基于模糊评价法确定聚乙烯燃气管道的检验周期

2022-01-04上海派普诺管道检测科技发展有限公司吕晓娟

上海煤气 2021年5期

上海派普诺管道检测科技发展有限公司王磊张俊吕晓娟

近年来，伴随着城镇燃气管道的不断发展，燃气管道的安全情况也越来越受到关注与重视。《特种设备目录》规定：压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备。其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1 MPa，介质为气体、液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或者等于50 mm的管道。同时，《中华人民共和国特种设备安全法》规定：使用单位必须对本公司运行的特种设备定期进行全面检验。城镇燃气管网中的中压聚乙烯燃气管道设计压力均大于0.1 MPa，显然，聚乙烯燃气管道属于压力管道范畴。目前，聚乙烯燃气管道全面检验的依据是 TSG D7004—2010《压力管道定期检验规则——公用管道》，其中详细规定了全面检验的项目和要求，但未明确给出全面检验周期的评价方法。因此，在全面检验周期的评定中缺少相对统一、客观、公正的方法和体系。一些在实践工作中使用的评价方法也都存在各自的缺陷，无法对燃气管道进行准确、有效的评估，尤其是受到评分人员的主观影响因素较大，造成最终出具报告的判定结果不被使用单位认可。

1 现有评价方法优缺点

1.1 专家打分法

专家打分法是通过邀请若干从事相关工程项目的技术专家、管理人员共同参与确定各检验项目风险程度的方法。参与的专家可以是从事燃气管道管理工作的管理人员，也可以是现场巡线、日常处理管道运行故障的技术人员。管理人员和技术人员均要求有一定的工作年限及相关工作经验。

采用专家打分法的优点在于缺乏历史资料和统计数据的情况下，仍可以根据专家的实际工作经验进行打分。在现场检验人员已经对各检验项目数据采集的前提下，可以客观地构建单因素矩阵。缺点是专家打分法主观意识比较强。

1.2 综合评价法

综合评价法指依据资料审查、阀井检查、开挖检验、管体划伤等项目的检验结果，参照工业管道全面检验周期的确定方法，以检验项目的最低级别作为综合评定级别，最终确定在用聚乙烯燃气管道的检验周期。

综合评价法的缺点在于除了最低级别项目评级有意义外，其他检验项目的评定级别未参与到综合评级中，不能客观地反映管道系统的综合安全性。

1.3 事故树分析法

孟晓丽[1]提出了一种综合应用事故树分析法、层次分析法、熵权法和云模型的评价方法，通过事故树分析法建立管道安全状况等级评价模型，应用层次分析法和熵权法确定安全状况影响因素组合权重，为安全状况等级评定提供了参考，但评定过程中需要的公式计算较复杂，需要辅以软件系统计算，不适合工程实际应用。

在燃气管道检验工程应用中，以上介绍的3种方法均不太适用。由此，笔者提出了基于层次分析-专家打分的模糊评价方法，主要是针对有较详细客观的现场检验数据，但缺少以往工程基础数据支撑的情况下使用。

2 基于层次分析-专家打分法的模糊综合评价法

2.1 层次分析-专家打分法

层次分析是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定量和定性分析的决策方法。对于燃气管道检验来说，各项检验项目可构建成层次分明的框架，现场的检验数据则是对各层次反映实际管道安全状况的有效支撑。对于使用单位实际运维管理如管道的改造维修等情况，检验单位只能通过查阅资料进行审查了解，无法客观评估，可以采用专家打分法，即与使用单位共同研讨给出影响管道安全风险因素的权重，从而较好地解决此类问题。

因此，结合层次分析法与专家打分法，可从管道管理、日常运行、检验等方面构建合理的评价准则，对管道安全性进行准确、有效的评估，较为合理地确定全面检验周期。

2.2 基于层次分析法建立模糊评价矩阵

聚乙烯燃气管道的全面检验可按照资料审查m1、宏观检查m2、开挖检测m3、泄漏检测m4、氧化诱导试验 m5等 5个基本项目建立检测项目集M=[mi]。然后，按各基本项目所对应的评价指标进行综合分析，建立对应的安全状况评定等级nj，分别为1、2、3和4级。检测项目的评价等级见表1。

表1 检测项目的评价等级

对某一项目 mi评级为 nj，则隶属度为 sivj，由此得到聚乙烯燃气管道任一项目的单向量Si=[siv1,siv2,siv3,siv4]。采用归一化处理，除相应等级赋值为1外，其余赋值均为0。若某一项目评为2级，则Si=[0,1,0,0]，建立风险评估的因素矩阵S见式(1)。

式中：Si——聚乙烯燃气管道任一项目的单向量；

T——矩阵转置。

2.3 基于专家打分法分配项目权重

由各评价项目确定因素集 M=[mi]中各项目 mi在评判安全状况等级时所占的权重为Ui。按各项的重要程度进行打分，设专家总数为P，认为因素mi对安全状况影响程度最大的专家数为 Ri，可得Ui=Ri/P (i=1,2,3,4)，由此建立评价指标的系数向量U=(U1,U2,U3,U4,U5)。

2.4 安全状况等级评定及量化处理

安全状况等级评定结果B可按式(2)进行计算。

经过计算得到检验各项对应的各个评价等级的隶属度向量B=[bj](j=1,2,3,4)。该结果具有模糊性，因此采取百分制方法对检验结果进行量化处理。

2.5 模糊综合评价等级及检验周期确定

取评分区间的中间值得到分数向量 D=[dj]=[95,85,75,65]。

模糊综合评价分值F可按式(3)计算：

式中：F——模糊综合评价分值；

B——安全综合评价值，由式(2)计算得出；

D——评分区间分数向量。

参照埋地钢质管道腐蚀防护系统综合评价的分级方法，按式(3)计算得到的分值F对应4个评定等级，各等级对管道状况及检验周期的描述即为对聚乙烯燃气管道的综合评价，见表2。

表2 模糊综合评价等级划分

3 模糊评价法实际应用

对上海某燃气公司 4.9 km埋地聚乙烯燃气管道进行全面检验，收集数据并进行分类，包括资料审查数据、埋深、走向数据、沿线构筑物净距数据、地面标志物统计数据、跨越段检测数据、管道元件泄漏数据、焊接接头无损检测数据、理化检测数据等，并对各项目进行综合评价。

3.1 构建各项目单因素矩阵

(1) 管线资料。审查资料路段数共10条，其中资料齐全路段数为8条，2条路段缺少安装资料，资料齐全路段数占比达80%，依据表1，资料审查项目评级为1级。

(2) 宏观检查。宏观检查项目包括埋深、走向，沿线构筑物净距是否符合设计要求，地面标志数量，跨越段管道外观，阀门、法兰外观是否满足标准规范，开挖检测管材(包括管子和管件)本体是否损坏，开挖检测管基、警示带敷设是否合理。现场检测情况与符合标准规范要求数量占比见表3。

表3 宏观检查各因素符合要求数量占比

经与燃气公司人员根据实际检测情况共同确定各因素的权重配比，由式(4)得出各因素综合占比G1：

式中：G1——各因素综合占比；

X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7——埋深、走向等各因素符合要求的数量与现场检测数量的占比。

G1计算结果为84.1%。依据表1，宏观检查项目评级为1级。

(3) 开挖检测。开挖2处电熔接头，并按B31/T 1058—2017《燃气用聚乙烯管道(PE)焊接接头相控阵超声检测》进行相控阵检测。其中接头03-01评定等级Ⅰ级，接头03-02存在孔洞、未熔合等缺陷，经返修后再次检测，评定等级Ⅱ级。取最严重级别作为评价等级，则无损检测评级为Ⅱ级。依据表1，焊接接头缺陷评定等级为2级。

(4) 泄漏检测。泄漏检测主要统计阀井泄漏、调压柜泄漏、打孔泄漏、开挖泄漏中符合要求的数量，并计算占比。现场检查数据见表4。

表4 泄漏检测各因素符合要求数量占比

由检验人员与燃气公司人员根据实际检测情况共同确定各因素的权重配比，并计算各因素综合占比G2，即：

式中：Y1、Y2、Y3、Y4——阀井泄漏、调压柜泄漏、打孔泄漏、开挖泄漏各因素符合要求数量的占比。

G2计算结果为87.5%。依据表1，评级为1级。

(5) 氧化诱导试验。依据 DB31/T 1162—2019《燃气聚乙烯管道定期检验技术规则》分别对1号露管段和2号坑检试样进行氧化诱导时间试验，分别为33 min和178 min，均大于20 min。依据表1，评定等级为1级。

将以上各项目因素评级汇总，代入式(1)，构建各项目评级矩阵为：

3.2 基于专家打分法分配项目权重

邀请所属天然气管道管理公司3名技术人员及2名安全管理人员作为专家。其中，技术人员至少有2年的巡线经历，对受检天然气管道熟悉，参与管道的日常巡检、维护工作；管理人员具有特种设备安全管理培训经历，熟知本公司的安全管理体系、安全管理制度内容，且具有3年以上的压力管道安全管理经验。加上检验单位的3名现场检验人员、1名技术负责人和1名质量负责人，共10人共同组成专家团队对各检验项目权重表决，结果见表5。