我国西部某市燃气管网改造必要性评价

王璟 香欣鑫 唐杉(中国市政工程西北设计研究院有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 背景概述

该市中心城区，现状人口为355×104人该市天然气工程自1991年开始建设，经过近30年的发展，至今已经发展居民用户134.2万户，公服用户18845户，工业用户239户，以及CNG加气站29座。年用气量25亿Nm3/年，各类管网合计约5300km。

由于燃气管网老旧现象严重，维抢修事故频发，特别是在今年新冠肺炎疫情期间，燃气管网的老旧问题现象已经非常凸显，大大增加了燃气公司的维抢修频率和难度。如此大的天然气供应量，天然气各个环节的安全输送，特别是燃气输配管网的安全运行尤为重要。因此，怎么样科学的改造老旧管网成为本文的研究课题，本文将运用层次分析法和综合评价方法来进行优化方案来解决。

2 管网改造原则

文章以城市总体规划和政府政策性文件为指导原则，结合该市燃气事业的发展方向，以输配系统薄弱的东北片区发展为主，统筹兼顾，合理安排，分期实施，逐步完善；更使燃气管网改造具有可行性、实施性和适当超前性。将所有管道维抢修较频繁、防腐效果衰减、水力工况较差、建设年限较长存在安全隐患、违章占压、不满足安全间距、等不能满足发展需要的管网按照轻重缓急列入改造范围。在充分分析调研资料的基础上，针对每段道路管道不同属性的实际情况，采取不同的管网改造实施方案，最终形成改造老旧管网的工程量。

3 影响因素分析

根据对该市的燃气老旧管网的调研分析，其每个老旧管网及设施改造所对应的主要影响因素主要有四大类：管道建设年限、管道防腐情况、管道水力工况、管道维抢修情况。

4 运用层次分析法确定权重

文章运用层次分析法建立结构模型：目标层为需要改造的老旧管网工程量；准则层为管网改造的影响因素；方案层为该市所有的燃气管网。运用层次分析法确定老旧管网改造影响因素的权重。

层次结构建立后，四大影响因素对老旧管网改造的影响重要性进行两两对比，将影响因素进行量化，其两两对比标度如表1所示。

表1 四大影响因素对老旧管网改造的影响重要性比较

根据其影响管网改造的重要性指标，根据对历年管道抢修情况，最需要改造的因素按照重要程度顺序为：首先是抢修情况频繁的管段，其次是水力工况不利的管段，再次是管段防腐性能减退的管段，最后是建设年限比较老旧的管段，其影响因素两两对比后可形成比较，对比后量化值如表2所示。

表2 改造因素对比后量化值

形成判断矩阵A：

经列归一运算后为：

再经行和运算得出：

再进行归一化(标准化)得出A的特征向量如下：

即管网因素在改造老旧管网工程中的必要性权重如下：管道抢修情况占0.56；管道防腐情况占0.14；管道水力工况占0.27；管道建设年限占0.05。

5 矩阵一致性检验

由于客观事物的复杂性，会使我们的判断带有主观性和片面性，本文在构造以上矩阵两两对比的判断矩阵时，为了避免出现甲与乙相对重要，乙与丙相对极端重要，丙与甲相比相对重要，类似于这种比较判断严重不一致的情况。而上述计算管网影响因素权重的方法，当判断矩阵过于偏离一致性时，其可靠程度较低，故需对判断矩阵作一致性检验。

经计算，判断矩阵A的特征值λ=4.24，令CI=(λmax-n)/n-1

平均随机一次性指标查表可得，当n为4时，平均随机一次性指标RI为0.94，经过矩阵的一致性检验，当n≥3时，称CR为一致性比例，当CR＜0.1时，比较判断矩阵的一致性可以接受，反之，应对判断矩阵作适当的修改调整。

本项目老旧管网改造影响因素矩阵经计算，CR=0.0867＜0.1，因此，经过此影响因素权重判断矩阵的一致性在合理的范围内。

6 管网改造必要性的评价

根据对西部地区老旧管网及配套设施的调研资料，对每个管网的四大影响因素特性进行整理分析，借鉴国内老旧管网改造成功案例的经验，结合我国西部地区老旧管网及设施改造项目的实际情况，管网改造必要性的评价主要分两步进行：

首先，对存在的影响管网改造的因素的重要性进行评价，运用层次分析法确定每一个影响因素的权重；其次，将某一影响因素的评分标准所对应的分值与其权重相乘，即管网魔衣影响因素评价分数=管网改造影响因素评分分值×对应的影响因素权重，求出这一影响因素的得分；再将每一影响因素的得分累加，即管网评价总分数=∑管网改造影响因素评分分值×对应的影响因素权重，得到每段燃气管网改造总分，其数值总和即为管网改造必要性评价的结果。

根据该市每段燃气管网影响因素属性的整理，本项目影响因素权重及评分标准如表3所示。

总分结果可以反映每段燃气管道改造必要性的程度，评价总分越高，说明管网改造必要性越大，反之，改造的必要性越小。总分的在某一数值(本文按照60分计)以上的管线，就应进行管网改造。

本项目经过对该市中心城区的每段燃气管道资料整理进行计算后，得出超过60分的管段大约占城市燃气主干管段总量的1/5，运用本方法成功筛选出该市现状需要改造的主干管16条，其长度达45.06km。

表3 影响因素权重及评分标准一览表

本方法适用于不能明确是否需要改造的管网，用此方法筛选出需要分时序改造的老旧管网，如若已经出现刻不容缓的必改因素(如违章占压、不满足安全间距、违反规范等)，不在本次分析方法范围内，燃气公司因在第一时间就进行整改。

7 结语

本次老旧管网改造运用层次分析法算出影响因素的权重系数，在采用加权平均方法计算出每段燃气管道的改造的必要性评价，这样定性和定量相结合，理论与实际相结合，筛选出科学合理的改造工程量，确定了该市老旧管网改造的工程量和时序，层次分析法与管道加权平均评价法相结合的方法，在该市本次老旧管网改造工程中发挥着重要的作用。