羅通元（中國石油大學(xué)機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249）

模糊綜合評價法在往復(fù)泵安全評價中的應(yīng)用

羅通元（中國石油大學(xué)機(jī)械與儲運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249）

往復(fù)泵系統(tǒng)是非常復(fù)雜而風(fēng)險很高的動力系統(tǒng)，有必要對往復(fù)泵運(yùn)行過程中的安全狀況進(jìn)行評價，以控制降低事故風(fēng)險。筆者將優(yōu)序圖法與模糊綜合評價法相結(jié)合，建立起基于優(yōu)序圖-模糊綜合評價法的安全評價模型。根據(jù)往復(fù)泵自身結(jié)構(gòu)特點，針對運(yùn)行過程中的諸多不安全因素，建立起安全評價指標(biāo)體系，通過優(yōu)序圖法確定了各因素權(quán)重值，利用模糊綜合評價對往復(fù)泵系統(tǒng)進(jìn)行了安全評價，得出評價等級。結(jié)果表明：該方法操作方便、評價效果準(zhǔn)確可信，可在往復(fù)泵系統(tǒng)中應(yīng)用推廣。

往復(fù)泵系統(tǒng)評價指標(biāo)體系優(yōu)序圖模糊綜合評價安全評價

往復(fù)泵系統(tǒng)在油田應(yīng)用非常廣泛，油田注水采油系統(tǒng)中動力系統(tǒng)中使用的高壓注水泵就是一個重點監(jiān)控對象。隨著油田開采進(jìn)入中后期，因地質(zhì)條件劣化或油層壓力降低而產(chǎn)生油田開發(fā)速度下降、采收率下降、效益下降等一系列問題，油田注水的壓力也越來越大，而高壓往復(fù)注水泵是往復(fù)泵產(chǎn)品中使用工況很苛刻的油田設(shè)備，高壓注水泵機(jī)組的正常運(yùn)行對于注水作業(yè)非常重要，機(jī)組的任一部件的發(fā)生故障時就得停機(jī)修理。需要投入人力、物力和財力，同時油井停產(chǎn)造成的損失也是非常大的。事實上，往復(fù)注水泵系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其安全問題涉及到諸多方面，往往要考慮各指標(biāo)的相對重要性，通過綜合評價來確定影響系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素同時采取預(yù)防措施是非常重要的。

目前，針對往復(fù)泵單一裝置的安全評價應(yīng)用較少，主要的評價方法：安全檢查表、事故樹分析法、危險性和可操作研究等方法應(yīng)用于化工系統(tǒng)非常普遍，但是涉及人員、環(huán)境、裝置及社會影響各方面的的評價卻很少，這些針對企業(yè)內(nèi)部的評價方法也很少對裝置進(jìn)行關(guān)注［1］。

模糊綜合評價方法是利用模糊線性變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評價事物相關(guān)的各個因素，對其做出合理的綜合評價。它以隸屬函數(shù)為橋梁，將不確定性在形式上轉(zhuǎn)化為確定性［2］。通過對系統(tǒng)進(jìn)行全方位考察，綜合得出系統(tǒng)的安全等級及對系統(tǒng)影響最大的指標(biāo)因素，幫助人們針對性改善系統(tǒng)安全水平；優(yōu)序圖作為一種簡單高效的權(quán)重計算方法，能很好的表示各因素相對上層指標(biāo)的權(quán)重關(guān)系，同時與模糊綜合評價法相結(jié)合能準(zhǔn)確的對系統(tǒng)進(jìn)行等級評價。

1 評價方法介紹

1.1 優(yōu)序圖法

優(yōu)序圖法（Precedence Chart，簡稱PC）是美國人穆蒂）于1983年提出并應(yīng)用的，它是用矩陣圖示的辦法分析各因素對目標(biāo)的重要程度，為管理決策提供依據(jù)［3］。優(yōu)序圖是一個n×n棋盤式圖形，圖的左側(cè)和上方均表示比較對象的名稱，圖的左側(cè)列和上方列分別是比較者和被比較者。在進(jìn)行兩兩比較時，“1”表示兩兩相比中的相對“打的”、“優(yōu)的”、“重要的”，而用“0”表示相對“小的”、“劣的”、“不重要”，用“0.5”表示“同等重要的”［4，5］。根據(jù)多位專家比較賦值的不一致性，在構(gòu)造優(yōu)序圖和計算權(quán)重時引入多輸入加權(quán)優(yōu)序圖，它是簡單優(yōu)序圖相應(yīng)格子上數(shù)字相加得到的，匯總后可以算出每個指標(biāo)的權(quán)重。優(yōu)序圖的互補(bǔ)檢驗很方便，通過比較對角線兩邊對稱方格里數(shù)字，若對稱的兩方格里是“1”和“0”，或者均為“0.5”，則滿足互補(bǔ)無需修改。在計算指標(biāo)權(quán)重時將優(yōu)序圖中每行數(shù)字相加，再分別與總數(shù)相除就得到各指標(biāo)的權(quán)重，其計算公式為：T=∑n/n（n-1）m/ 2。其中∑n是每個指標(biāo)的得分總和，n為指標(biāo)總數(shù)，m為參評人數(shù)。

1.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，從多個因素對評判事物隸屬度等級狀況進(jìn)行綜合評判的一種方法［6］。模糊綜合評價的思路是首先將n個評價指標(biāo)的評價對象U=｛u1，u2，…un｝，通過隸屬函數(shù)映射到對指標(biāo)有m種評語的評價集V=｛v1，v2，…vm｝上，構(gòu)成模糊矩陣R。再將n個指標(biāo)的模糊權(quán)重向量與R進(jìn)行模糊合成運(yùn)算就得出了評價集上的綜合權(quán)重向量B。再建立好評價指標(biāo)體系后就可以進(jìn)行模糊綜合評價了，模糊綜合評判包括以下幾個步驟［7］：

1.2.1 建立因素集和評價集

評價集U是評判者對評判對象的各種評判結(jié)果為元素組成的集合，U=｛u1，u2，…，um｝，它是一個由評價指標(biāo)組成的指標(biāo)集，ui（i=1，2，…m）是評判指標(biāo)；評價集V是評判者對評判對象等級程度的模糊語言描述組成的集合用V=｛v1，v2，…vn｝，vj（j=1，2，…n）表示各等級的評語。

1.2.2 確定評價指標(biāo)體系的權(quán)重集A=｛a1，a2，…，am｝，是一個表示各個指標(biāo)在指標(biāo)體系中重要程度的集合，其中ai＞0，權(quán)重是歸一化的。

1.2.3 模糊隸屬度矩陣

對第i個指標(biāo)ui的評價Ri=｛ri1，ri2，…，rin｝，它是V上的模糊子集。rij表示第i個指標(biāo)對第j個等級的隸屬度。由單個指標(biāo)評價向量Ri（i=1，2，…m）構(gòu)成一級評判矩陣：

1.2.4 利用模糊矩陣的合成運(yùn)算，得到綜合評價模型B=A°R，R=（b1，b2，…，bn），其中模糊運(yùn)算在實際中根據(jù)情況選用。例如采用M（·，⊕）算子時：

1.2.5 設(shè)F=（f1，f2，…，fn）T是數(shù)據(jù)集，其中fj（j=1，2，…，n）表示第j級評語的實際數(shù)據(jù)。利用向量的乘積，計算最終評價結(jié)果Z，Z=B·F。

2 實例分析

2.1 確定評價指標(biāo)集及評語集

以某油田往復(fù)注水泵為研究對象，分析往復(fù)泵系統(tǒng)特點及結(jié)構(gòu)，對往復(fù)泵進(jìn)行安全評價。往復(fù)泵系統(tǒng)安全評價指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 往復(fù)泵系統(tǒng)安全評價指標(biāo)體系

2.2 計算指標(biāo)權(quán)重

優(yōu)序圖法提供了指標(biāo)權(quán)重的簡便而高效的計算方法，在構(gòu)建兩兩比較矩陣時，通過40位專家打分確定各層指標(biāo)之間的相對重要程度的量化值，“1”、“0”和“0.5”分別表示重要、不重要和同等重要。通過優(yōu)序圖構(gòu)建兩兩比較矩陣，進(jìn)行一致性檢驗并調(diào)整歸一化后得出判斷矩陣，同理也可以構(gòu)建出準(zhǔn)則層4個指標(biāo)的判斷矩陣，矩陣構(gòu)建及權(quán)重計算結(jié)果見表1和表2所示。

表1 優(yōu)序圖構(gòu)建的判斷矩陣

表2 各指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果

2.3 構(gòu)造模糊評價矩陣

由專家打分確定指標(biāo)層18個因素等級矩陣，本文采用5等級標(biāo)度來表達(dá)安全等級，即V=｛危險、較危險、一般、較安全、安全｝，計算過程中由安全等級量化值1-5來定性表示風(fēng)險等級大小，即v1=1、v2=2、v3=3、v4=4、v5=5。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的半梯形分布函數(shù)計算隸屬度，見公式（1）。將專家確定的等級矩陣各行求平均值作為各因素的實際值xi，通過公式（1）計算出各指標(biāo)的模糊隸屬度值［8］。為準(zhǔn)則層下18個因素所構(gòu)建的4個模糊關(guān)系矩陣R1、R2、R3和R4見式2所示。

2.4 求取綜合評價向量

由公式B=A°R可以計算出下一層各組元素相對于上一層的權(quán)重向量，先由Aij（i=1，2，3，4；j=1，2，3，4，5，6）與Ri進(jìn)行模糊關(guān)系合成運(yùn)算，求得權(quán)重向量Bi后再組成模糊關(guān)系矩陣R與權(quán)重Ai合成運(yùn)算，最終得到綜合評價向量B，結(jié)果見表3所示。

表3 模糊綜合評價結(jié)果

3 結(jié)果討論

從綜合隸屬度向量中根據(jù)“最大隸屬度”原則可知，往復(fù)泵的安全等級為4級“較安全”級別狀況。說明該泵系統(tǒng)目前運(yùn)行狀態(tài)較符合安全要求，繼續(xù)保持現(xiàn)有安全監(jiān)測及操作要求即可。從權(quán)重分配情況看，人員操作和環(huán)境影響占總權(quán)重的51%，這兩個因素對往復(fù)泵的安全狀態(tài)影響較為顯著和突出，在運(yùn)行期間要重點對人員及環(huán)境進(jìn)行監(jiān)護(hù)評估。

4 結(jié)語

優(yōu)序圖與模糊綜合評價法結(jié)合對往復(fù)泵系統(tǒng)進(jìn)行安全評價具有簡單準(zhǔn)確高效的特點，從現(xiàn)場應(yīng)用方面來講可以更好的為設(shè)備維護(hù)人員提供參考依據(jù)，幫助他們進(jìn)行維護(hù)和安全分析。對于往復(fù)泵這樣復(fù)雜重要的設(shè)備系統(tǒng)，通過模糊綜合評價還可以系統(tǒng)化的了解設(shè)備結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和防護(hù)措施，得到的安全評價等級可以為設(shè)備壽命預(yù)測提供參考。在量化安全狀態(tài)時關(guān)鍵要正確建立指標(biāo)體系，將主觀和客觀評價中很好的統(tǒng)一起來，反映了往復(fù)泵系統(tǒng)的安全狀態(tài)，評價結(jié)果對于往復(fù)泵的安全運(yùn)行具有重要意義。

［1］程凌，華潔，周曉柱.基于層次分析-模糊綜合評判的化工園區(qū)安全評價研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2008，08：125-130.

［2］沈進(jìn)昌，杜樹新，羅祎，羅季陽，楊倩，陳志鋒.基于云模型的模糊綜合評價方法及應(yīng)用［J］.模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2012，06：115-123.

［3］豐樸春，陳大勇，楊蕾馨.優(yōu)序圖法在投標(biāo)項目選擇中的應(yīng)用研究［J］.價值工程，2011，28：62-63.

［4］夏萍，汪凱，李寧秀，吳大嶸.層次分析法中求權(quán)重的一種改進(jìn)［J］.中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2011，02：151-154+157.

［5］李洪興，汪培莊.模糊數(shù)學(xué)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.

［6］吳麗萍.模糊綜合評價方法及其應(yīng)用研究［D］.太原理工大學(xué)，2006.

［7］Luo J.Integrating Fuzzy Logic with Data Mining Methods for IntrucsionDetection［D］.Mississippi State University，1999.

［8］萬中，梁文冬，盧宗娟.模糊數(shù)的隸屬度區(qū)間分布函數(shù)［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，01：107-112.

分子篩再生時，再生氣進(jìn)出口溫度變化曲線，如下圖：

4 結(jié)語

本文簡單介紹了天然氣脫水工藝的幾種類別，并著重介紹了目前廣泛應(yīng)用的分子篩脫水工藝以及相關(guān)的參數(shù)控制要點，并介紹了分子篩脫水工藝在泰安LNG工廠的應(yīng)用，希望可以為國內(nèi)LNG工廠的建設(shè)和運(yùn)行提供參考和幫助。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡耀強(qiáng)，何飛，韓建紅.天然氣脫水技術(shù)化學(xué)工程與裝備2013年3月.

［2］陳召財.分子篩脫水工藝分析與比較.化學(xué)工程與設(shè)備.2012年2月.

［3］郭洲，曾樹兵，陳文峰.分子篩脫水裝置在珠海天然氣液化項目中的應(yīng)用.石油與天然氣化工，2008.

［4］胡曉敏，陸永康，曾亮泉.分子篩脫水工藝簡述.天然氣與石油，2008年2月.

［5］祁亞玲.天然氣水合物和天然氣脫水新工藝探討。天然氣與石油，2006年12月.

王光宏山東泰安昆侖能源有限公司生產(chǎn)運(yùn)行部主任，負(fù)責(zé)泰安60萬噸/年LNG國產(chǎn)化研發(fā)項目工藝裝置運(yùn)行管理。

孫常梅就職于泰安昆侖液化天然氣有限公司，擔(dān)任設(shè)備工程師職務(wù)，曾參與泰安60萬噸/年LNG裝備國產(chǎn)化研發(fā)項目前期籌建和建設(shè)管理工作。