聚乙烯燃氣管道失效可能性評價應用研究

王 博 李 濤 楊 陽

（西安特種設備檢驗檢測院，陜西 西安 710065）

聚乙烯管道由于具有耐腐蝕性強、柔性好、壽命長、環保等優異性能，在中低壓燃氣管網的應用中逐步取代鋼質管道，并取得了非常高效的成果。而層次分析法是美國匹茲堡大學運籌學家托馬斯·薩蒂教授提出的一種綜合了定性分析與定量分析的多目標決策方法。通過建立層次分析模型，將影響決策目標的相關因素進行逐層分解，劃分為不同層次、不同深度的評價準則和評價指標，對層次模型中各因素的重要性進行兩兩比較，建立判斷矩陣，通過判斷矩陣運算得出各因素的權重并進行排序，確定影響決策目標的最重要因素或方案。本文采用層次分析法對影響聚乙烯燃氣管道失效可能的主要因素進行逐層分解，確定影響管道安全的關鍵因素，為天然氣管道安全運行和管理提供科學有效的參考依據。

1 評價指標體系的建立

聚乙烯燃氣管道在實際服役過程中受到第三方破壞、管道本體固有危害、與時間有關的危害、誤操作、服役環境等各項因素的影響，本文利用層次分析法對影響聚乙烯燃氣管道失效可能性的全要素指標進行分解，按照不同要素進行分類，以專家評分為依據，建立影響聚乙烯燃氣管道失效可能性的評價準則，通過準則將評價指標分為目標層A聚乙烯管道失效可能性評價層、標準層B聚乙烯管道失效可能性影響因素層、指標層C聚乙烯管道失效可能性影響因子層，以此確立各指標權重。

2 評估權重與評估步驟

采用層次分析法確定影響聚乙烯燃氣管道失效可能性的權重，對影響權重指標的同級因素進行兩兩比較，建立比較矩陣，對比較矩陣進行平均隨機一致性檢驗，判斷矩陣是否具有滿意的一致性，將專家的傾向性意見和分析的客觀判斷結合起來，以此確定各項指標的比較權重。

2.1 構造判斷矩陣

結合九標度法對標準層、指標層中各因素進行兩兩比較，請專家分別對各個指標因素進行重要程度的判斷打分，建立判斷矩陣B=（bij）m×n，分數越高代表其相對重要程度越高。

2.2 計算權重值

2.3 一致性檢驗

為了避免利用主觀性指數評價時引起誤差，利用平均隨機一致性指數RI 進行隨機一致性檢測。首先定義一致性指標CI，即CI=（λmax-n）? （n-1）：當判斷矩陣具有完全一致性時，CI=0。通過運算CR=CI/RI 得到隨機一致性計算結果，當CR = CI/RI<0.1時認為判斷矩陣B具有滿意的一致性。否則，需要調整判斷矩陣B中的標度值，重新進行一致性檢驗直至通過。

3 案例應用與分析

根據評價指標體系要求確定影響聚乙烯燃氣管道失效可能性的5個標準層因素及 26個指標層因素，具體相關指標體系如表1所示。結合相關因素對某天然氣公司聚乙烯燃氣管道失效可能性進行調研分析，邀請 5位燃氣領域專家對失效可能性重要度按照九標度法進行評價，經過多次評選得到如下判斷矩陣：

表1 聚乙烯（PE）燃氣管道失效可能性指標體系各評價因子權重

利用方根法計算各指標的權重，計算結果如表1所示，為檢驗構造矩陣的可行性，需要對聚乙烯（PE）燃氣管道失效可能性指標體系各評價因子進行一致性檢驗，檢驗結果如表2所示。由表2可知，各判斷矩陣指標一致性比率CR的值均小于0.1，因此各指標均具有良好的一致性。

表2 各判斷矩陣的一致性檢驗結果

根據表1中標準層權重大小，可知 B1第三方破壞＞B2管道本體固有危害＞B5服役環境＞ B與時間有關的危害＞B4誤操作，由此可知第三方破壞是構成聚乙烯（PE）燃氣管道失效的主要影響因素。在26個指標因素中，組合權重影響較大的前5項因素分別是C1管道埋深＞C11焊接質量＞C7巡線及泄漏檢查＞C15鋼塑轉換接頭腐蝕＞C2回填質量。通過指標因素分析可以看到，隨著聚乙烯管材的生產工藝不斷改進，管材質量安全可靠，管道埋深、焊接質量、巡線及泄漏檢查成為影響聚乙烯（PE）燃氣管道失效的主要指標，在管道安裝建設和日常檢查時需要重點關注，其他指標的影響程度也可通過表2直接查看。

4 結語

影響城鎮燃氣埋地聚乙烯（PE）管道安全運行的因素很多，涉及設計、安裝、運行維護等各個方面，本文結合在役聚乙烯（PE）燃氣管道自身特點，給出了影響其失效可能性的主要因素，運用層次分析法理論模型確定了各指標因素對管道失效可能的影響權重，比較直觀準確地反映各指標因素之間的關系和作用原理，便于城鎮燃氣聚乙烯（PE）管道的科學管理和運行維護，為進一步開展管道風險評估提供依據。