模糊层次综合评判法在锅炉供暖系统风险评估中的应用

王枭飞王天赐雒智铭王 倩

模糊层次综合评判法在锅炉供暖系统风险评估中的应用

王枭飞1,2王天赐2雒智铭2王 倩2

(1.解放军工程与环境质量监督局 北京 100142)

(2.首都经济贸易大学 安全与环境工程学院 北京 100070)

锅炉供暖是一个系统工程，锅炉供暖系统的目标是让每户室内温度都能达标，系统中有多个因素影响着最终温度是否达标，比如锅炉附属设备老化、管道跑冒滴漏、管理缺失等，而常规定期检验只是对锅炉单一因素的检查，对于预测锅炉潜在故障有限。本文从系统工程视角去思考整体锅炉供暖系统，通过建立比较全面的多因素影响指标体系，运用模糊综合分析法，结合现场锅炉供暖实际，全方位分析了整个系统，以揭示锅炉使用状态。结果表明，该方法操作性较强，为全方位评价锅炉供暖系统的安全节能情况提供了思路。

锅炉供暖系统 系统工程 模糊层次分析 综合安全节能评价

特种设备在当今社会发展速度迅猛，不论从锅炉、压力容器、压力管道等承压类特种设备来说，还是从电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场内专用机等机电类特种设备来说，增长率都是十分迅速。在特种设备成员里，锅炉是最基础、历史沿革最久、应用最广泛的动力设备之一。它主要承担着北方大中小城市的供暖保障任务，通常主要用于北方供暖、各地区生活用热水、工业或医院用汽。由于锅炉供暖吨位较大时，一般都是承压锅炉，它的危险性和影响范围都比较大。目前随着城市人口密度越来越大，且城市集中供暖模式发展速度越来越快，供暖保障范围也越来越大，影响人们生活的程度也越来越深。因此，供暖锅炉一旦发生故障或事故，将可能造成人身伤害与财产损失，严重时可能会发生人员冻伤、管道冻裂、锅炉爆炸等情形。

锅炉一般使用年限为15年，且随着使用时间的增加和频率的波动等变化，其中的零部件均会发生老化，锅炉逐渐显露出各方面的缺陷，比如：锅炉出力下降、锅筒漏水、炉墙坍塌、水冷壁爆管、烟管腐蚀严重、炉排片脱落、热效率低下、管道腐蚀严重、散热片气塞等。锅炉检验员通常按照TSG G7002—2015《锅炉定期检验规则》要求，对锅炉房内的锅炉本体、附属设备、安全附件、管理制度、人员资质的检验检查，为执法性质的符合性验证活动，缺少比较定量的评价，法定检验是每年一次[1]。在两次检验期间，故障率可能会逐步上升，但使用单位通常没有开展定量的安全评估工作，一般情况，只有当使用单位发生紧急停炉或者影响其正常使用时才开始检查，通常最先检查的是锅炉运行过程中所起保护作用的安全阀和压力表。国内风险评价的研究主要集中于检验、检测锅炉的故障和风险的辨识[2]。这说明了评价时考虑锅炉本体的因素较多，评价方法不够系统、不够全面立体。随着国家、军队对锅炉安全以及节能要求的不断提高，企业自身对规范化管理的需求加大，传统评价方法虽可以满足基本安全要求，但是还是不够量化，让使用单位心里底数不清。本文针对锅炉运行外部检验和停炉内部检验存在的弊端，运用系统工程中整体思维方法，全方位考虑整个锅炉供暖系统的风险水平，结合模糊层次理论和2年来的实践经验，建立了比较全面的立体式评价体系。该体系按照热量传递路径，由锅炉房锅炉出发，经过供热管道，达到热用户，再回到锅炉本体，按照循环思路整体思考系统风险，同时结合使用单位运行管理、设备管理、使用管理因素思考，构造出较准确的锅炉供暖系统评价指标体系，力求使评估结果科学合理。并用此方法开展现场实际锅炉供暖系统的综合评判。该方法简单可靠，实用性强，为锅炉供暖系统的风险评估提供了一种崭新的评价方法。

1 风险评价流程

锅炉供暖系统是一个多因素影响的复杂系统，其主要因素包括使用单位供暖管理是否规范、系统的设施设备运行是否正常、用户室内环境温度是否适宜、锅炉系统中设备能效是否达标等，因此，对供暖系统安全节能的评判必须具有系统性和整体性。本文综合考虑整个供暖系统的主要影响因素，逐步逐项的将风险因素按类别分层，先在最基础一层内进行模糊评判，接着对其上一层进行评判，最终得出整个系统的风险值，具体的综合评判方法的建立流程如图1所示[3]。

图1 锅炉供暖系统多层模糊综合评价流程图

1.1 建立评价指标体系

1）对整个锅炉供暖系统的风险因素进行个个识别，建立锅炉风险评判因素集合，主要包括设施、管理、能效三个单元的评价，锅炉供暖系统风险评判因素见表1。

表1 锅炉供暖系统多层综合评价模型风险因素指标体系

（续表）

2）对锅炉供暖系统的风险因素按属性分为3层：Ui= {ui1，ui2，…，uim}，其中，i=1，2，3。

根据锅炉供暖过程中系统的特点，按照法规中关于安全和节能因素的要求和锅炉供暖系统的供热目标，将风险因素指标体系分为3大类：设施、管理、能效，见表1。这些指标比较客观的反映锅炉供暖系统情况。

1.2 建立评判集

本文中，锅炉供暖系统事故发生可能性的结果分为5种，表示为V={v1，v2，…，v5}{好/Ⅰ级，较好/Ⅱ级，中等/Ⅲ级，较差/Ⅳ级，差/Ⅴ级}。同时便于最后定量化评价结果，给每个评价级别赋值。

表2 安全风险等级表

1.3 建立评价指标的权重

首先对各Ⅰ级指标ui应分配相应的权重值ai(i=1，2，…，m)通常要求ai≥0，以反应该级评价指标的重要程度，各子因素uij的权重集合为Ai=(ai1，ai2，…，aij)，aij≥0， ∑kj=1aij=1，根据各个II级评价指标对Ⅰ级指标的隶属程度来确定各II级指标的权重aij(i=1，2，…，m；j=1，2，…，k)。确定权重的方法常用的有层次分析法、Delphi法、专家估计法、加权平均法等[4]。本文根据锅炉供暖系统，采用定性与定量分析相结合的层次分析法(Analy tic H ierarchy Process，AHP) 来确定指标体系的权重集[5]。

1.4 建立评价矩阵

第一步，请供热设计或检验行业的20位专家对各III级子因素状况进行投票，建立各子因素的评分等级。分别求出各子系统的Ri。

1.5 求综合评价结果

其次，根据Bi= Ai⋅ Ri，通过归一化处理后，可以得到各因素的综合评价结果[6]。最后，进一步处理Bi使其数值化，即计算锅炉系统综合评价得分F：F= B⋅eT，之后根据表3可查看安全级别。下面以设施系统的锅炉房子系统为例说明评价方法。

表3 锅炉定量评价安全级别

2 应用实例

根据上述评价指标流程，对实际锅炉供暖系统进行评价，以吉林省某锅炉使用单位为例。锅炉基本情况如下：锅炉制造单位为梅河口市宏源锅炉有限公司，产品编号为1103S，制造日期为2011年4月7日，设备代码为01201403040002244，燃料种类为燃煤锅炉，型号为DZW 7.0-1.0/95/70-AⅡ，额定出力为7MW，额定压力1.00MPa，使用压力0.40MPa。检验机构的常规定期检验发现的问题及处理意见为：1）该锅炉无除氧设备，应安装；2）前烟箱绝热层大面积脱落，应修复。检验结论为整改后运行。从检验情况可以看出，检验给出的意见过于简单，没有定量的评价锅炉供暖系统的安全状况，只是从锅炉本体及其附属设备出发进行了检验，实用性不强。下面对本台锅炉进行模糊层次评价，具体过程如下：

2.1 各因素权重的确定

根据使用单位提供的数据资料及检验报告，以评价锅炉房子系统为例，从III级指标出发，影响因素包括锅炉本体、泵与风机、水处理（除氧）装置、自动调节、环保措施，综合分析各因素之间的相对重要程度，从而建立评判矩阵。其权重采用求和法计算：

同理，根据层次分析法计算得各评价指标权重集如下：

2.2 评价矩阵的确定

请行业专家对各子因素状况进行投票，建立各子因素的评分等级，从而可确定Rij。见表4～表11，分别给出了各因素的评价表。

表4 锅炉房的评价表

表5 供热管网的评价表

表6 室内供暖系统的评价表

表7 运行管理的评价表

表8 设备管理的评价表

表9 应急管理的评价表

表10 效率的评价表

表11 温度的评价表

2.3 综合评价结果确定

根据Bi= Ai⋅ Ri，通过归一化处理后，可以得到各因素的综合评价结果。下面以设施系统的锅炉房子系统为例说明评价方法。

从而确定

同理可得出：

总模糊综合评价

最后根据F = B⋅ eT，定量化最终结果，即

该锅炉供暖系统安全级别为III级，评价语言为异常，该单位为基本合格单位，个别指标处于超标边缘，锅炉存在一定安全隐患，与实际锅炉检验结果一致，比较全面反应该单位的供暖系统。

3 结论

锅炉供暖综合评价要从整个循环系统来考虑，运用系统工程思维去对锅炉供暖系统进行整体评价，这样结果的可靠性和准确性就会比较科学。但是，也清楚的看到，该评价结果很大程度上取决于合理的评价指标体系、指标权重分配，因此对具体使用单位进行评价时，还应当结合使用单位锅炉供暖实际对指标进行科学赋值。另外，也可看到各评价指标的权重值及最后一层因素评价矩阵对评价结果影响较大，应该根据实际准确评估。本方法简单可靠，整个供暖系统的模糊综合评价结果比较符合使用单位实际情况。

[1] 中华人民共和国特种设备安全法[M]．北京：中国质检出版社，2013.

[2] 丁守宝，刘富君．我国特种设备检测技术的现状与展望[J]．中国计量学院学报，2008，19(4)：304-308.

[3] 邢刚，钱恒，贾磊．模糊层次综合评判法在电梯风险评估中的应用[J]．电子设计工程，2015，8（23）：49-52.

[4] 魏胜桃，张树海，李文军，等．模糊综合评价在焦化企业安全评价中的应用［J]．工业安全与环保，2010,，36 (7)：58-59．

[5] 刘新宪，朱道立．选择与判断［M]．上海：上海科学普及出版社，1990．

[6] 邓琼．安全系统工程[M]．西安：西北工业大学出版社，2009.

Application of Fuzzy Hierarchy Comprehensive Evaluation Method in Boiler Heating System Risk Assessment

Wang Xiaofei Wang Tianci Luo Zhim ing Wang Qian

(1. Bureau of Engineering and Environment Quality Supervision of the People’s Liberation Army Beijing 100142)

(2. College of Safety and Environmental Engineering, Capital University of Econom ics and Business Beijing 100070)

Boiler heating is a system engineering. The goal of boiler heating system is to make every indoor temperature can be up to standard, and there are multiple factors in the system affecting the fnal temperature, such as boiler ancillary equipment aging, pipeline leak, lack of management, etc. And single factor is tested for boiler in regular periodic inspection, which is lim ited on failure potential prediction for boiler. From the perspective of system engineering, this article considers boiler heating system as a whole, by the establishment of index system of comprehensive multi-factor infuence, and using the fuzzy comprehensive analysis method and the actual boiler heating. Finally the whole system is analyzed, in order to reveal the boiler use state. The results show that the method is strong maneuverability, and this kind of method for comprehensive evaluation of the safety of the boiler heating system energy saving situation provides a train of thought.

Boiler heating system System engineering Fuzzy analytic hierarchy Comprehensive security and energy-saving evaluation

X 933.2

B

1673-257X(2017)06-0028-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.008

王枭飞（1990～)，男，硕士，助理工程师，从事军队营房特种设备监督管理工作。

王枭飞，E-mail: 332560534@qq.com。

2016-10-11）