应用改进层次分析法和模糊综合评判的油库静电灾害评估

2015-12-07杨笑源赵晓刚

重庆理工大学学报(自然科学) 2015年2期

杨笑源，赵晓刚

(解放军后勤工程学院军事供油工程系，重庆 401311)

随着油库大型化发展和油料收发量的快速增加，因静电火花放电引起的突发性爆炸事件数呈上升态势，油库静电灾害的预防工作逐渐引起重视，亟需油库相关管理部门制定科学可行的静电灾害预防工作规划。但由于静电防护工作着手点复杂多样，如何抓主要任务，分清轻重缓急来合理安排工作是困扰油库管理者的难题。在传统的工作实践中，油库管理者往往缺乏客观依据，仅凭自身的有限认识确定工作的重要程度，主要表现为2点［1］:① 评价手段往往采用近似模糊的文字描述，不能使用严谨的数学计算来保证客观性，结果往往差强人意，难以令人信服;②评价手段过于单一，没有综合考虑各种评价手段，使得结果不够严谨。因此，采用基于改进层次分析法和模糊综合评判的双重指标来评估油库的静电事故预防工作，既保证了评价结果的客观性，又避免了因单一方法造成的不确定性，可以准确地反映油库静电灾害预防评估的状态。

1 问题分析的方法和步骤

该问题的研究过程是改进层次分析法(AHP)和模糊综合评判法过程的结合。

1.1 改进层次分析(AHP)过程

改进层次分析法是一种定性与定量相结合的综合评价方法，在传统的层次分析法中，常采用Statty 1～9标度法，使用诸如“稍微”、“明显”、“强烈”、“极端”的因素进行两两比较，使得评判带有极大的主观性偏差，而且，由于得出判断矩阵可能不一致的原因，需要复杂的检验过程，如不一致还需要多次调整，这给计算机编程带来了极大的困难［2－3］。

改进层次分析法计算的基本步骤是［4－6］:

1)建立一个基于各种影响因素的递阶层次结构。对油库静电灾害预防工作体系，主要分析其抑制静电积聚、加速静电逸散、强化人员管控等综合因素，建立起层次分析图。

2)参照各因素的特点，邀请专家和业务骨干确定权重指标，经广泛调查并结合油库的具体实际，采用各因素两两比较的三标度方法，构造判断矩阵A。

其中Aij为第i因素与第j因素相比的重要性，且Aii=1。

4)构造判断矩阵Bij:

5)求上述判断矩阵Bij的传递矩阵Cij:Cij=lgbij，i=1，2，…，n。

6)求传递矩阵Cij的最优传递矩阵Dij:dij=

7)求判断矩阵 Aij的拟优一致矩阵 A'ij:A'ij=10dij。

8)利用方根法由拟优一致矩阵计算出矩阵的特征向量，并进行归一化，进行层次单排序，进而计算相同层次所有因素对于总目标层重要性的权值，即层次的总排序，由此得到各因素的各层权重(表1)，最后确定最首要的因素。

表1 层次总排序表

1.2 模糊综合评判过程

模糊综合评判法是对评价过程涉及的模糊因素进行评价的方法，其基本思路是［7－9］:

1)综合分析各种影响因素。首先建立因素集 U，即 U={u1，u2，…，um};然后根据各因素之间的不同重要程度，建立权数ai(i=1，2，…，m)的重要度集合~A={a1，a2，…，am};最后综合各种影响因素，将各种评判结果综合成一个评价集合V={v1，v2，…，vm}。

2)进行单因素模糊评判。仅从一个因素出发，确定该因素对评价集元素的隶属程度，组成单因素评判集Rm:

3)进行模糊综合评判:

其中:B称为模糊综合评判集;bj(j=1，2，…，n)称为模糊综合评判指标。bj的含义为:当所有的因素全部被考虑时，评判对象对备择集中第j个元素的隶属程度。

最后将2种方法得出的结论进行综合分析和比较，即得出油库静电灾害预防工作最需重视的因素。

2 应用实例

2.1 改进的层次分析法分析过程

1)实地调研重庆某油库，结合油库管理工作者和高级工程师的工作经验及当地油库实际情况，确定油库静电灾害防护评估因素［10－11］，并将各因素和方案构成有序递阶层次结构(见图1)。

图1 油库静电灾害防护方案层次结构

2)计算矩阵特征值

①两两比较得出比较矩阵Aij并计算重要性排序指数ri:

②计算判断矩阵Bij:

③计算传递矩阵Cij:

④计算最优传递矩阵Dij:

⑤计算拟优一致矩阵A'ij:

⑥ 计算 A'ij的特征向量=(2.466，0.517，0.784)，归一化得最终特征向量为 WA－B=(0.655，0.137，0.208)。

依照以上计算方法，可以得出矩阵B1－C，B2－C，B3－C的归一化特征向量为:

3)得出层次总排序(见表2)。

表2 层次总排序

4)结果分析与讨论

由层次总排序表的结果知该油库决策者可以根据上述结果合理确定静电灾害防护工作的先后顺序。C1的总排序权重值是最大的，说明防止油品混合水和空气是避免静电产生的首要条件，也是油库静电防护工作应该密切关注的要点，在下一步的工作中应有针对性地加强;C2的权重值位于第2位，说明控制油品流速的重要性次之。以此类推，根据权重大小即可确定油库静电灾害防护工作的先后顺序。

2.2 模糊综合评判法分析过程

1)确定各因素的权重集

由本文的层次分析结果直接可以得到准则层各因素对应的权重集:

2)确定隶属度矩阵

在本案例中，隶属度矩阵采用专家评判打分法。专家评标委员会由12名业务骨干、高级工程师和资深管理者组成。他们对各项指标分别用百分制打分，为了减少主观性因素的影响，采用去掉最高分和最低分再取算术平均值的方法作为该指标的得分，将得分除以100得到隶属度矩阵R～:

3)模糊综合评判

为了使评判因素与所对应的权重相互兼顾，在计算B～时，使用主因素决定型M(Y·I)来计算结果并不精确，最好采用符合本例的加权平均型M(··⊕)来计算结果。

归一化，可得

4)分析与讨论

括号中的数值就是对油库静电灾害防护因素的综合评判结果。因为隶属函数与评价函数是一致的，按照最大隶属原则来识别，则对应数值大的因素应优先处理，故对应油库静电灾害预防工作安排的先后顺序为:防止油品混合水或空气、控制油品流速、提高工作人员防静电意识等，剩余因素依次类推。

2.3 两种方法综合分析

经2种方法综合分析，发现方案层要素C1，C2，C10都是位于前3 位的因素，且 C1＞C2＞C10，说明对于油库静电灾害预防管理的各种工作要点而言，防止油品混合水或空气是关键因素，应该抓住这一重点，对油品混水或空气的安全隐患花大力气整治和监察，确保油库的安全运行。控制油品流速和提高工作人员防静电意识位于所有因素的第2位和第3位，说明二者也是排查静电事故隐患过程中需要特别关注的因素。

经实地调研及咨询验证，以上结论与油库实际基本相符。因此，为了避免油库静电灾害事故的发生，应该做到:

1)强化业务规范流程，严禁油品混水混空气等高危操作，不定期做好检查工作，杜绝静电产生的首要隐患。

2)收发油过程中控制油品流速，避免因油品高速流动产生的静电花火引发的爆炸事故，装油起始流速控制在1 m/s为宜;当油品浸没鹤管进出油管口 200 m 以上后，流速控制在4.5 m/s为宜［12］。

3)针对极易产生静电的危险操作，应加强相关人员的安全教育，强化其安全意识，同时加强业务学习和操作技能培训，杜绝工作人员思想懈怠、麻痹大意、违章操作。

4)严格排查没有安装静电接地装置的油库储油系统，对此类系统应定期进行维护和检查［11］，若客观条件允许应尽量安装接地装置，以避免静电灾害的发生。在有静电隐患的场所，在工艺条件允许的情况下，可通过提高空气相对湿度的方法消除静电的危险。

3 结论

1)根据油库静电灾害防护的特点，将层次分析和模糊综合评判相结合的方法应用于油库安全系统的决策和控制是完全可行的。层次分析法实现了对决策科学定性与定量分析的有机结合;模糊综合评判实现了对分析因素不确定性的定量分析。二者的综合使用，不仅减少了决策者因主观性思考造成的分析失误，而且避免了因单一方法分析造成决策的不准确。

2)本文考虑了与静电灾害防护相关的10个因素。对不同的油库而言，实际情况不甚相同，考虑的因素和分配的权重也不尽相同。因此，在进行评估时，应结合当地油库的实际调研灵活变通，确保评估结果的准确性。

3)对于方案层要素数目繁多的案例，运算量很大，采用人工计算比较困难，可以将层次分析法和模糊综合评判法编写成计算机程序。使用者仅需在程序的对话框中输入几个数据便可得出评判结果，且计算结果更加迅速准确，便于在油库静电灾害防护工作实际中推广使用。

［1］赵晓刚.油料最优化安全质量管理的模糊综合评判法［J］.天然气与石油，1994，12(4):21－24.

［2］张树忠，曾钦达.基于FMEA和变权AHP的大型起重机械零部件重要度评估［J］.重庆理工大学学报:自然科学版，2014(5):34－38.

［3］喻立，王建力，李昌晓，等.基于DPSIR与AHP的宁夏沙湖湿地健康评价［J］.西南大学学报:自然科学版，2014(2):124－130.

［4］谢进伸，于惠源.“改进的层次分析法”在事故分析中的应用［J］.工业安全与防尘，1994(2):24－27.

［5］胡安鑫，谢英，苏鑫.“改进层次分析法”在确定油库安全因素权重中的应用［J］.石油化工安全技术，2005，21(5):13－15.

［6］周毅，赵晓刚.层次灰色评估法在油库火灾危险评估中的应用［J］.油气储运，2012，31(9):697－700.

［7］赵晓刚.油库设备维修规划——Fuzzy综合评判法的应用［J］.油田地面工程，1994，13(6):66－69.

［8］周永权，焦李成，李陶深.Fuzzy插值及其 Fuzzy泛函网络构造理论［J］.计算机科学，2007，34(7):5－9.

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［10］姚运涛，王建华，张洪兴.油库安全技术与管理［M］.重庆:重庆大学出版社，1997.