基于AHP的化工压力容器安全附件评估

2020-03-30杨文斌周德红肖振航左前贵

山东化工 2020年4期

杨文斌，周德红，肖振航，杜冰，左前贵，王帅

(武汉工程大学兴发矿业学院，湖北武汉 430074)

压力容器在化学工业生产中是一类必不可少的基础性生产、存储设备。安全附件的有效运行对压力容器安全生产至关重要。依据《固定式压力容器安全技术监察规程》(TSG21-2016)，常见的压力容器安全附件有安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置和安全仪表系统(压力表、液位计、温度计)[1]。因安全附件存在失效的风险，故而需要对安全附件进行风险评估。同时为减少成本开支，安全附件经济、合理运行，本文从安全附件的功能、经济和检维修三个层面联合分析，使用层次分析法对三个层面下的各个要素进行权重计算，得到各要素的相对重要度。然后邀请15位化工领域的专家对每种附件进行对应要素评分，结合层次分析法的权重进行加权计算，得到安全附件的最终评价，为压力容器的安全、经济运行提供了评价依据。

在安全附件的监督和管理层面，刘华阳[2]细致地论述了固定式压力容器的安全阀和压力表的分类方法和管理要求，指明了各安全附件的可能出现的失效风险，提出了安全阀的安装的具体规范。至于安全附件的选择以及维护的问题，刘林刚等[3]分析了如何合理地选择和安装、适时检验和保养安全附件。而周德红等[4]结合层次分析法对汽车加油站储罐区进行了综合性的安全评价，提出了工艺单元的划分方式，细致有序地推导了层次分析法的模型构建过程，对本文具有明显的指导意义。

1 基于层次分析的指标权重计算

1.1 层次分析法简介

层次分析法是美国专家T.L.Saaty于1970年左右率先提出的一种用途广、实用性高的方法。该方法旨在解决当判断目标的影响因素较多、问题比较复杂且无明确的相互之间的关系，针对评价目标的实际背景，将各类评价因子按属性拆分组合，组合为一类层次结构[5]。通常情况下层次模型分为目标层、准则层和方案层三层。其中目标层是拟解决的总问题或总目标；准则层是为完成总目标而采取的措施或方案；方案层是用于解决问题的各影响要素。

图1 层次分析模型构建图

对于目标层——化工压力容器安全附件有效、经济运行而言，本文的准则层从功能、经济和检维修3方面要求入手。其中，功能准则有失效风险、灵敏度、动作速度、适用的压力和温度范围以及抗腐蚀和磨损能力5个要素；经济准则有出厂价格、使用寿命以及重复使用3个要素；检维修准则有快速检查、便于保养、维修简便、检查周期4个要素。故绘制得安全附件的层次模型如图2。

图2 安全附件的层次模型图

1.2 建立安全附件判断矩阵

在确定各方案层要素的权重时，如果仅凭借经验进行判断和赋权，结果只是定性的描述，缺少令人信服的定量数据而难以被别人接受[6]。故而Saaty等人提出：一致矩阵法，即：杜绝全部要素同时对比，转变为两要素相互对比。对比时采用标度理论和相对尺度，以降低性质不同的要素相互比较的难度，用来增加准确度[7]。

表1 相对重要度描述表

将各准则内的要素两两比对后得到如下四个矩阵：

1.3 指标权重计算和一致性检验[5-7]

使用层次分析法时保持判断标准和思维的前后一致是很重要的。当同时比较的要素大于等于9个时，很容易出现前后不一致的偏差情况，当偏差较大时甚至会出现矛盾的情况。故而为检查前后一致性、降低思维引起的偏差，层次分析法引入了判断矩阵偏离性检验，步骤如下：

(1)将矩阵A按列作归一化：

(2)累加各行数据得

(6)在表中找出满足阶数的平均随机一致性指数RI；

表2 随机一致性指数RI选取表

(7)由上述(5)、(6)中的两指数计算一致性比例CR：CR/Cl/CI；

如果计算所得结果满足CR<0.1，则通过前后一致性检验。否则需调整参数直到满足CR值足够小。

由上述方法计算得CRA=0.0121、CRB1=0.0167、CRB2=0.0904 、CRB3=0.0039，均满足(7)中的要求。

同时，经过归一处理的wi即为所求的对应要素的权重，本文所得结果为：wA=(0.7471 0.1194 0.1336),wB1=(0.3237 0.2098 0.1205 0.0563 0.0368)，wB2=(0.0820 0.0223 0.0151)，wB3=(0.0304 0.0565 0.0304 0.0163)，详见图3。