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基于云推理的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

在天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的相關(guān)研究中，由于缺少數(shù)據(jù)，以及事故因素的不穩(wěn)定性，而只考慮到模糊性和隨機(jī)性，在某種程度上容易導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而影響評(píng)估結(jié)果的可靠性。同時(shí)，這些方法最后只會(huì)得出一個(gè)簡(jiǎn)單的評(píng)估結(jié)果，不能解決天然氣管道中風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊性和隨機(jī)性問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，中國(guó)石油大學(xué)（北京）提出基于云推理的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法可描述隨機(jī)性和模糊性以及兩者之間的關(guān)聯(lián)性。正態(tài)云模型擴(kuò)大了正態(tài)分布的形成條件，同時(shí)使正態(tài)隸屬函數(shù)反映隨機(jī)數(shù)的數(shù)學(xué)期望值。結(jié)合云推理方法、專家評(píng)分法和層次分析法對(duì)天然氣管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)解決評(píng)估過(guò)程中定量描述和定性概念轉(zhuǎn)換時(shí)的模糊性和隨機(jī)性有很大幫助。

基于云推理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包含了多種事故影響因素，如第三方破壞、腐蝕破壞、誤操作因素、設(shè)計(jì)缺陷、生物侵蝕、老化因素等。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程如圖9所示，首先，根據(jù)收集來(lái)的信息，建立天然氣管道的故障樹(shù)系統(tǒng)（FTA），該系統(tǒng)隨時(shí)進(jìn)行更新。其次，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因素的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和臨界重要度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，把每一項(xiàng)中的較大重要度選作評(píng)估指標(biāo)，建立評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)。第三，利用三級(jí)層次分析法確定評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，然后利用逆向云發(fā)生器把專家評(píng)分轉(zhuǎn)換成評(píng)估指標(biāo)的云特征值。第四，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重和云特征值，利用虛擬云算法得出計(jì)算出天然氣管道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。最后，結(jié)合使用正向云發(fā)生器和MATLAB軟件，直觀地顯示綜合云推理結(jié)果。

圖9 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程流程圖

為證明這種方法的可行性，科研人員對(duì)深圳福田區(qū)僑香路的一段天然氣管道做了實(shí)驗(yàn)。該管道2004年正式運(yùn)營(yíng)，設(shè)計(jì)壓力0.8MPa，存在一定程度的腐蝕，管道直徑400mm，埋深1.8m，附近人口密度為1346/平方千米。由于管道埋于地下，未對(duì)管道實(shí)施任何保護(hù)措施，鑒于此情況，必須對(duì)管道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以避免重大事故的發(fā)生。根據(jù)收集來(lái)的信息，該管道共包含6個(gè)主要失效因素：第三方破壞、腐蝕破壞、誤操作因素、設(shè)計(jì)缺陷、生物侵蝕、老化因素?；谶@些失效因素建立了天然氣管道的故障樹(shù)系統(tǒng)（FTA）。然后對(duì)三個(gè)重要指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，選出了高風(fēng)險(xiǎn)因素，確定了三級(jí)層次分析法評(píng)價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)上面的層次分析模型，確定了評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，并分析了三級(jí)指標(biāo)的數(shù)字特征，對(duì)該天然氣管道進(jìn)行了綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過(guò)評(píng)估結(jié)果得出，該實(shí)驗(yàn)管道服役時(shí)間較長(zhǎng)，存在中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。建議在管道未來(lái)運(yùn)營(yíng)中，加強(qiáng)管道檢測(cè)和維修，避免事故發(fā)生。

基于云推理的天然氣風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可實(shí)現(xiàn)定量描述和定性概念之間的不確定轉(zhuǎn)換，解決風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中的不確定性。本次研究中，結(jié)合故障樹(shù)系統(tǒng)和層次分析法確定了天然氣管道的評(píng)估指標(biāo)系統(tǒng)。利用MATLAB軟件得出云滴圖（cloud drops chart），分析三級(jí)指標(biāo)以及三級(jí)指標(biāo)對(duì)二級(jí)指標(biāo)的影響。此外，該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)還可識(shí)別影響天然氣管道的缺陷，直觀比較每個(gè)二級(jí)指標(biāo)。利用專家評(píng)分法和層次分析法可確定指標(biāo)權(quán)重，能有效減少人為因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程的影響。云模型可以模擬和修復(fù)大量的云滴樣本，并用云圖直觀地描述評(píng)估結(jié)果，還可很好地解決隨機(jī)和模糊問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)定量描述和定性概念之間的轉(zhuǎn)換，符合人們的邏輯推理思維。經(jīng)驗(yàn)證，云模型可用于天然氣管道，為風(fēng)險(xiǎn)管理提供決策支持。

孟芳芳 孫冰 源編譯自Journal of Natural Gas Science and Engineering, 02, 2016