模糊綜合評價法在往復泵安全評價中的應用

羅通元（中國石油大學機械與儲運工程學院，北京 102249）

模糊綜合評價法在往復泵安全評價中的應用

羅通元（中國石油大學機械與儲運工程學院，北京 102249）

往復泵系統是非常復雜而風險很高的動力系統，有必要對往復泵運行過程中的安全狀況進行評價，以控制降低事故風險。筆者將優序圖法與模糊綜合評價法相結合，建立起基于優序圖-模糊綜合評價法的安全評價模型。根據往復泵自身結構特點，針對運行過程中的諸多不安全因素，建立起安全評價指標體系，通過優序圖法確定了各因素權重值，利用模糊綜合評價對往復泵系統進行了安全評價，得出評價等級。結果表明：該方法操作方便、評價效果準確可信，可在往復泵系統中應用推廣。

往復泵系統評價指標體系優序圖模糊綜合評價安全評價

往復泵系統在油田應用非常廣泛，油田注水采油系統中動力系統中使用的高壓注水泵就是一個重點監控對象。隨著油田開采進入中后期，因地質條件劣化或油層壓力降低而產生油田開發速度下降、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，而高壓往復注水泵是往復泵產品中使用工況很苛刻的油田設備，高壓注水泵機組的正常運行對于注水作業非常重要，機組的任一部件的發生故障時就得停機修理。需要投入人力、物力和財力，同時油井停產造成的損失也是非常大的。事實上，往復注水泵系統是一個非常復雜的系統，其安全問題涉及到諸多方面，往往要考慮各指標的相對重要性，通過綜合評價來確定影響系統運行的重要因素同時采取預防措施是非常重要的。

目前，針對往復泵單一裝置的安全評價應用較少，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用于化工系統非常普遍，但是涉及人員、環境、裝置及社會影響各方面的的評價卻很少，這些針對企業內部的評價方法也很少對裝置進行關注［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的各個因素，對其做出合理的綜合評價。它以隸屬函數為橋梁，將不確定性在形式上轉化為確定性［2］。通過對系統進行全方位考察，綜合得出系統的安全等級及對系統影響最大的指標因素，幫助人們針對性改善系統安全水平；優序圖作為一種簡單高效的權重計算方法，能很好的表示各因素相對上層指標的權重關系，同時與模糊綜合評價法相結合能準確的對系統進行等級評價。

1 評價方法介紹

1.1 優序圖法

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

1.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是應用模糊關系合成的原理，從多個因素對評判事物隸屬度等級狀況進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個評價指標的評價對象U=｛u1，u2，…un｝，通過隸屬函數映射到對指標有m種評語的評價集V=｛v1，v2，…vm｝上，構成模糊矩陣R。再將n個指標的模糊權重向量與R進行模糊合成運算就得出了評價集上的綜合權重向量B。再建立好評價指標體系后就可以進行模糊綜合評價了，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果為元素組成的集合，U=｛u1，u2，…，um｝，它是一個由評價指標組成的指標集，ui（i=1，2，…m）是評判指標；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 確定評價指標體系的權重集A=｛a1，a2，…，am｝，是一個表示各個指標在指標體系中重要程度的集合，其中ai＞0，權重是歸一化的。

1.2.3 模糊隸屬度矩陣

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

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

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

2 實例分析

2.1 確定評價指標集及評語集

以某油田往復注水泵為研究對象，分析往復泵系統特點及結構，對往復泵進行安全評價。往復泵系統安全評價指標體系如圖1所示。

圖1 往復泵系統安全評價指標體系

2.2 計算指標權重

優序圖法提供了指標權重的簡便而高效的計算方法，在構建兩兩比較矩陣時，通過40位專家打分確定各層指標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。通過優序圖構建兩兩比較矩陣，進行一致性檢驗并調整歸一化后得出判斷矩陣，同理也可以構建出準則層4個指標的判斷矩陣，矩陣構建及權重計算結果見表1和表2所示。

表1 優序圖構建的判斷矩陣

表2 各指標權重計算結果

2.3 構造模糊評價矩陣

由專家打分確定指標層18個因素等級矩陣，本文采用5等級標度來表達安全等級，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來定性表示風險等級大小，即v1=1、v2=2、v3=3、v4=4、v5=5。根據模糊數學中的半梯形分布函數計算隸屬度，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）計算出各指標的模糊隸屬度值［8］。為準則層下18個因素所構建的4個模糊關系矩陣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重向量，先由Aij（i=1，2，3，4；j=1，2，3，4，5，6）與Ri進行模糊關系合成運算，求得權重向量Bi后再組成模糊關系矩陣R與權重Ai合成運算，最終得到綜合評價向量B，結果見表3所示。

表3 模糊綜合評價結果

3 結果討論

從綜合隸屬度向量中根據“最大隸屬度”原則可知，往復泵的安全等級為4級“較安全”級別狀況。說明該泵系統目前運行狀態較符合安全要求，繼續保持現有安全監測及操作要求即可。從權重分配情況看，人員操作和環境影響占總權重的51%，這兩個因素對往復泵的安全狀態影響較為顯著和突出，在運行期間要重點對人員及環境進行監護評估。

4 結語

優序圖與模糊綜合評價法結合對往復泵系統進行安全評價具有簡單準確高效的特點，從現場應用方面來講可以更好的為設備維護人員提供參考依據，幫助他們進行維護和安全分析。對于往復泵這樣復雜重要的設備系統，通過模糊綜合評價還可以系統化的了解設備結構、狀態和防護措施，得到的安全評價等級可以為設備壽命預測提供參考。在量化安全狀態時關鍵要正確建立指標體系，將主觀和客觀評價中很好的統一起來，反映了往復泵系統的安全狀態，評價結果對于往復泵的安全運行具有重要意義。

［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安全評價研究［J］.中國安全科學學報，2008，08：125-130.

［2］沈進昌，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用［J］.模糊系統與數學，2012，06：115-123.

［3］豐樸春，陳大勇，楊蕾馨.優序圖法在投標項目選擇中的應用研究［J］.價值工程，2011，28：62-63.

［4］夏萍，汪凱，李寧秀，吳大嶸.層次分析法中求權重的一種改進［J］.中國衛生統計，2011，02：151-154+157.

［5］李洪興，汪培莊.模糊數學［M］.北京：國防工業出版社，1994.

［6］吳麗萍.模糊綜合評價方法及其應用研究［D］.太原理工大學，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.模糊數的隸屬度區間分布函數［J］.重慶理工大學學報（自然科學版），2011，01：107-112.

分子篩再生時，再生氣進出口溫度變化曲線，如下圖：

4 結語

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用的分子篩脫水工藝以及相關的參數控制要點，并介紹了分子篩脫水工藝在泰安LNG工廠的應用，希望可以為國內LNG工廠的建設和運行提供參考和幫助。

參考文獻：

［1］胡耀強，何飛，韓建紅.天然氣脫水技術化學工程與裝備2013年3月.

［2］陳召財.分子篩脫水工藝分析與比較.化學工程與設備.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運行部主任，負責泰安60萬噸/年LNG國產化研發項目工藝裝置運行管理。

孫常梅就職于泰安昆侖液化天然氣有限公司，擔任設備工程師職務，曾參與泰安60萬噸/年LNG裝備國產化研發項目前期籌建和建設管理工作。