基于云推理的天然氣管道風險評估方法

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基于云推理的天然氣管道風險評估方法

在天然氣管道風險評估方法的相關研究中，由于缺少數據，以及事故因素的不穩定性，而只考慮到模糊性和隨機性，在某種程度上容易導致評估結果出現錯誤，從而影響評估結果的可靠性。同時，這些方法最后只會得出一個簡單的評估結果，不能解決天然氣管道中風險因素的模糊性和隨機性問題。為了解決這些問題，中國石油大學（北京）提出基于云推理的天然氣管道風險評估方法。該方法可描述隨機性和模糊性以及兩者之間的關聯性。正態云模型擴大了正態分布的形成條件，同時使正態隸屬函數反映隨機數的數學期望值。結合云推理方法、專家評分法和層次分析法對天然氣管道進行風險評估，對解決評估過程中定量描述和定性概念轉換時的模糊性和隨機性有很大幫助。

基于云推理的風險評估方法包含了多種事故影響因素，如第三方破壞、腐蝕破壞、誤操作因素、設計缺陷、生物侵蝕、老化因素等。該風險評估過程如圖9所示，首先，根據收集來的信息，建立天然氣管道的故障樹系統（FTA），該系統隨時進行更新。其次，計算風險因素的結構重要度、概率重要度和臨界重要度，根據計算結果，把每一項中的較大重要度選作評估指標，建立評估指標系統。第三，利用三級層次分析法確定評估指標的權重，然后利用逆向云發生器把專家評分轉換成評估指標的云特征值。第四，根據指標權重和云特征值，利用虛擬云算法得出計算出天然氣管道的風險等級。最后，結合使用正向云發生器和MATLAB軟件，直觀地顯示綜合云推理結果。

圖9 風險評估過程流程圖

為證明這種方法的可行性，科研人員對深圳福田區僑香路的一段天然氣管道做了實驗。該管道2004年正式運營，設計壓力0.8MPa，存在一定程度的腐蝕，管道直徑400mm，埋深1.8m，附近人口密度為1346/平方千米。由于管道埋于地下，未對管道實施任何保護措施，鑒于此情況，必須對管道進行風險評估，以避免重大事故的發生。根據收集來的信息，該管道共包含6個主要失效因素：第三方破壞、腐蝕破壞、誤操作因素、設計缺陷、生物侵蝕、老化因素。基于這些失效因素建立了天然氣管道的故障樹系統（FTA）。然后對三個重要指標的計算結果進行了對比，選出了高風險因素，確定了三級層次分析法評價指標系統。根據上面的層次分析模型，確定了評價指標權重，并分析了三級指標的數字特征，對該天然氣管道進行了綜合風險評估。通過評估結果得出，該實驗管道服役時間較長，存在中級風險。建議在管道未來運營中，加強管道檢測和維修，避免事故發生。

基于云推理的天然氣風險評估可實現定量描述和定性概念之間的不確定轉換，解決風險評估過程中的不確定性。本次研究中，結合故障樹系統和層次分析法確定了天然氣管道的評估指標系統。利用MATLAB軟件得出云滴圖（cloud drops chart），分析三級指標以及三級指標對二級指標的影響。此外，該風險評估系統還可識別影響天然氣管道的缺陷，直觀比較每個二級指標。利用專家評分法和層次分析法可確定指標權重，能有效減少人為因素對風險評估過程的影響。云模型可以模擬和修復大量的云滴樣本，并用云圖直觀地描述評估結果，還可很好地解決隨機和模糊問題，實現定量描述和定性概念之間的轉換，符合人們的邏輯推理思維。經驗證，云模型可用于天然氣管道，為風險管理提供決策支持。

孟芳芳 孫冰 源編譯自Journal of Natural Gas Science and Engineering, 02, 2016