戴 光，苗婷婷，趙俊茹

(東北石油大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江大慶 163318)

0 引言

管道風(fēng)險評分法是目前較為完整與系統(tǒng)的一種風(fēng)險評價方法［1］。該方法由美國學(xué)者肯特提出，主要將影響管道的失效因素劃分為第三方損壞、腐蝕、設(shè)計因素、誤操作四大方面，同時這四方面又分別細(xì)化分了幾方面影響因素，并按照一定規(guī)則對細(xì)化因素進行了逐項評分［2］，將各分值相加得到影響因素的指數(shù)和，指數(shù)和的大小與管道的危險性成反比［3］，最后根據(jù)求得的指數(shù)和與泄漏沖擊指數(shù)計算出相對風(fēng)險數(shù)，通過相對風(fēng)險數(shù)對管道的風(fēng)險狀況進行風(fēng)險評價［4］。在管道風(fēng)險評分法中，各因素權(quán)重是相同的，而管道實際情況卻是復(fù)雜多變的，因此各因素對管道風(fēng)險影響程度不同，導(dǎo)致評價結(jié)果的準(zhǔn)確性有所下降［5］，所以有必要對管道風(fēng)險評分法作適當(dāng)?shù)母倪M，確定各因素在影響管道失效中所占的比重，使其更真實地反映出管道所具有的風(fēng)險。為此將熵權(quán)理論應(yīng)用到管道風(fēng)險評分法中，通過計算事故因素熵權(quán)值的大小進行風(fēng)險排序，得出各個事故因素在整個管道系統(tǒng)事故因素中所占比例的大小，這樣得出的風(fēng)險數(shù)值所反映管道的風(fēng)險情況更為真實、合理。

1 基于熵權(quán)理論的管道風(fēng)險評分法的研究

1.1 熵權(quán)理論的數(shù)學(xué)模型

德國物理學(xué)家克勞修斯最早提出了熵的概念，隨后熵這一概念被廣泛應(yīng)用于各方面［6］。在信息論里，熵表示出了信息的價值，它反映了信息的多少及其對系統(tǒng)的影響，這為人們在判斷決策過程中提供了重要信息［7］。它依據(jù)各因素的樣本數(shù)據(jù)，通過計算其熵權(quán)值的大小，來判斷各因素對系統(tǒng)的影響程度。如果一個因素提供給決策者的有用信息較大，對系統(tǒng)影響也較大，那么由此得出的權(quán)值也較大［8］;反之則較小。因此，在改進的管道風(fēng)險評分法中，應(yīng)用熵權(quán)值來確定各風(fēng)險因素的權(quán)重。

(1)對m個管段的n個因素進行專家打分，則xij為第i個管段的第j個因素的打分值(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)。

(2)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

為消除量綱影響，對數(shù)據(jù)要進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，其標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下:

(3)求因素熵Hj。

其中:

(4)求熵權(quán)。

且有:

1.2 基于熵權(quán)理論的管道風(fēng)險評分法的評價步驟

由于管道風(fēng)險評分法中4類因素所占比重相同，而管道環(huán)境復(fù)雜各異，這樣的比重分配會直接影響管道風(fēng)險評價的準(zhǔn)確性，影響管理者對后續(xù)部分管道維修和防護的決策?；陟貦?quán)理論的管道風(fēng)險評分法更加科學(xué)合理地確定出各因素所占權(quán)重，符合管道實際風(fēng)險評價過程。把熵權(quán)理論引入管道的風(fēng)險評分法中，其步驟如下:

(1)管道分段。根據(jù)對管道的歷史維修記錄的研究以及對其沿途環(huán)境的實地考察分析，將管道適當(dāng)分段［9－11］。

(2)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，采集的數(shù)據(jù)，將所分的各管段進行專家評分。

(3)計算各事故因素的熵權(quán)值。根據(jù)式(2)，(3)中Hj與wj的計算公式，分別計算各事故因素所對應(yīng)的熵權(quán)值，并對其進行排序，了解各因素對管道的影響程度。

(4)根據(jù)權(quán)重調(diào)整各因素的風(fēng)險評分，計算各因素的最后得分，其計算公式如下［12］:

式中 Pj——改進后的第j項因素得分

rj——原風(fēng)險評分法中第j項因素的得分

(5)根據(jù)新的各因素所得分，計算新的指數(shù)和。

(6)計算各管段的相對風(fēng)險值。

本方法只對原管道評分法權(quán)重做出合理的改進，其評價原理沒有改變，因此其最終指數(shù)和仍然在0～400分之間，最后再與泄漏沖擊指數(shù)結(jié)合，得到最終的相對風(fēng)險值。該方法易于實現(xiàn)，且能較好地反映出管道的真實風(fēng)險程度。

2 基于熵權(quán)理論的管道風(fēng)險評分法的應(yīng)用

2.1 北一線輸油管道概況

以北一線輸油管道為例，此管道已服役42年，只有兩座輸油站，即首站北油庫和末站南三油庫。全程無閥室，在距離北油庫4 km處有1個閥門。全程穿越公路6條、鐵路1條、河流1條。自運行以來管線均未做過內(nèi)檢測。

北一線輸油管道沿線情況較為復(fù)雜，管道總體走向為由西向東，沿途多為農(nóng)舍草地，同時途經(jīng)高壓桿附近以及人口密集處。

2.2 北一線管道的風(fēng)險評估

通過對管道的概況仔細(xì)研究以及對其沿途環(huán)境的實地考察分析，把管道劃分為9個管段，并通過現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)據(jù)采集、對9個管段的4個事故因素下的各次級因素進行逐級評分，最后整理出這四類事故因素中每項因素最終的得分，同時采用了評分法計算此時的相對風(fēng)險值，其結(jié)果如表1所示。

表1 原始評分法各管段指數(shù)和

首先，根據(jù)式(1)將數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理后的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)

然后，根據(jù)式(2)計算出各指標(biāo)對應(yīng)的因素熵為:H1=0.895507，H2=0.782485，H3=0.924577，H4=0.956543;按照式(3)計算得出各熵權(quán)值為:第三方破壞權(quán)重w1=0.237005、腐蝕權(quán)重 w2=0.493357、設(shè)計權(quán)重 w3=0.171071、誤操作權(quán)重w4=0.098567。通過計算可知，在北一線管道中，腐蝕因素對管道影響最大;其次是第三方破壞、設(shè)計;而誤操作對管道影響最小。由北一線輸油管道的概況可知，其途經(jīng)多處草地、水泡，因此其管道腐蝕情況較重，同時其途經(jīng)多處村屯，人口較密集，因此第三方的破壞因素對其影響也較大。鑒于北一線注重于員工的風(fēng)險培訓(xùn)，因此其誤操作因素影響較小，由此可知新方法確定的權(quán)重符合管道實際情況。

最后，根據(jù)新的權(quán)重值重新計算了指數(shù)和，并計算了各管段相應(yīng)的相對風(fēng)險值，其結(jié)果如表3所示。

根據(jù)結(jié)果繪制兩種方法的相對風(fēng)險值柱形圖，如圖1所示。

表3 調(diào)整權(quán)重后各指數(shù)和

圖1 各管道相對風(fēng)險值

管道風(fēng)險與相對風(fēng)險數(shù)的數(shù)值成反比，即當(dāng)管道的相對風(fēng)險數(shù)值較高時，表明管道的風(fēng)險較低，管道的運行狀況較好，較安全。從圖1中可以看出，改進的評分方法計算的風(fēng)險值與原評分法計算的風(fēng)險值相近，但均略有下降，根據(jù)文獻［9］中管段風(fēng)險劃分的原則可知，管段 1，2，6，8，9 相對風(fēng)險系數(shù)較低，屬高風(fēng)險管段;管段3，4，5，7相對風(fēng)險系數(shù)較高，屬中等風(fēng)險管段［13］;新的管段的風(fēng)險排序為:6＞1＞9＞8＞2＞4＞3＞5＞7，同時，通過圖1相對風(fēng)險值的對比可知，計算后的相對風(fēng)險值均有所降低，且對于中等風(fēng)險的3，4，5，7管段其值降低相比較大，表明管段的實際風(fēng)險較大。

鑒于新方法中對管道的風(fēng)險因素在結(jié)合管道實際情況下，進行了權(quán)重確定，而非原評分法的對風(fēng)險因素權(quán)重均等的處理，因此其表明的風(fēng)險狀態(tài)更加接近實際風(fēng)險狀態(tài)，同時明確化的權(quán)重有助于管道管理者更加準(zhǔn)確地了解管道失效的主要因素，有針對性地根據(jù)各因素造成的影響程度，采取相應(yīng)的維修保護等措施對管道進行管理，保障管道的安全，延長管道的壽命。

3 結(jié)語

對管道現(xiàn)場情況復(fù)雜多變的問題，采用風(fēng)險評分法對其進行風(fēng)險評價時各事故因素應(yīng)用的權(quán)重相同，不能很好地反映出管道的真實風(fēng)險狀態(tài)，針對風(fēng)險評分法的這一缺點，對其進行了改進，引入了熵權(quán)理論對其各事故因素重新確定了權(quán)重，明確了各因素對管道的影響程度。該方法在北一線輸油管道中進行了應(yīng)用，結(jié)果表明由此得出的新的指數(shù)和更為合理，有利于管理者對管道進行維護和管理。

［1］ 丁明江，吳長春.專家評分法在油氣管道風(fēng)險分析中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2004，23(1):10－11.

［2］ 楊林娟，沈士明.天然氣配氣管網(wǎng)定量風(fēng)險分析［J］.壓力容器，2007，24(9):29 －34.

［3］ 唐寅超，張陽，史寶成.管道風(fēng)險評價方法比較及改進［J］.內(nèi)江科技，2010，12(12):18 －19.

［4］ 趙俊茹，戴光，張穎，等.管道風(fēng)險評分法及在輸油管道中的應(yīng)用［J］.壓力容器，2007，24(9):35 －38.

［5］ 謝麗婉.基于模糊綜合評價的聚乙烯(PE)管道安全預(yù)警程序［J］.壓力容器，2012，29(2):67－71.

［6］ 張俊，張彼德，敬海兵.基于熵權(quán)理論和灰色評估理論的變壓器絕緣狀態(tài)評估方法［J］.電氣開關(guān)，2012(2):24－25.

［7］ 李佑蓮，謝大勇.熵權(quán)理論在工程投標(biāo)項目決策中的應(yīng)用［J］.基建優(yōu)化，2007，28(2):32 －34.

［8］ 邱菀華.管理決策與應(yīng)用熵學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002:46－47.

［9］ 嚴(yán)大凡，翁永基，董少華.油氣長輸管道風(fēng)險評價與完整性管理［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:164－171.

［10］ 方華燦.油氣長輸管線的安全可靠性分析［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002:25－67.

［11］ 孫海疆，偶國富，肖定浩，等.煤液化多相流輸送彎管沖蝕磨損數(shù)值研究［J］.流體機械，2013，41(8):45－47.

［12］ 趙俊茹，戴光，劉冬妹，等.基于灰色理論的管道風(fēng)險評分法的研究及應(yīng)用［J］.壓力容器，2010，27(5):51－53.

［13］ 楊嘉瑜，張德彥，李欽華.管道風(fēng)險管理手冊［M］.北京:中國石化出版社，2005:123－125.