基于多層次模糊分析法的輸油泵機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)研究

姚 森 戴興正 蔡 亮 王 雷

（1.國家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲運(yùn)有限責(zé)任公司滄州輸油處，河北 滄州 061000；2.中油國際管道有限公司，北京 100029；3.中航油京津冀物流有限公司，天津 300300；4.中國石油華北油田公司華港燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司，河北 任丘 062552）

0 引言

輸油泵機(jī)組是石油儲運(yùn)過程中最重要的動設(shè)備之一，其運(yùn)行穩(wěn)定性是保證油氣安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前，各油氣站場內(nèi)由于工藝流程、投產(chǎn)時(shí)間不盡相同，在役輸油泵機(jī)組的設(shè)備型號和質(zhì)量性能差異較大，故障率在10%～20%之間，且維修轉(zhuǎn)動類設(shè)備需要專業(yè)技術(shù)人員，維修費(fèi)用昂貴。因此，需要及時(shí)識別輸油泵機(jī)組的風(fēng)險(xiǎn)源，構(gòu)建多層次模糊評價(jià)體系對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評價(jià)，將事后維修改為事前處理，制定有針對性的風(fēng)險(xiǎn)減緩措施，為油氣站場的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

1 多層次模糊評價(jià)法

多層次模糊評價(jià)法是將層次分析法和模糊評價(jià)法相結(jié)合，兩種方法均屬基于定量的多目標(biāo)決策評價(jià)方法，可對復(fù)雜系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)進(jìn)行分類評價(jià)，同時(shí)可在子系統(tǒng)評價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上對上級系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)，為多層次、復(fù)雜化、多變量的問題提供解決方案。

1.1 建立評價(jià)指標(biāo)體系和評語集

根據(jù)輸油泵機(jī)組的出廠檢驗(yàn)文件、運(yùn)行維護(hù)記錄、維修保養(yǎng)記錄和其余歷史統(tǒng)計(jì)資料，按照泵的組成分為轉(zhuǎn)子、滾動軸承、滑動軸承和葉輪四部分，根據(jù)子系統(tǒng)的故障原理和機(jī)理，構(gòu)建二級故障模式，如圖1所示。根據(jù)失效可能性定義評語集，劃分為（非常低，低，中，高，非常高）5個等級。

圖1 輸油泵機(jī)組故障評價(jià)指標(biāo)體系

1.2 構(gòu)建判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

不同故障模式對泵機(jī)組的影響程度不同，應(yīng)根據(jù)故障模式特點(diǎn)確定指標(biāo)權(quán)重，選取具有工藝、設(shè)備、振動等方面的專家，按照1-9標(biāo)度法對各層次指標(biāo)的失效可能性進(jìn)行賦值，用判斷矩陣A反映每兩個指標(biāo)之間的相對重要性：

由于借助專家判斷將定性問題轉(zhuǎn)為定量化，主要依靠專業(yè)判斷和個人經(jīng)驗(yàn)，故需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。在此采用特征根法計(jì)算判斷矩陣的特征根λ，滿足Aω=λω，其最大特征根為λmax，特征向量為ω，進(jìn)行一致性指標(biāo)CI和一致性比例CR檢驗(yàn)：

式中：n為判斷矩陣的階數(shù)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值如表1所示。

表1 RI取值

CR值越大，說明判斷矩陣偏離一致性的程度越大，反之說明判斷矩陣的一致性越好。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要專家重新進(jìn)行打分，調(diào)整判斷矩陣。將特征向量ω進(jìn)行歸一化處理，得到各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3 建立隸屬度矩陣

采用專家分析方法按照劃分的評語集對每個指標(biāo)進(jìn)行打分，根據(jù)API581和GB/T 26610.4中關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的要求確定隸屬度矩陣R：

式中：rij為第i個指標(biāo)關(guān)于第j個評語集的隸屬度，其中i=1，2，…，n；j=1，2，…，k。

1.4 模糊綜合評價(jià)

按照層次分析模型自下而上計(jì)算各層的綜合評價(jià)向量B：

由于B的計(jì)算結(jié)果為一個向量，按照最大隸屬度原則可以得到評價(jià)結(jié)果，但無法對結(jié)果進(jìn)行定量分析，故定義等值化向量C=（20，40，60，80，100），計(jì)算D=B×CT得到綜合評價(jià)結(jié)果。

2 實(shí)例分析

選取某聯(lián)合站的輸油泵機(jī)機(jī)組進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，建立判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其中滑動軸承部分的結(jié)果如表2所示。

表2 滑動軸承故障判斷矩陣

經(jīng)計(jì)算所有的判斷矩陣均滿足一致性檢驗(yàn)，二級故障模式指標(biāo)的權(quán)重向量分別為：

因此，一級故障模式的指標(biāo)權(quán)重為Wi'=（0.4231，0.2272，0.2272，0.1225）。根據(jù)權(quán)重，可知影響輸油泵機(jī)組運(yùn)行的主要風(fēng)險(xiǎn)集中在轉(zhuǎn)子上，其中轉(zhuǎn)子不平衡、不對中是導(dǎo)致泵機(jī)組失效的主要原因，不平衡導(dǎo)致零部件局部損傷并發(fā)生振動，不對中分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生錯位和變形，兩種故障模式均會造成故障停機(jī)，與現(xiàn)場實(shí)際工況相符。

選取專家按照評語集對失效可能性進(jìn)行打分，以U11為例，當(dāng)40%的專家認(rèn)為失效可能性非常低，60%的專家認(rèn)為失效可能性低時(shí)，有隸屬度矩陣[0.4，0.6，0，0，0]，因此得到U1的評價(jià)矩陣，按照式（6）計(jì)算U1的一級指標(biāo)評價(jià)集為：

綜合評價(jià)向量：

D=B×CT=45.267。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該輸油泵機(jī)組的失效可能性在低和中之間，且靠近低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，安全性能有待加強(qiáng)。

3 結(jié)語

（1）通過多層次分析法，構(gòu)建了輸油泵機(jī)組故障評價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)權(quán)重計(jì)算結(jié)果可知，影響輸油泵機(jī)組運(yùn)行的主要風(fēng)險(xiǎn)集中在轉(zhuǎn)子上，其中轉(zhuǎn)子不平衡、不對中是導(dǎo)致泵機(jī)組失效的主要原因；

（2）該評價(jià)方法依賴專家判斷，今后可嘗試與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、熵權(quán)法等客觀賦權(quán)法相結(jié)合，提高評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性。