基于優序圖法和隸屬函數的燃氣管道腐蝕評價模型

李云云　李美瑩　王歡　申思　李康　李超

摘 要：城鎮燃氣管道作為市政管網的一部分，因其所處環境多樣，腐蝕因素復雜，腐蝕評價指標與等級分區存在隨機性和模糊性，目前基本采用半定量與定性的方法評價。研究通過大量文獻調研統計分析，選取對燃氣管道腐蝕影響較大的8個因素作為評價指標，并按照8級事故體系將事故后果分為由弱到強八個等級。在指標權重計算中通過專家打分，選用優序圖法進行權重計算，并用模糊綜合評價法建立腐蝕風險評價模型。運用此模型對國內6～8月燃氣事故和文獻地區埋地燃氣管道進行腐蝕風險評價，結果與案例結果吻合，表明此模型在燃氣管道風險評價的適用性。

關鍵詞：優序圖法；三角隸屬函數；八級事故等級；風險評價；燃氣管道腐蝕

中圖分類號：TE973.6;TQ055.8+1文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）06-0000-00

A corrosion evaluation model for gas pipeline based on priority graph method and membership function

LI Yunyun1，LI Meiying1，WANG Huan1，SHEN Si1，LI Kang2，LI Chao3

（1.Xian Siyuan University，Xian 710038，? China;2.Shaanxi Safety Production Science and Technology Co.， Ltd.，Xian 710065，China;3.Pipeline Department of China National Petroleum Corporation Qinghai Oilfield Branch，Haixi 816000， Qinghai China）

Abstract：As a part of the municipal pipeline network，urban gas pipelines are generally evaluated using semi quantitative and qualitative methods due to their diverse environment，complex corrosion factors，and randomness and fuzziness in corrosion evaluation indicators and grade zoning.Through extensive literature research and statistical analysis，the paper selects 8 factors that have a significant impact on gas pipeline corrosion as evaluation indicators，and divides the accident consequences into eight levels from weak to strong according to the eight level accident system.In the calculation of indicator weight，expert scoring is used，and the priority chart method is selected for weight calculation. A corrosion risk assessment model is established using the fuzzy comprehensive evaluation method.Using this model to evaluate the corrosion risk of buried gas pipelines in domestic gas accidents from June to August and literature areas，the results are consistent with the case results，indicating the applicability of this model in gas pipeline risk assessment.

Key words：priority graph method，trigonometric membership function，8 levels accident grade，risk evaluation，gas pipeline corrosion

住建部的一項數據顯示，截止到2021年我國燃氣普及率已達97.9%。2021年中國天然氣消費量達到3 670.6億m3，同比增長12.7%［2］。其中，城鎮燃氣消費增長成為推升天然氣消費量的最大動力，貢獻了超六成的增量。

與此同時，由于燃氣屬于易燃易爆氣體，且管道常埋于地下，發生腐蝕泄漏事件具有隱蔽性，發現具有滯后性，泄漏氣體極易積聚達到爆炸極限，加之燃氣管道通常要經過居民區，發生爆炸事件的后果復雜難測，因此對燃氣管道開展腐蝕風險評價工作具有重要意義［3］。城鎮燃氣管道評價比長輸管線略有不同，目前國內外研究學者做了大量的工作。

采用改進的AHP確定各指標權重，用模糊綜合評價法建立腐蝕風險評價模型［4］。將影響燃氣管道腐蝕的因素分為5個一級指標和7個二級指標，采用改進AHP法，編制燃氣管道腐蝕分級評價軟件［5］。結合數理統計與運籌學相關理論與方法確定燃氣管道腐蝕指標權數，建立了多因素影響下燃氣管網的安全評價模型［6］。利用客觀熵權法與專家經驗GI法組合權重，引入云模型，建立風險評價模型［7］。將粗糙集算法、熵權計算法、集對理論分析法引入油氣管道土壤腐蝕分級評價中，利用RS預處理數據、EW確定指標權重、SPA量化數據，建立分級評價RS-EW-SPA模型［8］。結合事故樹理論，采用粗糙集理論對埋地管道腐蝕因素進行選擇，提取出影響管道腐蝕的主要因素并進行重要度排序［9］。

對聚乙烯燃氣管道施工管理因素進行歸類分級和模糊分級，采用多級模糊分級評價法，建立聚乙烯燃氣管道施工完整性管理體系［10］。對城市燃氣管網評價模型各項指標進行組合賦權從而對管段風險進行定量分析［11］。改進AHP及熵權法確定權重，建立了二維云模型的天然氣管道風險評價方法［12］。

在對管道腐蝕失效風險評價時，為使得影響因素的權重確定更合理［13］，也為了避免研究者常用的AHP法、熵權法、云模型等計算復雜，難于操作的缺點。計算權重時采用適用多因素影響的簡便易算的優序圖法，優序圖計算較為簡單，較多指標時使用得到的權重結果更為可靠。采用模糊綜合評價時，為了使評價結果更精細，摒棄5級等級，采用8級事故分級體系進行模糊評判。

1 計算方法與建立模型

1.1 基于優序圖法的因素權重確定

（1）選定指標。

一般選擇對目標影響較大的指標參加評分，以保證全面地反映各因素的情況；

（2）確定各項指標的評分標準。

一般采用5級評分，影響最大為5分，最小為1分。以m個專家打分樣本為行，n個評價指標為列。

1個專家樣本為1行，1個計算權重的指標占1列數據即可；

1.2.2 事故后果等級評語和劃分標準

事故后果等級評語集是對Ui可能引發各種事故后果的集合，用V表示。事故后果評價等級劃分的粗細，與評價結果的可靠性正相關，但計算量也會變大［16］。本文采用8級事故等級劃分標準，相應的V有8個元素，分別表示危險等級由非常低到非常高［17］。Ui的風險等級劃分標準如表1所示。

E中最大值為0.142 299，處于第4、第5位置，由最大隸屬度原則和風險就高原則，對U的評價等級為五級，這與理論結果一致。

每年6～8月是燃氣事故高發期，本文統計了2022年6月至8月的中國燃氣事故及其傷亡情況。6～8月份全國共發生24起燃氣安全事件，其中事故后果為五級的就有11起，占據最多頻次，模型與實際相符。說明該模型有良好的匹配性。

2 模型測驗

參照文獻[9]中的北京市某地區埋地燃氣管道工程案例的現場檢測報告和管道歷史數據，進行模型測驗。

2.1 權重計算

為避免評價過程的主觀性，邀請相關領域的9位專家組成評分小組對黃爽論文中的北京某地區燃氣管道的8個一級指標對目標的影響因素進行打分，包括1名博導、1名碩導、3名博士、1名高工、3名工程師，結果如表3所示。

按照該方法及步驟，確定評價目標為城市燃氣管網腐蝕失效可能性U；然后選定對目標有影響的主要因素包括：土壤腐蝕性、雜散電流腐蝕、微生物腐蝕、防腐層質量、陰極保護效果、管段壁厚、質量監管、服役時長。將其分別用U1，U2，…，U8表示；最后通過專家打分，得到各種因素的重要性分數。

2.2 埋地燃氣管道模糊綜合評價

根據優序圖法求得8個指標權重（式2-1）和式1-5、1-6、1-7，對選定的8個腐蝕影響因素進行模糊綜合評價，得到燃氣管道腐蝕風險的模糊綜合評價結果E［20］。

E=（E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8）=（0.110 005，0.129 393，0.140 255，0.143 743，0.143 325，0.130 366，0.114 266，0.091 648）

根據最大隸屬度原則，文獻[15]中工程案例地區燃氣管道腐蝕風險評價結果為四級或五級，結合事故就高原則，取五級，中等風險，新建模型評價結果與文獻[15]利用改進AHP的結果高度吻合。

3 結語

（1）優序圖法確定比較多因素權重更加可靠，過程簡潔。模糊綜合評價能客觀反映埋地燃氣管道腐蝕因素指標的模糊性，為使這種模糊性刻畫更準確，對隸屬度函數進行了選擇。二者結合使用，盡可能避免了主觀判斷造成的誤差，使評價結果更合理、客觀；

（2）燃氣管道腐蝕風險評價指標的建立基礎是查閱大量文獻總結泄漏原因并分析得到的，將優序圖法和模糊綜合評價方法相結合，建立了燃氣管道腐蝕風險評價模型；

（3）建立的新模型對2022年6～8月燃氣事故高發期的事故進行統計對比，對文獻[15]中某工程所建燃氣管道進行模擬評價，新模型結果與事故實況和文獻[15]中案例結果一致，驗證了該模型的可用性。

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收稿日期：2023-01-18；修回日期：2023-05-16

作者簡介：李云云（1989-），女，碩士，工程師，研究方向：城市燃氣管道及管網；E-mail：814315562@qq.com。

基金項目：西安思源學院校基金青年項目（項目編號：XASYQN-B2104）。

引文格式：李云云，李美瑩，王 歡，等.基于優序圖法和隸屬函數的燃氣管道腐蝕評價模型[J].粘接，2023，50（6）：12-16.