李杜偉，胡 棟

(泰安市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 泰安 271000)

1 前 言

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備，隨著制造業(yè)的發(fā)展，越來越多壓力容器已處于或面臨超期服役狀態(tài)[1]，從設(shè)計的角度出發(fā)，這類容器的安全性能可能無法得到可靠保障，安全隱患較大，但由于生產(chǎn)工藝、節(jié)約資源的需要，無法及時更換。

為保障超期服役壓力容器的使用安全，根據(jù)《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》及TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，除應(yīng)進行檢驗外，必要時還應(yīng)進行安全評估[2-3]，但標準、規(guī)范并未提供科學(xué)的安全評估方法[4]。本文基于模糊層次分析法，確立評價因素并建立評價矩陣，形成較為科學(xué)的安全評估模型，為超期服役壓力容器安全評估提供參考。

2 模糊層次分析法理論

層次分析法是美國匹茲堡大學(xué)運籌學(xué)家T.L.Satty提出的一種基于定性和定量結(jié)合的多目標決策分析方法[5]，該方法將復(fù)雜問題分解為遞階層次，并有效的分析各遞階層次間的非序列關(guān)系，具有較高的實用性和簡潔性。

相對權(quán)重是層次分析過程中的重要參數(shù)，對層次分析結(jié)果影響較大，為解決權(quán)重確定問題，通過將層次分析法與模糊理論融合，提出了模糊層次分析法，模糊層次分析法通常包括以下步驟[6]：

1. 建立層次分析結(jié)構(gòu)模型；

2. 建立單因素評價矩陣；

3. 建立判斷矩陣；

4. 權(quán)重計算；

5. 一致性檢驗及調(diào)整；

6. 綜合評價。

3 超期服役壓力容器模糊層次分析評價

3.1 建立層次分析結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)管理及損傷模式兩個維度分析，建立影響超期服役壓力容器分級評價的模糊因素集U：

U=[u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8,u9]

其中，u1為安全生產(chǎn)責(zé)任制管理情況，u2為設(shè)備操作規(guī)程管理情況，u3為設(shè)備的自檢和維護情況，u4為應(yīng)急措施管理情況，u5為檔案管理情況，u6為腐蝕減薄情況，u7為環(huán)境開裂情況，u8為材質(zhì)劣化情況，u9為機械損傷情況。根據(jù)評價等級屬性，建立評價集V：

V=[V1,V2,V3]

3.2 建立單因素評價矩陣

確定因素集U對評價集V的隸屬度值，建立評價向量Hi=[hivj(x)],hivj(x)的取值范圍為(0，1)。隸屬度函數(shù)采用直覺法確定，如式(1)～(3)所示。

(1)

(3)

將因素集中元素對應(yīng)評價值帶入隸屬函數(shù)，建立評價矩陣H：

(4)

3.3 建立判斷矩陣

對因素集中各因素進行比較，建立判斷矩陣B：

(5)

3.4 計算權(quán)重

根據(jù)因素集中各元素的相對重要程度，結(jié)合表2的賦值原則確定標度并對判別矩陣進行賦值。

表2 標度及含義

續(xù)表2

利用方根法計算判斷矩陣B=(bij)9×9的最大特征根λmax，方法如下：

計算判斷矩陣各行元素乘積Mi：

(6)

(7)

正規(guī)化處理：

(8)

計算最大特征根λmax：

(9)

3.5 一致性檢驗

一致性檢驗合格的依據(jù)為隨機一致性比例CR<0.1，隨機一致性比例可由式(10)求得：

CR=CI/RI

(10)

其中CI為一致性指標，RI為平均隨機一致性指標，CI可由式(11)求得：

(11)

RI可通過查表3得到。

表3 平均隨機一致性指標Table 3 Average random consensus index

3.6 綜合評價

綜合評價結(jié)果可用式(12)求得：

A=W·H

(12)

由于評價結(jié)果具有模糊性，采用量化方法對綜合評價結(jié)果進行處理，得到量化值S：

(13)

(14)

(15)

4 算例分析

為驗證模糊層次分析法在超期服役壓力容器安全評估中的準確性和實用性，以某化工廠液氨球罐為例進行分析，根據(jù)歷次檢驗報告記錄的情況，得到單因素評價矩陣為：

判斷矩陣B的標度值如表4所示；利用式(6)～式(9)求得各值如表5所示。

表4 標度值Table 4 Scale value

表5 判別矩陣要素值Table 5 Discriminant matrix element value

λmax=9.763

根據(jù)表3，9階矩陣的平均隨機一致性指標為：

RI=1.45

CR=CI/RI=0.066<0.1

因此判斷矩陣滿足一致性要求。

A=W·H=(0.281 0.334 0.386)

根據(jù)表1，表明該容器的綜合安全評估狀況為2級，安全評估狀況一般。

表1 超期服役壓力容器安全評估分級

5 結(jié) 論

1.通過某液氨球罐的算例結(jié)果，基于層次分析法的超期服役壓力容器安全評估解決了評估權(quán)重的

主觀性問題，通過對不同層次的加權(quán)得到較為可信的超期服役壓力容器整體安全評估狀況；

2.由于壓力容器的介質(zhì)、使用參數(shù)不同，不同類型的標度值應(yīng)根據(jù)實際情況確定；

3.模糊層次分析法在超期服役壓力容器安全評估的應(yīng)用具有可行性，該方法可拓展到其他類特種設(shè)備的安全評估中。