基于層次分析法的某壓力管道連接方式選擇

車 剛

(泰安市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 泰安 271000)

0 引 言

壓力管道是油氣遠(yuǎn)距離輸送的主要方式，一般處于高壓的狀態(tài)下，工作跨度大，涉及多處管道連接點。通過管道連接不僅可以節(jié)約管道投入成本，更能保證整個系統(tǒng)的安全運行[1-3]。高壓管道的連接方式主要有法蘭連接和焊接連接兩種，但是在輸油管道連接方式的選擇上并沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。本文運用層次分析法建立一個有充分理論依據(jù)的評價模型，使壓力管道連接方式的選擇能夠有較強的理論基礎(chǔ)。

1 層次分析法

層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學(xué)運籌學(xué)家T. L. Satty于20世紀(jì)70年代初期提出的一種定性分析和定量計算相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法，其基本思想是先把復(fù)雜問題分解成各個組成因素，再把這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)，然后通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，最后綜合決策者的判斷，確定決策方案相對重要性的總的排序。運用AHP進(jìn)行決策時，大體可以分為如下4個基本步驟[4-5]。

1.分析評價系統(tǒng)中各基本要素之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。

2.對同一層次的各元素關(guān)于上一層中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗。

3.由判斷矩陣計算被比較要素對于該準(zhǔn)則的相對權(quán)重。

4.計算各層要素對系統(tǒng)目的(總目標(biāo))的合成(總)權(quán)重，并對各備選方案排序。

2 壓力管道連接方式評價模型

2.1 問題分析

壓力管道連接方式的考察因素有以下幾方面：

1.經(jīng)濟性。壓力管道涉及到大量的連接點，在滿足安全性的條件后，綜合考慮連接方式的經(jīng)濟性將會帶來更大的效益。

2.穩(wěn)定性。為了保證輸油過程的持續(xù)進(jìn)行，必須考慮連接方式的穩(wěn)定性，如強度等。

3.密封性。輸油管道內(nèi)介質(zhì)通常為石油或天然氣，若密封性不好，不僅會造成經(jīng)濟損失，嚴(yán)重時還會影響管路周圍環(huán)境。因此，在選擇管道連接方式時，必須考慮較好的密封性。

4.可維護(hù)性。管路連接在壓力管道中比較重要的就是方便拆卸、維修及更換，節(jié)約大量成本。因此，應(yīng)盡量選擇可維護(hù)性好的連接方式。

2.2 備選方案特征分析

方案一：焊接連接。管道焊接連接牢固、強度大；安全可靠、經(jīng)久耐用；接口密封性好，不易跑、冒、滴、漏；不需要接頭配件，造價相對較低；維修費用低。但是焊接連接受施工人員技術(shù)水平影響，質(zhì)量參差不齊，而且接口固定，檢修、更換不方便。

方案二：法蘭連接。法蘭連接方式廣泛應(yīng)用于石油、化工以及電力等工業(yè)領(lǐng)域。法蘭連接拆卸方便、強度高、密封性能好、使用較為方便。但是安裝時對法蘭的要求較高，法蘭的密封面不能碰傷，并且要清理干凈，其成本也相對較高。

2.3 遞階層次結(jié)構(gòu)的建立

連接方式選擇遞階層次結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 連接方式選擇遞階層次結(jié)構(gòu)Fig.1 Hierarchical structure of connection mode selection

2.4 建立各階層的判斷矩陣A

對同一層次的各要素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣。

2.5 計算相對權(quán)重

表1 判斷矩陣1

=4.068

=4.049

=4.033

=4.054

R.I.=0.89

同理可得表2、表3、表4和表5。

表2 判斷矩陣2Table 2 Judgment matrix 2

表3 判斷矩陣3

表4 判斷矩陣4Table 4 Judgment matrix 4

表5 判斷矩陣5Table 5 Judgment matrix 5

2.6 計算合成權(quán)重

表6 合成權(quán)重Table 6 Composite weight

3 結(jié)束語

從以上結(jié)果可以看出，在壓力管道的連接方式中，焊接連接要優(yōu)于法蘭連接。但是就層次分析法來說，首先，它是一種模擬人腦決策方式的方法，定性成分較多，而定量成分較少，因此不易令人信服。其次，如果指標(biāo)過多時，數(shù)據(jù)統(tǒng)計量和計算量將相當(dāng)龐大，且權(quán)重難以確定。因此，在完善壓力管道連接方式選擇的數(shù)學(xué)建模時，可考慮多種方法相結(jié)合，如博弈均衡算法等，優(yōu)勢互補，建立一個更有說服力的理論依據(jù)。