，編制燃?xì)夤艿栏g分級(jí)評(píng)價(jià)軟件［5］。結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)與運(yùn)籌學(xué)相關(guān)理論與方法確定燃?xì)夤艿栏g指標(biāo)權(quán)數(shù)，建立了多因素影響下燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全評(píng)價(jià)模型［6］。利用客觀熵權(quán)法與專家經(jīng)驗(yàn)GI法組合權(quán)重，引入云模型，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型［7］。將粗糙集算法、熵權(quán)計(jì)算法、集對(duì)理論分析法引入油氣管道土壤腐蝕分級(jí)評(píng)價(jià)中，利用RS預(yù)處理數(shù)據(jù)、EW確定指標(biāo)權(quán)重、SPA量化數(shù)據(jù)，建立分級(jí)評(píng)價(jià)RS-EW-SPA模型［8］。結(jié)合事故樹理論，采用粗糙集理論對(duì)埋地管道腐蝕因素進(jìn)行選擇，提取出影響管道腐蝕的主要因素并進(jìn)行重要度排序［9］。

對(duì)聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕す芾硪蛩剡M(jìn)行歸類分級(jí)和模糊分級(jí)，采用多級(jí)模糊分級(jí)評(píng)價(jià)法，建立聚乙烯燃?xì)夤艿朗┕ね暾怨芾眢w系［10］。對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)評(píng)價(jià)模型各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)從而對(duì)管段風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析［11］。改進(jìn)AHP及熵權(quán)法確定權(quán)重，建立了二維云模型的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法［12］。

在對(duì)管道腐蝕失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，為使得影響因素的權(quán)重確定更合理［13］，也為了避免研究者常用的AHP法、熵權(quán)法、云模型等計(jì)算復(fù)雜，難于操作的缺點(diǎn)。計(jì)算權(quán)重時(shí)采用適用多因素影響的簡(jiǎn)便易算的優(yōu)序圖法，優(yōu)序圖計(jì)算較為簡(jiǎn)單，較多指標(biāo)時(shí)使用得到的權(quán)重結(jié)果更為可靠。采用模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí)，為了使評(píng)價(jià)結(jié)果更精細(xì)，摒棄5級(jí)等級(jí)，采用8級(jí)事故分級(jí)體系進(jìn)行模糊評(píng)判。

1 計(jì)算方法與建立模型

1.1 基于優(yōu)序圖法的因素權(quán)重確定

（1）選定指標(biāo)。

一般選擇對(duì)目標(biāo)影響較大的指標(biāo)參加評(píng)分，以保證全面地反映各因素的情況；

（2）確定各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

一般采用5級(jí)評(píng)分，影響最大為5分，最小為1分。以m個(gè)專家打分樣本為行，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為列。

1個(gè)專家樣本為1行，1個(gè)計(jì)算權(quán)重的指標(biāo)占1列數(shù)據(jù)即可；

1.2.2 事故后果等級(jí)評(píng)語和劃分標(biāo)準(zhǔn)

事故后果等級(jí)評(píng)語集是對(duì)Ui可能引發(fā)各種事故后果的集合，用V表示。事故后果評(píng)價(jià)等級(jí)劃分的粗細(xì)，與評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性正相關(guān)，但計(jì)算量也會(huì)變大［16］。本文采用8級(jí)事故等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的V有8個(gè)元素，分別表示危險(xiǎn)等級(jí)由非常低到非常高［17］。Ui的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

E中最大值為0.142 299，處于第4、第5位置，由最大隸屬度原則和風(fēng)險(xiǎn)就高原則，對(duì)U的評(píng)價(jià)等級(jí)為五級(jí)，這與理論結(jié)果一致。

每年6～8月是燃?xì)馐鹿矢甙l(fā)期，本文統(tǒng)計(jì)了2022年6月至8月的中國燃?xì)馐鹿始捌鋫銮闆r。6～8月份全國共發(fā)生24起燃?xì)獍踩录?，其中事故后果為五?jí)的就有11起，占據(jù)最多頻次，模型與實(shí)際相符。說明該模型有良好的匹配性。

2 模型測(cè)驗(yàn)

參照文獻(xiàn)[9]中的北京市某地區(qū)埋地燃?xì)夤艿拦こ贪咐默F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告和管道歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型測(cè)驗(yàn)。

2.1 權(quán)重計(jì)算

為避免評(píng)價(jià)過程的主觀性，邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的9位專家組成評(píng)分小組對(duì)黃爽論文中的北京某地區(qū)燃?xì)夤艿赖?個(gè)一級(jí)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的影響因素進(jìn)行打分，包括1名博導(dǎo)、1名碩導(dǎo)、3名博士、1名高工、3名工程師，結(jié)果如表3所示。

按照該方法及步驟，確定評(píng)價(jià)目標(biāo)為城市燃?xì)夤芫W(wǎng)腐蝕失效可能性U；然后選定對(duì)目標(biāo)有影響的主要因素包括：土壤腐蝕性、雜散電流腐蝕、微生物腐蝕、防腐層質(zhì)量、陰極保護(hù)效果、管段壁厚、質(zhì)量監(jiān)管、服役時(shí)長。將其分別用U1，U2，…，U8表示；最后通過專家打分，得到各種因素的重要性分?jǐn)?shù)。

2.2 埋地燃?xì)夤艿滥：C合評(píng)價(jià)

根據(jù)優(yōu)序圖法求得8個(gè)指標(biāo)權(quán)重（式2-1）和式1-5、1-6、1-7，對(duì)選定的8個(gè)腐蝕影響因素進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，得到燃?xì)夤艿栏g風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果E［20］。

E=（E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8）=（0.110 005，0.129 393，0.140 255，0.143 743，0.143 325，0.130 366，0.114 266，0.091 648）

根據(jù)最大隸屬度原則，文獻(xiàn)[15]中工程案例地區(qū)燃?xì)夤艿栏g風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果為四級(jí)或五級(jí)，結(jié)合事故就高原則，取五級(jí)，中等風(fēng)險(xiǎn)，新建模型評(píng)價(jià)結(jié)果與文獻(xiàn)[15]利用改進(jìn)AHP的結(jié)果高度吻合。

3 結(jié)語

（1）優(yōu)序圖法確定比較多因素權(quán)重更加可靠，過程簡(jiǎn)潔。模糊綜合評(píng)價(jià)能客觀反映埋地燃?xì)夤艿栏g因素指標(biāo)的模糊性，為使這種模糊性刻畫更準(zhǔn)確，對(duì)隸屬度函數(shù)進(jìn)行了選擇。二者結(jié)合使用，盡可能避免了主觀判斷造成的誤差，使評(píng)價(jià)結(jié)果更合理、客觀；

（2）燃?xì)夤艿栏g風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立基礎(chǔ)是查閱大量文獻(xiàn)總結(jié)泄漏原因并分析得到的，將優(yōu)序圖法和模糊綜合評(píng)價(jià)方法相結(jié)合，建立了燃?xì)夤艿栏g風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；

（3）建立的新模型對(duì)2022年6～8月燃?xì)馐鹿矢甙l(fā)期的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，對(duì)文獻(xiàn)[15]中某工程所建燃?xì)夤艿肋M(jìn)行模擬評(píng)價(jià)，新模型結(jié)果與事故實(shí)況和文獻(xiàn)[15]中案例結(jié)果一致，驗(yàn)證了該模型的可用性。

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收稿日期：2023-01-18；修回日期：2023-05-16

作者簡(jiǎn)介：李云云（1989-），女，碩士，工程師，研究方向：城市燃?xì)夤艿兰肮芫W(wǎng)；E-mail：814315562@qq.com。

基金項(xiàng)目：西安思源學(xué)院?；鹎嗄觏?xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：XASYQN-B2104）。

引文格式：李云云，李美瑩，王 歡，等.基于優(yōu)序圖法和隸屬函數(shù)的燃?xì)夤艿栏g評(píng)價(jià)模型[J].粘接，2023，50（6）：12-16.