羅通元（中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249）

模糊綜合評(píng)價(jià)法在往復(fù)泵安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

羅通元（中國(guó)石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249）

往復(fù)泵系統(tǒng)是非常復(fù)雜而風(fēng)險(xiǎn)很高的動(dòng)力系統(tǒng)，有必要對(duì)往復(fù)泵運(yùn)行過(guò)程中的安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以控制降低事故風(fēng)險(xiǎn)。筆者將優(yōu)序圖法與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合，建立起基于優(yōu)序圖-模糊綜合評(píng)價(jià)法的安全評(píng)價(jià)模型。根據(jù)往復(fù)泵自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的諸多不安全因素，建立起安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)優(yōu)序圖法確定了各因素權(quán)重值，利用模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)往復(fù)泵系統(tǒng)進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，得出評(píng)價(jià)等級(jí)。結(jié)果表明：該方法操作方便、評(píng)價(jià)效果準(zhǔn)確可信，可在往復(fù)泵系統(tǒng)中應(yīng)用推廣。

往復(fù)泵系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系優(yōu)序圖模糊綜合評(píng)價(jià)安全評(píng)價(jià)

往復(fù)泵系統(tǒng)在油田應(yīng)用非常廣泛，油田注水采油系統(tǒng)中動(dòng)力系統(tǒng)中使用的高壓注水泵就是一個(gè)重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。隨著油田開(kāi)采進(jìn)入中后期，因地質(zhì)條件劣化或油層壓力降低而產(chǎn)生油田開(kāi)發(fā)速度下降、采收率下降、效益下降等一系列問(wèn)題，油田注水的壓力也越來(lái)越大，而高壓往復(fù)注水泵是往復(fù)泵產(chǎn)品中使用工況很苛刻的油田設(shè)備，高壓注水泵機(jī)組的正常運(yùn)行對(duì)于注水作業(yè)非常重要，機(jī)組的任一部件的發(fā)生故障時(shí)就得停機(jī)修理。需要投入人力、物力和財(cái)力，同時(shí)油井停產(chǎn)造成的損失也是非常大的。事實(shí)上，往復(fù)注水泵系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其安全問(wèn)題涉及到諸多方面，往往要考慮各指標(biāo)的相對(duì)重要性，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定影響系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素同時(shí)采取預(yù)防措施是非常重要的。

目前，針對(duì)往復(fù)泵單一裝置的安全評(píng)價(jià)應(yīng)用較少，主要的評(píng)價(jià)方法：安全檢查表、事故樹(shù)分析法、危險(xiǎn)性和可操作研究等方法應(yīng)用于化工系統(tǒng)非常普遍，但是涉及人員、環(huán)境、裝置及社會(huì)影響各方面的的評(píng)價(jià)卻很少，這些針對(duì)企業(yè)內(nèi)部的評(píng)價(jià)方法也很少對(duì)裝置進(jìn)行關(guān)注［1］。

模糊綜合評(píng)價(jià)方法是利用模糊線(xiàn)性變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，對(duì)其做出合理的綜合評(píng)價(jià)。它以隸屬函數(shù)為橋梁，將不確定性在形式上轉(zhuǎn)化為確定性［2］。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全方位考察，綜合得出系統(tǒng)的安全等級(jí)及對(duì)系統(tǒng)影響最大的指標(biāo)因素，幫助人們針對(duì)性改善系統(tǒng)安全水平；優(yōu)序圖作為一種簡(jiǎn)單高效的權(quán)重計(jì)算方法，能很好的表示各因素相對(duì)上層指標(biāo)的權(quán)重關(guān)系，同時(shí)與模糊綜合評(píng)價(jià)法相結(jié)合能準(zhǔn)確的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)方法介紹

1.1 優(yōu)序圖法

優(yōu)序圖法（Precedence Chart，簡(jiǎn)稱(chēng)PC）是美國(guó)人穆蒂）于1983年提出并應(yīng)用的，它是用矩陣圖示的辦法分析各因素對(duì)目標(biāo)的重要程度，為管理決策提供依據(jù)［3］。優(yōu)序圖是一個(gè)n×n棋盤(pán)式圖形，圖的左側(cè)和上方均表示比較對(duì)象的名稱(chēng)，圖的左側(cè)列和上方列分別是比較者和被比較者。在進(jìn)行兩兩比較時(shí)，“1”表示兩兩相比中的相對(duì)“打的”、“優(yōu)的”、“重要的”，而用“0”表示相對(duì)“小的”、“劣的”、“不重要”，用“0.5”表示“同等重要的”［4，5］。根據(jù)多位專(zhuān)家比較賦值的不一致性，在構(gòu)造優(yōu)序圖和計(jì)算權(quán)重時(shí)引入多輸入加權(quán)優(yōu)序圖，它是簡(jiǎn)單優(yōu)序圖相應(yīng)格子上數(shù)字相加得到的，匯總后可以算出每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。優(yōu)序圖的互補(bǔ)檢驗(yàn)很方便，通過(guò)比較對(duì)角線(xiàn)兩邊對(duì)稱(chēng)方格里數(shù)字，若對(duì)稱(chēng)的兩方格里是“1”和“0”，或者均為“0.5”，則滿(mǎn)足互補(bǔ)無(wú)需修改。在計(jì)算指標(biāo)權(quán)重時(shí)將優(yōu)序圖中每行數(shù)字相加，再分別與總數(shù)相除就得到各指標(biāo)的權(quán)重，其計(jì)算公式為：T=∑n/n（n-1）m/ 2。其中∑n是每個(gè)指標(biāo)的得分總和，n為指標(biāo)總數(shù)，m為參評(píng)人數(shù)。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，從多個(gè)因素對(duì)評(píng)判事物隸屬度等級(jí)狀況進(jìn)行綜合評(píng)判的一種方法［6］。模糊綜合評(píng)價(jià)的思路是首先將n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)對(duì)象U=｛u1，u2，…un｝，通過(guò)隸屬函數(shù)映射到對(duì)指標(biāo)有m種評(píng)語(yǔ)的評(píng)價(jià)集V=｛v1，v2，…vm｝上，構(gòu)成模糊矩陣R。再將n個(gè)指標(biāo)的模糊權(quán)重向量與R進(jìn)行模糊合成運(yùn)算就得出了評(píng)價(jià)集上的綜合權(quán)重向量B。再建立好評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后就可以進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)了，模糊綜合評(píng)判包括以下幾個(gè)步驟［7］：

1.2.1 建立因素集和評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集U是評(píng)判者對(duì)評(píng)判對(duì)象的各種評(píng)判結(jié)果為元素組成的集合，U=｛u1，u2，…，um｝，它是一個(gè)由評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的指標(biāo)集，ui（i=1，2，…m）是評(píng)判指標(biāo)；評(píng)價(jià)集V是評(píng)判者對(duì)評(píng)判對(duì)象等級(jí)程度的模糊語(yǔ)言描述組成的集合用V=｛v1，v2，…vn｝，vj（j=1，2，…n）表示各等級(jí)的評(píng)語(yǔ)。

1.2.2 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重集A=｛a1，a2，…，am｝，是一個(gè)表示各個(gè)指標(biāo)在指標(biāo)體系中重要程度的集合，其中ai＞0，權(quán)重是歸一化的。

1.2.3 模糊隸屬度矩陣

對(duì)第i個(gè)指標(biāo)ui的評(píng)價(jià)Ri=｛ri1，ri2，…，rin｝，它是V上的模糊子集。rij表示第i個(gè)指標(biāo)對(duì)第j個(gè)等級(jí)的隸屬度。由單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)向量Ri（i=1，2，…m）構(gòu)成一級(jí)評(píng)判矩陣：

1.2.4 利用模糊矩陣的合成運(yùn)算，得到綜合評(píng)價(jià)模型B=A°R，R=（b1，b2，…，bn），其中模糊運(yùn)算在實(shí)際中根據(jù)情況選用。例如采用M（·，⊕）算子時(shí)：

1.2.5 設(shè)F=（f1，f2，…，fn）T是數(shù)據(jù)集，其中fj（j=1，2，…，n）表示第j級(jí)評(píng)語(yǔ)的實(shí)際數(shù)據(jù)。利用向量的乘積，計(jì)算最終評(píng)價(jià)結(jié)果Z，Z=B·F。

2 實(shí)例分析

2.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)集及評(píng)語(yǔ)集

以某油田往復(fù)注水泵為研究對(duì)象，分析往復(fù)泵系統(tǒng)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)，對(duì)往復(fù)泵進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。往復(fù)泵系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 往復(fù)泵系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

優(yōu)序圖法提供了指標(biāo)權(quán)重的簡(jiǎn)便而高效的計(jì)算方法，在構(gòu)建兩兩比較矩陣時(shí)，通過(guò)40位專(zhuān)家打分確定各層指標(biāo)之間的相對(duì)重要程度的量化值，“1”、“0”和“0.5”分別表示重要、不重要和同等重要。通過(guò)優(yōu)序圖構(gòu)建兩兩比較矩陣，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)并調(diào)整歸一化后得出判斷矩陣，同理也可以構(gòu)建出準(zhǔn)則層4個(gè)指標(biāo)的判斷矩陣，矩陣構(gòu)建及權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和表2所示。

表1 優(yōu)序圖構(gòu)建的判斷矩陣

表2 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

2.3 構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)矩陣

由專(zhuān)家打分確定指標(biāo)層18個(gè)因素等級(jí)矩陣，本文采用5等級(jí)標(biāo)度來(lái)表達(dá)安全等級(jí)，即V=｛危險(xiǎn)、較危險(xiǎn)、一般、較安全、安全｝，計(jì)算過(guò)程中由安全等級(jí)量化值1-5來(lái)定性表示風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小，即v1=1、v2=2、v3=3、v4=4、v5=5。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的半梯形分布函數(shù)計(jì)算隸屬度，見(jiàn)公式（1）。將專(zhuān)家確定的等級(jí)矩陣各行求平均值作為各因素的實(shí)際值xi，通過(guò)公式（1）計(jì)算出各指標(biāo)的模糊隸屬度值［8］。為準(zhǔn)則層下18個(gè)因素所構(gòu)建的4個(gè)模糊關(guān)系矩陣R1、R2、R3和R4見(jiàn)式2所示。

2.4 求取綜合評(píng)價(jià)向量

由公式B=A°R可以計(jì)算出下一層各組元素相對(duì)于上一層的權(quán)重向量，先由Aij（i=1，2，3，4；j=1，2，3，4，5，6）與Ri進(jìn)行模糊關(guān)系合成運(yùn)算，求得權(quán)重向量Bi后再組成模糊關(guān)系矩陣R與權(quán)重Ai合成運(yùn)算，最終得到綜合評(píng)價(jià)向量B，結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)果討論

從綜合隸屬度向量中根據(jù)“最大隸屬度”原則可知，往復(fù)泵的安全等級(jí)為4級(jí)“較安全”級(jí)別狀況。說(shuō)明該泵系統(tǒng)目前運(yùn)行狀態(tài)較符合安全要求，繼續(xù)保持現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)及操作要求即可。從權(quán)重分配情況看，人員操作和環(huán)境影響占總權(quán)重的51%，這兩個(gè)因素對(duì)往復(fù)泵的安全狀態(tài)影響較為顯著和突出，在運(yùn)行期間要重點(diǎn)對(duì)人員及環(huán)境進(jìn)行監(jiān)護(hù)評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)序圖與模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)合對(duì)往復(fù)泵系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)具有簡(jiǎn)單準(zhǔn)確高效的特點(diǎn)，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面來(lái)講可以更好的為設(shè)備維護(hù)人員提供參考依據(jù)，幫助他們進(jìn)行維護(hù)和安全分析。對(duì)于往復(fù)泵這樣復(fù)雜重要的設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)還可以系統(tǒng)化的了解設(shè)備結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和防護(hù)措施，得到的安全評(píng)價(jià)等級(jí)可以為設(shè)備壽命預(yù)測(cè)提供參考。在量化安全狀態(tài)時(shí)關(guān)鍵要正確建立指標(biāo)體系，將主觀和客觀評(píng)價(jià)中很好的統(tǒng)一起來(lái)，反映了往復(fù)泵系統(tǒng)的安全狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于往復(fù)泵的安全運(yùn)行具有重要意義。

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分子篩再生時(shí)，再生氣進(jìn)出口溫度變化曲線(xiàn)，如下圖：

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)單介紹了天然氣脫水工藝的幾種類(lèi)別，并著重介紹了目前廣泛應(yīng)用的分子篩脫水工藝以及相關(guān)的參數(shù)控制要點(diǎn)，并介紹了分子篩脫水工藝在泰安LNG工廠的應(yīng)用，希望可以為國(guó)內(nèi)LNG工廠的建設(shè)和運(yùn)行提供參考和幫助。

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王光宏山東泰安昆侖能源有限公司生產(chǎn)運(yùn)行部主任，負(fù)責(zé)泰安60萬(wàn)噸/年LNG國(guó)產(chǎn)化研發(fā)項(xiàng)目工藝裝置運(yùn)行管理。

孫常梅就職于泰安昆侖液化天然氣有限公司，擔(dān)任設(shè)備工程師職務(wù)，曾參與泰安60萬(wàn)噸/年LNG裝備國(guó)產(chǎn)化研發(fā)項(xiàng)目前期籌建和建設(shè)管理工作。