基于FAHP優選氧化鋁在役壓煮器定期檢驗模式*

黃世釗 李小良 袁榮華 秦志輝 趙 黔 龍文娟

(1. 廣西大學化學化工學院；2. 廣西石化資源加工及過程強化技術重點實驗室；3. 廣西壯族自治區特種設備監督檢驗院)

目前，廣西境內已探明鋁土礦儲量7億t，遠景儲量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。如何開發利用這些資源，對促進廣西的經濟建設意義重大。隨著中鋁股份廣西分公司(平果)、廣西華銀鋁業(德保)、廣西信發鋁電(靖西)等氧化鋁生產線的建設及其技改工程的相繼建成投產，廣西目前氧化鋁的生產能力達到645萬t/a，約占國內氧化鋁產能的20%。為把桂西(百色)鋁工業基地建設成為中國最大最強的鋁工業基地，建設者們在氧化鋁的生產裝備上大力引進先進技術，裝備的大型化、高參數化及過程控制自動化等技術特征日益突出，對生產裝備尤其是特種設備的安全使用管理和安全檢驗檢測提出了更為嚴格的要求。

筆者旨在用模糊層次分析法(FAHP)多方面分析并比較檢驗模式的性能，全面評價并優選出一種合理的氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式來解決氧化鋁企業長周期、滿負荷特種設備的使用現狀，解決以往定期檢驗模式要求連續生產的大量壓力容器停止運轉導致成套生產裝置頻繁停車的難題。加之，由于以往檢驗模式的性能指標多且變化規律不一致，導致評價不準確。為解決此類問題，可以引用定性與定量結合的層次分析法(Analytic Hierarch Process，AHP)，通過按一定的評價準則對各方案進行綜合評估、排序與優選[1]；而模糊層次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP)則是對傳統層次分析法的改進[2，3]，在決策中引入模糊矩陣，進而轉化成模糊一致矩陣[4]，然后再對各方案進行總排序，計算出各排序的相對權重與總排序的權重，根據權重的大小，即可選出最優的檢驗方案。

1 模糊層次分析法的步驟

1.1 建立層次結構模型

在建立層次結構模型時，按不同屬性將檢驗模式分解組合成若干組，形成不同層次。按照最高層為目標層、中間層為準則層和最低層為方案層的方式排列。同一層作為準則，這一層對下層的元素起支配作用，同時它又受上一層元素的支配。因此用該方法可以對多目標問題進行評價與優選[4]。

1.2 建立模糊判斷矩陣

假定有元素a1，a2，…，an，且優先關系矩陣為F={fij，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n}。其中，fij表示元素ai、aj進行比較時，其具有的模糊關系的隸屬度，可用 0-1標度給予定量描述[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判斷矩陣計算對于上一層某元素而言，本層次與之有聯系的元素重要性的優先權重，它是對層次所有元素相對上一層而言的重要性進行排序的基礎。計算權重W的公式[5]：

(4)

1.5 層次總排序

(5)

其中，V為下層評價指標的綜合權重；Wj為上層指標的相對權重；W為下層指標的相對權重。各個方案的綜合評價用V的各個元素值的大小來排序，根據層次總排序向量，可選出最優的方案：A=max{V1,V2,…,Vn}。

2 檢驗模式的分類及特點

5種常規無損檢測為[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。廣西氧化鋁生產在役壓煮器都是厚壁容器，其定期檢驗方式主要應用：射線檢測、磁粉檢測與超聲檢測結合、超聲衍射時差法(Time of Flight Diffraction，TOFD)檢測[8～11]、超聲檢測和超聲衍射時差法檢測結合等4種檢驗模式。考察以往氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗的數據，以及考慮定期檢驗模式的性能指標，對廣西氧化鋁生產在役壓煮器的定期檢驗模式的特點列于表1[7,8]。

表1 定期檢驗模式的特點

根據氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式的性能指標，令：優為9、良為7、差為3，把表1中所提到的4種定期檢驗模式的特點定量化，其結果見表2。

表2 定期檢驗模式的定量化結果

3 優選在役壓煮器定期檢驗模式

3.1 建立優選定期檢驗模式的層次結構模型

針對合理的氧化鋁生產在役壓煮器檢驗模式的選型問題，結合定期檢驗模式的性能和檢驗達到的效果，對目前廣西氧化鋁在役壓煮器定期檢驗所采用的4種定期檢驗模式進行優選，考察6種特征準則對4種定期檢驗模式的關系，建立的層次結構模型如圖1所示。

圖1 優選在役壓煮器定期檢驗模式的層次結構模型

3.2 構建檢驗選型的模糊判斷矩陣

根據氧化鋁生產在役壓煮器的特點和氧化鋁生產企業的需要，以及檢驗所需達到的目的，檢驗指標的重要性排序為：安全性>檢出率>經濟性>精準性>難易度>耗時性。由式(1)可得檢驗選型的模糊判斷矩陣F為：

根據表2建立準則層到方案(即檢驗模式到檢驗模式的性能指標)的模糊矩陣：F1、F2、F3、F4、F5、F6。

3.3 構建選型的模糊一致矩陣

根據式(3)可得檢驗模式選型的模糊一致矩陣R為：

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

3.4 檢驗模式的層次單排序

根據式(4)求得檢驗模式選型的模糊一致矩陣R的權重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的權重分別為：

3.5 檢驗模式選型的層次總排序

由式(5)可以確定檢驗模式選型的層次總排序為：

最優定期檢驗模式A=max{V1,V2,V3,V4}=0.291，即UT+TOFD的綜合權重最大，所以廣西氧化鋁生產在役壓煮器最優的定期檢驗模式是UT+TOFD。4種定期檢測模式的選型相對優先順序為UT+TOFD>TOFD>UT+MT>RT。故在綜合考慮安全性、檢出率、經濟性、精準性、難易度、耗時性后，選擇氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式的時，優先選用UT+TOFD。UT+TOFD檢驗模式比傳統的定期檢驗更安全，更經濟，更省時。運用到氧化鋁生產企業年度設備維護時期進行檢測，不僅可以解決以往定期檢驗模式要求連續生產的大量壓力容器停止運轉，檢驗周期長、缺陷漏檢率高及檢驗費用高等難題；同時還可以提高氧化鋁生產溶出機組的運轉率，增加氧化鋁的產量，降低單位生產成本。

4 結論

4.1利用FAHP法建立廣西氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式的層次模型結構，計算相對權重與綜合權重，根據綜合權重的大小，選出了最優的廣西氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式為UT+TOFD。

4.2采用UT+TOFD作為廣西氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式，不僅可以克服檢驗周期長、缺陷漏檢率高、檢驗費用高等難題；還可以提高氧化鋁生產溶出機組的運轉率，增加氧化鋁的產量，降低單位生產成本，實現特種設備安全有效地在役檢驗。

4.3用FAHP選出的最優氧化鋁生產在役壓煮器定期檢驗模式可以推廣到其他化工、石油、制藥、食品及電力等行業的厚壁特種設備檢驗中，具有很好的經濟價值。

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