天然气站场多属性指标风险评价方法研究

张锦伟，黄继烈，梁泉水，吴 强

中国市政工程西南设计研究总院有限公司燃气热力院（四川成都610081）

天然气站场多属性指标风险评价方法研究

张锦伟，黄继烈，梁泉水，吴 强

中国市政工程西南设计研究总院有限公司燃气热力院（四川成都610081）

针对天然气站场多属性指标风险评价的难点，提出采用模糊多属性理论方法来进行风险评价。将指标属性分为模糊属性指标和确定属性指标，针对不同属性指标采用不同的规范化处理方法。采用距离来衡量失效可能性大小和失效后果的严重程度，并计算风险距离。通过实例分析表明，多属性指标风险评价方法能够应用于天然气站场的风险评价中。

风险评价；多属性指标；模糊多属性理论；天然气站场；风险距离

天然气站场风险评价方法主要有定性、半定量和定量评价方法，3种方法在站场风险评价中均被广泛应用[1-3]。定性评价法主要采用模糊属性指标，半定量评价法采用非概率属性指标[4]，而定量评价法采用概率属性指标，后两种指标又可称为确定属性指标。在天然气站场风险分析中，风险因素可分为组织管理风险、人为因素风险、质量技术风险和环境风险等，众多风险因素较难采用单一属性评价指标来进行全面分析。因此，多属性指标将用于描述天然气站场的各种风险因素，并将多属性指标采用模糊多属性理论进行规范化处理，使各属性指标值均在统一范围内变化，且变化趋势一致。

通过规范化处理后，用距离大小来描述两要素各自的相对大小值，而后将其相乘得到风险距离，并对风险距离进行等级划分得到风险等级。最后，以某压气站风险评价为例验证这里提出的天然气站场风险评价方法的合理性。

1 天然气站场风险评价方法

天然气站场风险（R）是由失效可能性（P）与失效后果严重性（C）构成，风险等级可由图1所示的风险矩阵[5]来确定。由风险矩阵图可知，风险分为4个等级，分别为低风险Ⅰ、中等风险Ⅱ、较高风险Ⅲ及高风险Ⅳ。失效可能性分为5级，从1至5级其失效可能性依次增大；失效后果也分为5级，从A至E级其严重程度也依次增大。

图1 风险矩阵图

天然气站场风险评价方法主要分定性、半定量和定量风险评价，其各自的特点如下。

1.1 定性风险评价

定性风险评价方法主要通过专家经验并采用专家语言，对风险因素失效可能性和失效后果进行等级判断，而后将失效可能性等级与失效后果等级构成风险矩阵，风险等级可根据风险矩阵加以确定。该评价方法全依赖于专家的主观判断，且未计算出风险值，不能进行风险排序。

1.2 半定量风险评价

半定量风险评价方法是对风险因素间相对失效可能性的大小建立指标体系，对每个指标体系赋予一定的分值，而后将各指标体系分值相加再除以泄漏影响系数得到风险值。该评价方法的失效可能性指标体系采用专家意见进行构建，失效后果即泄漏影响系数为客观计算得到。该评价方法对专家主观判断的依赖性相对较弱，且能够计得到风险值和风险排序，故应用较广泛。

1.3 定量风险评价

定量风险评价方法采用风险因素的客观失效概率乘以失效后果来定量计算，从而得到风险值。该评价方法不依赖于专家的主观判断，且能够计算风险值和风险排序，但风险因素的客观失效概率难以准确得到，故应用受到一定限制。

2 多属性指标距离转化方法

由于天然气站场风险构成因素复杂，对天然气站场项目进行风险评价时，单一的某种评价方法难以满足要求，故需要将上述2种或3种风险评价方法结合起来进行分析。3种评价方法的失效可能性指标分别用3种不同属性的指标来体现，即定性评价方法用模糊属性指标来描述，半定量评价方法用非概率型确定属性指标来描述，而定量风险评价方法用概率型确定属性指标来描述。失效后果有2种不同属性指标，分别为模糊属性指标和非概率型确定属性指标。将采用模糊多属性理论[6]对3种不同属性的指标进行规范化处理，经规范化后，3种属性指标值均在[0，1]范围内。

2.1 模糊属性指标距离转化算法

2.1.1 指标表示方法

模糊属性指标采用5级模糊语言来描述，如用“低（L）”“较低（RL）”“中等（M）”“较高（RH）”“高（H）”来表示。将模糊语言转换成三角模糊数x=（a，b，c），其对应的隶属度函数μ（x）见图2。

图2 模糊数x对应的隶属度函数μ（x）

μ（x）的表达式见式（1）。其中，a，b，c为x对应的坐标值。

2.1.2 规范化方法

引入模糊属性两点理想点法[7]来进行模糊属性指标的规范化处理。其中分别表示j属性在决策者心目中可能的正负理想值。

理想点法转换公式为：

2.1.3 距离转化公式

任意两模糊数（x1，x2）的距离为两模糊数的左右模糊集相对距离的加权代数和，即加权考夫曼（Kaufmann）距离，根据上述定义加权考夫曼距离计算式为：

其中，β=0.5表示决策者为不确定中性者。

2.2 确定属性指标距离转化算法

2.2.1 指标表示方法

确定属性指标可以采用非概率确定属性指标，即用P＞1的数来表示，或采用概率确定属性指标P∈[0,1]的数来表示。

2.2.2 规范化方法

引入确定属性两点理想点法来进行模糊属性指标的规范化处理。其中分别表示j属性在决策者心目中可能的正负理想值。

理想点法转换公式为：

2.2.3 距离转化公式

确定数距离为两确定数之间的欧几里得（Eu⁃clidean）距离，其计算式为：

3 风险距离和风险等级

风险距离的计算采用失效可能性距离加上失效后果距离。失效可能性和失效后果距离是将各类属性指标通过多属性指标距离转化方法，进行规范化处理后通过公式（5）和（10）计算得到。

对风险距离进行等级划分即得到风险等级，其划分参考图1的划分方法。分用Rmin和Rmax来表示风险距离的最小值和最大值，其划分标准见表1。

表1 风险等级划分标准表

4 实例分析

以某压气站为例，对其进行风险评价。首先将压气站的风险因素分为三大类：人为因素、静设备因素、动设备因素。人为因素具有较大的不确定性，其失效可能性指标P1采用模糊属性指标来进行描述；根据文献[8]的研究，静设备因素失效可能性指标P2采用非概率确定属性指标来进行描述；根据文献[9]的方法，动设备因素失效可能性指标P3采用概率确定属性指标来进行描述。

站场人为因素主要对人员学历、经验和素质[10]来进行分析，得到该站场人为因素的失效可能性等级P1为“低”。

静设备包括承压容器、管道和阀门。根据文献[8]的方法，将静设备失效可能性总分赋予100分，根据站场实际情况得到静设备的失效可能性分值P2为86分。

动设备包括压缩机、泵。根据文献[9]相关方法计算得到其失效概率P3为0.015。

站场失效后果可借鉴管道风险管理手册[11]采用泄漏影响系数C来描述，取值为0.2～88，其值越大，表明后果越严重。由于天然气泄漏可能会引起火灾爆炸等严重后果，故站场泄漏影响系数C取80。

4.1 指标规范化

对失效可能性P和失效后果C进行规范化处理，首先需要确定各属性指标的正负理想值，见表2。

对P1值“低”进行规范化处理，首先根据图2确定其三角模糊数为（0，0，0.25），将其代入公式（4）经过规范化处理后，得到其值为（0，0，0.25）。

表2 正负理想值

对P2值86分进行规范化处理，由于指标分值的特殊意义，分值越大，表明失效可能性越低，故根据式（9）可得到规范化后，其值为0.14。

对P3和C的规范化处理过程与P2类似，但规范化公式采用公式（8），得到规范化后的值分别为0.015和0.909。

4.2 风险距离计算

将P1规划化后的值（0，0，0.25）代入公式（5）得到失效可能性距离D（P1）=0.0625，将P2、P3和C规范化后的值代入公式（10）得到D（P2）=0.14、D（P3）= 0.015、D（C）=0.909。

4.3 风险评价

4.3.1 风险距离计算

通过可靠性理论可以计算出失效可能性P1、P2、P3的综合失效可能性距离为0.218，从而可以得到风险距离为1.127。

4.3.2 风险等级确定

失效可能性指标与失效后果指标经过规范化处理后均在[0，1]内，风险距离为二者相加，故风险距离在[0，2]内。根据表1可以计算出风险等级划分区间表，见表3。

表3 风险等级划分区间表

根据表3可知，站场风险等级为“较高风险III”。

对该站场进行定性风险分析：站场失效可能性指标P1、P2、P3均处于较低等级而失效后果等级处于较高等级，将二者与图1风险矩阵进行对比，得到的风险等级同样为“较高风险III”。

两种风险评价方法的结果一致，与站场实际风险相符，因此本文提出的多属性指标风险评价方法，在天然气站场的风险评价中具有一定的适用性。

5 结论

1）提出了天然气站场多属性指标风险评价方法，解决了3种类型风险指标（定性、半定量和定量指标）难以综合计算风险值的难题。

2）通过实例验证，采用“相加”得到的风险值，能够反映站场的实际风险水平。

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Aiming at the difficulties in the multi-attribute risk assessment index of natural gas station,it is proposed to evaluate the risk of natural gas station using fuzzy multi-attribute theory.At first,the indexes are divided into the fuzzy attribute indexes and the determi⁃nation attribute indexes.Secondly,the distance is used to measure the probability of the failure and the severity of the failure result,and the risk distance is calculated.Finally,the analysis of an example shows that the multi-attribute index risk assessment method can be used for the risk assessment of natural gas station.

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左学敏

2016-04-03

张锦伟（1986-），男，硕士，主要从事燃气工程设计研究工作。