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1、基于故障树与模糊理论的埋地管道风险评价随着西气东输和川气东送管道工程项目的不断完善，管道下游各大城市天然气用户不断增多，燃气管道的规模扩大，城市及周边地区的安全隐患随之增大。虽然近年来天然气管道的安全评价在理论上取得了很大进展，但在实际应用中，仍主要采用人为评分法怛o，评价结果误差较大。考虑到城毒埋缝燃气管道风险评份的复杂性，基于常州港华燃气公司提供的设计、施工、运行等数据，将故障树与模糊综合评判法稽结合，对常州市燃气管网埋地管道进行安全评价。l模糊综合评价计算程序故障树分析法，即结合现场的相关事故数据，确定失效事件，并找出导致失效事件发生的所有可能的故障模式。以常州港华燃气公司工程数据为基础
2、，建立埋地管道失效故障树。以模糊综合评价法为基本框架，与故障树有机结合，建立埋地燃气管道风险评估模型，即采用埋地管道失效故障树，确定埋地管道系统故障影响因素的基本关系，对某些难以定量分析的风险因素，采用模糊数学理论将其对系统的影响程度定量化，得到埋地管道风险量化值，以及各因素对埋地管道系统风险的影响程度(图1)。2失效故障树模型借鉴国内外城市埋地管道失效因素统计方法，结合常州港华燃气公司提供的施工、设计、运行等数据，将“常州市埋地管道失效”作为顶事件；将第三方破坏、腐蚀、管道本质缺陷和管理维护不当4种引发管道失效的主要原因作为次顶事件；对每个原因进行深入分析，直至将次顶事件分解为各种基本事件为
3、止。经过逐层分解，常州市埋地管道失效故障树共包含48个基本事件(图2、表1)。3模糊综合评价模型模糊综合评价法，即应用评价因素模糊关系合成机理，依据各个评价因素对被评价对象戆隶属度进行综合性评判的一种方法。通过分析埋地管道失效故障树，确定引起埋地管道失效的主要因素，将其作沟埋地管道模糊综合评价模型的评价因素集，建立故障树底层备评价指标的因素等级隶属度；建立单因素的评判矩阵 r和单因素权重集 A，用单因素评判矩阵乘以单因素权重集，得到单因素 的评判集；将评判集归一化后，将其作为上一级指标的评价矩阵R的行，进而构造上一级指标的评价矩阵R；按照梅造单因素评判方法构造每一级的评判集，得出整体评价结果。
4、(1)由已构造的埋地管道失效故障树，确定评价对象的因素集U= ， ，1 2， )，其中 (n=l，2，3，n)表示影响被评价对象的主要因素。3 (2)给出评判集V= ， 。评语根据具体评价对象而定，通常评判1 2， 3集V=(很差，差，较差，较好，好，很好 )。(3)确定评价因素的权重向量。首先采用“9标度法”建立两两因素判断表，将因素集U中的两个不同因素进行比较，在比较时反复提问：“两者哪个更重要”重要多少”，然后 表示 对 的重要程度，要整数 l9表示地相对于 重 要度的标度；构造两两因素判断表A= ，且要求() nx=1/ ； 0; =1(表2)。 对表2数据进行处理，运用“方根法”求取
5、因素的相对权重，计算权重向量近似值：将上式计算的近似值进行归一化处理，得到评价因素权重向量：式中： 和 均为表2中对应的两两因素相对重要度的标度。 对判断矩阵作一致性检验，最大特征值 和计算一致性指标CI。=1()检验矩阵的一致性：=1对平均随机一致性指标RI进行取值(表3)，取一致性指标CI与平均随机一致性指标RI之比作为一致性检验判别式，即CR=CI/RI。若CR0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验。(4)单因素模糊评价。单因素模糊评价从一个风险指标出发进行评价，确定风险指标对评价集元素隶属度向量。设对因素集U中第i个因素 进行评价，评语集V中第j个元素 的隶属度为 ，则根据第i个因素的
6、评价结果，可得U因素 模糊评价集合 ( ， ， ， )。同理，可得其余各个风险指标的单因素 12 评判集。隧各个单因素的评判集为行，建立评价矩阵R：(5)模糊综合评判。计算评价因素重向量 （ ， ， ），结合模糊 1 2 评价矩阵R，并充分考虑各个评价指标的权重，选择加权平均模型M(*，+)，求取综合评判集，即：B = R（ ， ， )；将综合评判指标向量归一化， 1 2 即：=/4=1最后根据最大隶属度原则 = ，确定埋地管道腐蚀状况评价 | 等级。4实例分析以常州港华燃气公司高压燃气管道通江大道段为例，分析基于故障树埋地管道摸糊综合评判方法的应用过程。该管道建予2005年，管道规格为DIN
7、500，材质为L360，直线距离为4.2Km，全线由恒电位仅进行阴极保护，设计压力为4.0MPa。弓|起常州市燃气管网埋建管道失效的可能因素(第三方破坏、腐蚀、管道本质缺陷、管理维护不当等)均具有模糊性。以第三方破坏为例，说明按照模糊理论进行风险评价过程中评判集的计算过程。(1)建立埋地管道第三方破坏的风险因素集。根据埋地管道故障树分析，第三破坏的主要影嚷因素有7种，分别为X24X30，则该埋地管段第三方破坏的风险因素集为U= ， , 将各因素分为5个等级，于是得出埋地1 2 3,4,5,6,7管道第三方破坏的各影响因素等级(表4)，I为可能性很小，II为可能性较小，III为可能性中等，为可能
8、性较大，V为可能性很大。由影响因素分布统计的规律，得出埋地管道各因素等级的隶属度(表5)。根据一致性原则，经归一化后得出因素等级隶属度矩阵R：(2)建立埋地管道第三方破坏的评判集。根据第三方破坏影响因素的特点，并结合相关专家在制定评判集方葱的经验，将评判集定义为V=(很小，较小，中等，较大，很大)=(I，II，IV，V)。(3)建立风险因素权重集。根据模型所给方法建立两两因素判断表(表6)。则7个评价指标权重近似值为：W=(0.180 4，0.077 8，O.044 5，0.043 l，O.2768，0。2768，0.1005)于是，最大特征值k=76684，一致性指标CI=0.1114。由一
9、致性检验翔别式得CR=0.083O.1，即 该两两因判判断表通过一致性检验，以上计算有效。(4)建立风险因素的模糊评判矩阵。对埋地管道第三方破坏的每个风险因素(i=1,2,3,4，5，6，7)在5个风险等级上进行单因索评判，得到相应的模糊评判集，将评判集进行归一纯处理，则因素 的模糊评判集为 ：1 1= WR=(0.0938，0.1589，O.2305，O.2904，O.228O)1同理，可以得出其余各因素的模糊评判集。以每个因素的评判集为行，得到埋地管道第三方破坏的模糊综合评价矩阵：(5)模糊综合评判。根据公式 B，得出管道第三方破坏风险模糊评判集：=(O.0772，O.1456，0.20l
10、5，O.2448，O.2663)1对埋地管道的失效结果做归一化处理：=(O.0825，O.1557，O.2l_54，O.265l，O.2847)1根据最大隶属度原则 =0.2847，埋地管道第三方破坏风险评价等级为 V级，即发生第三方破坏的可能性很大。(6)其余风险因素的模糊评判集。按照以上方法，可以得到腐蚀 、管道本2质缺陷 、管理维护不当 引起埋地管道失效因素的模糊综合评判集：3 4=(0.0958，0.1637，O.2354，0.2558，O.1751)2=(0.2185，0.264 5，0.1954，0.1725，0.1036)3=(O.1146，0.2259，O.2674，0.176
11、9，O.1029)4 构成了埋地管道 4个主要风险因素的模糊综合评价矩阵C。1 4(7)埋地管道系统的模糊综合评判集。基于埋管道失效的4个主要因素和相关数据资料，建立两两因素判断表(表7)。则4个评价指标的权重近似值为：W=(2.2134，1.316l，O.760O，O.45l8)将上式计算的近似值进行归一化处理，则评价因素权重为：=(0.4668，O.2776，O.1603，O.0953)“按照上述对埋地管道失效可能性评价方法，可以得出该埋地管道总的失效可能性评判集：V= C=(0.4668，O.2776，O.1603，0.0953)“ 9 102 764 209 56 14035128 8
12、 37 4l=(0.1ll1，O.1821，O.2227，O.2393，O.2079)将计算结果进行归一化处理得：V=(0.1154，0.1891，O.2312，O.2485，0.2158)根据最大隶属度原则 =O.2485，埋地管道风险评价等级为 级，发生失效的可能性较大。为此，应针对埋地管道失效的4个主要因素，即第三方破坏、腐蚀、管道本质缺陷、管理维护不当采取措施，以降低风险等级。5结束语利用基于故障树与模糊理论的埋地管道风险评价模型对常州市城市燃气管网埋地管道进行风险评价，结果表明其风险等级为级，与公司统计的事故数据相符，验证了评价方法和模型的可行性和有效性。在对工程实例进行安全评价时，应充分收集和分析相关数据，只有以现场设计、施工、运行等数据资料为基础,才能使建立的故障树更能反映现实状态。
