CN104715163A - 一种埋地油气管道风险评估方法 - Google Patents

Abstract

一种埋地油气管道风险评估方法，包括以下步骤：A.确定影响管道风险评估的因素集；B.根据评价需求确定管道风险评估备选集；C.采用熵权法计算管道风险因素集中各因素权重；D.采用组合层次分析法计算管道风险因素集中各因素权重，并将步骤C中计算的权重融入到层次分析法计算过程中，获得最终因素权重值；E.利用步骤D得到的权重，对管道风险单因素进行模糊评价；F.迭代步骤E的计算过程，实现对埋地油气管道风险多级模糊综合评估。该方法避免了管道风险因素权重过于主观或过于客观的问题，求得各因素权重更加客观准确；同时，通过建立模糊综合评估模型对埋地油气管道风险进行评估，使评估结果更加准确、客观、合理。

Description

一种埋地油气管道风险评估方法

技术领域

本发明涉及一种埋地油气管道风险评估方法，尤其涉及一种采用多层次模糊评价方法构建评估模型，根据历史数据和多目标决策指标权重计算方法，实现对埋地油气管道风险评估的方法。

背景技术

随着我国石油、化工、冶金、电力、机械及城市燃气等行业的迅速发展，各类管道的重要性日益显现。作为输送系统，由于它所输送介质的多样性，如具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性和高压等性质，极易发生泄漏、爆炸、燃烧及中毒等事件。这些事件的发生，往往会给人们生命财产造成损失并对环境造成污染，所以确保管道安全运行，一直是人们关注的焦点。埋地管道涉及企业厂区的工业管道、输送油气的长输管道和城市燃气管道，它们会给地面设施和人员带来隐蔽性潜在危险，对工业安全生产和人们生活以及社会稳定威胁极大。由于这类管道的情况复杂，检测、维护和对风险的辨识都非常困难，确保它们的安全运行在工业安全生产中甚至是城市建设中是一个至关重要而且必须解决的问题。

管道风险评价技术是以诱发管道事故的各种因素为依据，以影响因素发展成危险的可能性为条件，以事故后果造成的综合经济损失为评估指标对在役油气管道的运行安全程度进行综合评价。根据评价结果的量化程度可把风险评价方法分为三大类，即：定性风险评价方法、半定量风险分析方法、定量风险分析方法。定性风险评价的主要作用是找出管道系统存在哪些事故危险，诱发管道事故的各种因素所处状态，以及这些因素在何种条件下会导致管道失效事故的发生和对系统产生的影响程度，从而最终确定控制管道事故的措施。传统的定性风险评价方法有安全检查表法、预先危险性分析法、危险可操作性研究、失效模式、后果与严重度分析法等方法。此类方法的优点是简单、容易掌握、便于操作，且评价过程和结果直观，可以清楚地表达出来管道的当前情况。其使用局限是评价结果不能量化；定量风险分析是管道风险分析的高级阶段，它是将产生管道事故的各类因素处理成随机变量或随机过程，通过对单个事件概率的计算得出油气管道的最终事故的发生概率，然后再结合量化后事故后果计算出管道的风险值。故障树分析方法、事件树分析方法等都是这类方法。定量风险分析方法在评价的过程中有充足的理论依据，结果准确可靠。它与定性风险技术的不同在于必须在大量的设计资料、施工和竣工资料、运行资料的基础之上，建立完善的数据库管理系统，然后进行分析求解。这类方法要求数据准确、充分，但通常要消耗大量的人力和物力；半定量风险评价方法则介于定量风险评价方法与定性风险评价方法之间。半定量风险评价方法，所需原始数据较少、评价成本较低，因此许多国家在开发管道风险评价分析技术的初期都是从半定量评价法开始的，并且管道风险评价大多数仍处于半定量评价的技术水平。

因此，为了保证埋地油气管道风险评估的科学性与准确性，迫切的需要一种新的油气管道风险评估方法，从而使风险评估的结果更加准确、客观、合理。

发明内容

本发明从模糊理论的角度出发，根据管道的实际运行情况确立评价因素集和备选集，利用管道运行历史数据和熵权法计算各指标权重，利用组合层次分析法确定各层指标的权重值，将熵权法获得指标权重值与组合层次法分析法求得的子准则的权重进行融合，获得新的子准则权重和最终指标权重，利用模糊数学中的多层次模糊评价方法构建风险评估模型，实现风险评估结果更加准确、客观、合理。

为达到上述目的，提供一种新的埋地油气管道风险评估方法，主要包括以下步骤：

A.建立评估因素集

因素就是被评价对象的各种品质因素，在本发明中即是引起埋地油气管道失效和由于失效而造成的后果的严重程度的各影响因素。评价对象的因素集一般用U表示，假设影响埋地油气管道风险的因素m个，评估对象的因素集可表示为：

U＝{u₁,u₂,…,u_m}

B.建立评估备选集

备选集是对埋地油气管道风险评估做出的各种总的评价结果所组成的集合，一般以评定取值区间或程度语言作为评价目标，假设埋地油气管道失效可能性的分级情况有n种，评估备选集可以表示为：

V＝{v₁,v₂,…,v_n}

C.确定因素权重

(1)权重确定应考虑各个因素对埋地油气管道存在风险的影响程度。根据埋地油气管道的失效风险案例的历史数据，利用熵权法得到各个因素的客观权重为A＝{α₁,α₂,…,α_n}；

(2)利用几何平均法、算数平均法、特征向量法、最小二乘法四种层次分析法计算方法建立组合层次分析法权重计算模型，利用四种方法分别求出权重向量，并进行排序和综合分析，最终获得各上层准则权重为B＝{β₁,β₂,…,β_n}，各子准则权重为

(3)将熵权法获得指标权重值与组合层次法分析法求得的子准则的权重进行融合，获得新的子准则权重和最终指标权重W＝{ω₁,ω₂,…,ω_n}。

D.单因素模糊综合评价

单因素模糊综合评价又称为一级模糊综合评价。对于每类因素u_i，因素u_ij对于备选集中v_k(k＝1,2,…,n)的隶属度为r_ijk，r_ijk可表示为相应的评价矩阵如下所示：

其中，_gi表示第i类因素中构成因素的个数。一级模糊综合评价矩阵：

B_i＝W_iR_i＝(b_i1,b_i2,…,b_in)

其中 $b_{\mathrm{ik}}=\underset{j=1}{\overset{g_i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ij}}{r}_{\mathrm{ijk}}$

R＝(B₁,…,B_i,…,B_m)^T

其中R为[U×V]上的模糊矩阵。

E.模糊综合评价

在一级模糊综合评判的基础上，对因素类的影响进行二级模糊综合评判，二级模糊综合评判矩阵：

B＝WR＝(b₁,…,b_k,…,b_m)

其中 $b_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{b}_{\mathrm{ik}}$

迭代上述方法，根据管道的实际运行状况，可进行多级模糊综合评价，最终实现埋地管道的风险评估。

本发明的有益效果是，较之一般的熵权-层次分析法获得的因素权重值更客观，在分别用熵权法和组合层次分析法获得各个因素的权重，求取综合权重时，将主客观两种方法的中间过程相结合来计算综合权重，而不仅仅是各自最终权重的简单综合，构建多级模糊综合评估模型，对埋地管道的风险性进行评估，使评价结果更加科学、准确、公正、合理。

附图说明

图1是埋地油气管道风险评估方法流程图。

图2是埋地油气管道事故因素层次结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

第一步：建立评估因素集

因素就是被评价对象的各种品质因素，在本发明中即是引起埋地油气管道失效和由于失效而造成的后果的严重程度的各影响因素。评价对象的因素集一般用U表示，假设影响埋地油气管道风险的综合评估因素m个，评估对象的综合评估因素集可表示为：

U＝{u₁,u₂,…,u_m}

在附图2中，影响埋地油气管道风险的综合评估因素共有4个，即m＝4，各个子因素评价集：

u₁＝{u₁₁,u₁₂,u₁₃,u₁₄,u₁₅,u₁₆}

u₂＝{u₂₁,u₂₂}

u₃＝{u₃₁,u₃₂,u₃₃,u₃₄}

u₄＝{u₄₁,u₄₂,u₄₃,u₄₄,u₄₅}

其中：

u₂₁＝{u₂₁₁,u₂₁₂,u₂₁₃,u₂₁₄}

u₂₂＝{u₂₂₁,u₂₂₂,u₂₂₃,u₂₂₄,u₂₂₅,u₂₂₆,u₂₂₇}

第二步：建立评估备选集

备选集是对埋地油气管道风险评估做出的各种总的评价结果所组成的集合，一般以评定取值区间或程度语言作为评价目标，假设埋地油气管道失效可能性的分级情况有n种，评估备选集可以表示为：

V＝{v₁,v₂,…,v_n}

如假设n＝5，v₁,v₂,v₃,v₄,v₅可分别表示为高、较高、中等、较低和低5个风险失效等级。

第三步：确定因素权重

权重确定应考虑各个因素对埋地油气管道存在风险的影响程度。根据埋地油气管道的失效风险案例的历史数据，利用改进的熵权-层次分析法得到各个因素的权重；

(1)权重确定应考虑各个因素对埋地油气管道存在风险的影响程度。根据埋地油气管道的失效风险案例的历史数据，利用熵权法得到各个因素的客观权重为A＝{α₁,α₂,…,α_n}；

(2)设有m个上层准则，n个子准则，每个上层准则分别包含n₁,n₂,…,n_m个子准则，并且n₁+n₂+…+n_m＝n。利用几何平均法、算数平均法、特征向量法、最小二乘法四种层次分析法计算方法建立组合层次分析法权重计算模型，利用四种方法分别求出权重向量，并进行排序和综合分析，最终获得各上层准则权重为B＝{β₁,β₂,…,β_n}，各子准则权重为其中，各层次的判断矩阵A＝(α_ij)_n×n，四种计算方法分别如下：

几何平均法：

$W_i=\frac{{\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}\right)}^{\frac{1}{n}}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}\right)}^{\frac{1}{n}}},i=\mathrm{1,2},...,n$

算数平均法：

$W_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{kj}}},i=\mathrm{1,2},...,n$

特征向量法：

将权重向量W右乘判断矩阵A,如下：

AW＝λ_maxW

其中λ_max是判断矩阵的最大特征值，存在且唯一，W的分量均为正分量；

最小二乘法：

用拟合法确定权重向量，使残差平方和为最小.即求解如下模型：

$\min Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\α}}_{\mathrm{ij}}{w}_j-w_i)}^2,$

$s.t.\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i=1$

w_i>0,i＝1,2,…,n

(3)将熵权法获得指标权重值与组合层次法分析法求得的子准则的权重进行融合，对子准则权重Φ与熵权法求得的权重A综合，求得子准则综合权重T＝{τ₁,τ₂,…,τ_n}，其中，按照子准则与上层准则的对应关系，重新表示子准则综合权重为：

分别对每一上层准则下子准则的综合权重归一化得：

其中k＝n₁,n₂,…,n_m，i＝1,2,…,m；

(4)将上层准则权重B与所求得的综合权重W”对应相乘，得权重W'：

其中ω'_ij＝β_i×ω”_ij，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,k，k∈{n₁,n₂,…,n_m}；

(5)将W'重新表示为W'＝{ω'₁,ω'₂,…,ω'_n}，并归一化得W＝{ω₁,ω₂,…,ω_n}_。

第四步：单因素模糊综合评价

单因素模糊综合评价又称为一级模糊综合评价。对于每类因素u_i，因素u_ij对于备选集中v_k(k＝1,2,…,n)的隶属度为r_ijk，r_ijk可表示为相应的评价矩阵如下所示：

其中，_gi表示第i类因素中构成因素的个数。一级模糊综合评价矩阵：

B_i＝W_iR_i＝(b_i1,b_i2,…,b_in)

其中 $b_{\mathrm{ik}}=\underset{j=1}{\overset{g_i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ij}}{r}_{\mathrm{ijk}}$

R＝(B₁,…,B_i,…,B_m)^T

其中R为[U×V]上的模糊矩阵。

第五步：模糊综合评价

在一级模糊综合评判的基础上，对因素类的影响进行二级模糊综合评判，二级模糊综合评判矩阵：

B＝WR＝(b₁,…,b_k,…,b_m)

其中 $b_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{b}_{\mathrm{ik}}$

迭代上述方法，根据管道的实际运行状况，可进行多级模糊综合评价，最终实现埋地管道的风险评估。

当然，本发明上述实施方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种埋地油气管道风险评估方法其特征在于，主要包括以下步骤：

A.建立评估因素集

因素就是被评价对象的各种品质因素，在本发明中即是引起埋地油气管道失效和由于失效而造成的后果的严重程度的各影响因素，评价对象的因素集一般用U表示，假设影响埋地油气管道风险的因素m个，评估对象的因素集可表示为：

U＝{u₁,u₂,…,u_m}

B.建立评估备选集

备选集是对埋地油气管道风险评估做出的各种总的评价结果所组成的集合，一般以评定取值区间或程度语言作为评价目标，假设埋地油气管道失效可能性的分级情况有n种，评估备选集可以表示为：

V＝{v₁,v₂,…,v_n}

C.确定因素权重

(1)权重确定考虑各个因素对埋地油气管道存在风险的影响程度，根据埋地油气管道的失效风险案例的历史数据，利用熵权法得到各个因素的客观权重为A＝{α₁,α₂,…,α_n}；

(2)利用几何平均法、算数平均法、特征向量法、最小二乘法四种层次分析法计算方法建立组合层次分析法权重计算模型，利用四种方法分别求出权重向量，并进行排序和综合分析，最终获得各上层准则权重为B＝{β₁,β₂,…,β_n}，各子准则权重为

(3)将熵权法获得指标权重值与组合层次法分析法求得的子准则的权重进行融合，获得新的子准则权重和最终指标权重W＝{ω₁,ω₂,…,ω_n}；

D.单因素模糊综合评价

单因素模糊综合评价又称为一级模糊综合评价，对于每类因素u_i，因素u_ij对于备选集中v_k(k＝1,2,…,n)的隶属度为r_ijk，r_ijk可表示为相应的评价矩阵如下所示：

其中，g_i表示第i类因素中构成因素的个数，一级模糊综合评价矩阵：

B_i＝W_iR_i＝(b_i1,b_i2,…,b_in)

其中 $b_{\mathrm{ik}}=\underset{j=1}{\overset{g_i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ij}}{r}_{\mathrm{ijk}};$

R＝(B₁,…,B_i,…,B_m)^T

其中R为[U×V]上的模糊矩阵；

E.模糊综合评价

在一级模糊综合评判的基础上，对因素类的影响进行二级模糊综合评判，二级模糊综合评判矩阵：

B＝WR＝(b₁,…,b_k,…,b_m)

其中 $b_k=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_i{b}_{\mathrm{ik}};$

迭代上述方法，根据管道的实际运行状况，可进行多级模糊综合评价，最终实现埋地管道的风险评估。