基于层次分析法的核电工程安装质量问题原因分析方法及其应用

马尚国

中圖分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）12-122-03

摘 要 该文根据层次分析法基本原理，建立核电工程安装质量问题影响因素层次结构模型。以工艺管道法兰泄漏问题为例，经过改进措施的实施，有效减少法兰泄漏问题的出现。该文提出的核电工程安装质量问题原因层次结构模型对在建核电工程质量问题原因分析、原因重要程度排序具有较好的实践意义，有利于促进核电工程质量科学化管理水平的提升。

关键词 层次分析法 层次结构 质量问题原因分析 法兰 泄漏

核电站施工质量控制管理是系统工程，任何一个质量问题的产生将最终影响到施工质量，有可能导致重大质量事故。质量问题的原因可能错综复杂，因此一种多原因、多准则，而且科学合理的质量问题原因分析方法，对于核电工程质量控制管理人员分析问题的主要原因，提高质量控制管理水平，有着较为重要又积极的意义。

一、层次法分析法原理

层次分析法（AHP）是美国运筹学家托马斯萨蒂教授在20世纪70年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方法[1]。AHP把一个复杂的问题表示为有序的递阶层次结构，将各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法。

层次分析法（AHP） 确定权重的计算步骤如下[1]：

（一）构造判断矩阵

（二）计算重要性排序

根据判断矩阵，求出其最大特征根λmax所对应的特征向量w。方程为Pw=λmax·W，所求特征向量W经归一化，即为各评价因素的重要性排序， 也就是权重分配。

（三）一致性检验

以上得到的权重分配是否合理，还需要对判断矩阵进行一致性检验。检验使用公式：CR=CI/RI。（CR 为判断矩阵的随机一致性比率；CI为判断矩阵的一般一致性指标，它由公式：CI=（λmax-n）/（n-1）给出）

RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，当n为1至9时，RI分别为0，0，0.52，0.89，1.12，1.26，1.36，1.41，1.46。

当判断矩阵P 的CR<0.1时或λmax=n， CI=0时，认为P具有满意的一致性，否则需调整P中的元素以使其具有满意的一致性。

（四）确定合成权重向量，对各层次元素比较并排序

层次分析法最后是需要求得各个元素对目标的权重向量，才能做出最后进行对比评价的参考依据。假设Pi代表第n-1层元素对n 层的相对权重向量，Wi代表第n-1层元素对总目标的合成权重向量，则第n层元素对总目标的合成权重量的计算公式为：

确定各元素最终权重向量，就可以判断各个元素对目标影响力的大小，为最终决策提供依据。

二、基于层次分析法的核电工程安装质量问题原因分析的模型建立

根据层次分析法的原理，针对核电工程安装质量问题，建立递阶层次结构模型。目标层（A）表示核电工程安装质量问题原因的重要程度进行排序。准则层（B）表示从问题发生的概率、问题的危害、问题解决的难易程度和改进的难易程度这四方面的准则，对问题进行排序。发生的概率和问题的危害由高到低排序，问题解决的难易程度和改进的难易程度由难到易排序。因素层（C）表示对质量问题产生的原因进行识别评，评价导致该问题产生的原因因素。

根据上述层次的划分，建立如下核电工程安装质量问题原因因素的层次结构模型。

三、基于层次分析法的核电工程安装质量问题原因分析的模型应用

在核电站中，法兰是管道、设备、阀门、管道在线部件和仪表等进行连接的最常见又非常重要的可拆密封连接形式。法兰泄漏的危害主要有：一是机组停运风险；二是威胁反应堆安全；三是放射性污染风险；四是设备进水损失风险；五是厂房氢爆风险；六是人员伤亡风险。

通过收集汇总核电工程出现的各类法兰泄漏问题，并对原因进行识别分析主要原因为：一是紧固力矩与顺序控制不当；二是法兰密封面损伤；三是法兰垫片缺陷；四是法兰安装偏差；五是法兰部件使用错误；六是其他原因。

（一）基于层次分析法的核电工程管道法兰泄漏问题模型的应用

根据对核电工程管道法兰泄漏原因的分析，应用层次结构模型。

按照上图所示结构，通过对核电工程管道安装专业方面的专家进行调查和咨询，应用萨迪教授的 1-9标度法[1]，对不同的比较结果给以数量标度。

对各层指标两两比较便可得到下一层的判断矩阵，详见以下表1

最大特征根 λmax=4.02113 一致性CR=0.0939 CI=0.0835

同理，得出各级指标的权重指标B1-C，B2-C，B3-C，B4-C，B5-C和B6-C判断矩阵权重分别为：

B1-C=（0.3953，0.2175，0.1715，0.1099，0.0663， 0.0394）；最大特征根 λmax=6.3749，一致性CR=0.0595，CI=0.075；

B2-C=（0.3261，0.2377，0.185，0.1163，0.0907， 0.0442）； 最大特征根 λmax=6.3765，一致性CR=0.0598，CI=0.0753；

B3-C=（0.3971，0.1947，0.1287，0.1653，0.0795， 0.0347）；最大特征根 λmax=6.3671，一致性CR=0.0583，CI=0.0734；

B4-C=（0.3435，0.2548，0.1736，0.1168，0.0787， 0.0327）；最最大特征根 λmax=6.3873，一致性CR=0.0615，CI=0.0775；

根据以上判断矩阵计算出总排序及权重因子C1（0.3532）> C2（0.2266）> C3（0.1667）> C4（0.1297）> C5（0.0842）> C6（0.0396）。因此，在采取措施应对法兰泄漏时，按照上述原因顺序应对。

（二）核电工程管道法兰泄漏问题解决与应对措施

1.控制紧固力矩值与顺序

当紧固力矩值过小、过大或紧固力顺序不当时，法兰密封性能均无法实现。因此要求：检查力矩扳手是否有使用的缺陷，力矩板手施力速度保持平稳，方向与沿扳手方向保证垂直；检查力矩扳手台账，是否对有效期进行跟踪；拧紧力矩按对称拧紧法或三角拧紧法，不能一次拧紧到最终力矩，而应分三次进行，三次分别拧紧到最终力矩的20%、40%和100%，每次紧固后检查平行度。

2.明确密封面保护方法，降低密封面损伤风险

法兰密封面保护方法是保证不泄漏的主要措施。在法兰验收时，要求采用硬保护与软保护相结合的方式。在法兰运输和安装阶段应监督检查做好：法兰密封面是否直接和水泥地面接触；是否使用纸板、泡沫板等垫起或包装，减少法兰与其他物项碰撞；检查法兰密封面是否有纵向划痕、损伤、等缺陷，安装过程严禁直接敲击密封面。

3.加强质检力度，减少法兰垫片缺陷

预防垫片质量缺陷是保证密封的首要问题。验收时核对垫片质量证明文件，检查垫片是否存在损伤，存储条件是否正确。要求各级质控人员：法兰检查前，核对垫片是否与图纸和设计文件要求一致；检查垫片是否进行清洁处理，安装和保护是否符合要求；检查垫片表面是否存在径向划痕、开裂、腐蚀、破损等情况，垫片的外径、厚度，垫片的宽度是否符合配对法兰的要求。

4.强化事前与事中预控，避免法兰安装偏差

以往对法兰安装偏差的控制，强调的是法兰拧紧力矩后的平行度与同轴度的最终检查，为避免强紧螺栓消除法兰偏差的问题，要求安装人员和质检人员：法兰焊接组对时，初步检查平行度；焊接过程要监控；一旦出现偏差或变形，采取措施纠正。为避免法兰安装不给相连设备或管道增加应力，两固定点间的最后一对法兰，在自由状态下，达到法兰平行度的要求且螺栓能自由穿入。

5.加大法兰部件使用过程监督，确保可追溯性控制

法兰部件进行验收时，要求验收人员核对出场合格证明与复验报告，核对标识与标记是否完整，尺寸规格是否符合要求。对验收不合格或资料不齐全的法兰部件严禁使用。法兰物项在领用时，明确法兰使用的部位和系统。安装过程中，应监督核对实体标记与图纸的一致性；安装记录中填写紧固件炉批号，确保与图纸匹配，保证可追溯性；安装完成后核对实体标记。

（三）改进措施实施效果

在各方的支持和配合下，上述措施得有效落实，并取得了较好的效果：

（1）通过对紧固力矩与顺序控制不当的改进措施；安装人员进一步掌握了力矩扳手的使用方法，施力方向以及力矩扳手选择；紧固力矩顺序和方法符合了要求，基本消除了紧固力矩与顺序控制不当情况。

（2）通过明确法兰密封面保护方法，有效降低法兰安装前密封面损伤情况发生。

（3）通过加强法兰垫片安装全过程的质量控制力度，降低垫片缺陷问题的出现，大多数垫片缺陷问题在安装前已经消除了隐患。

（4）通过事前与事中预控法兰安装偏差问题的产生，消除了强紧螺栓现象产生，法兰安装后平行度和同轴度合格率大幅度地提高。

（5）通过加大法兰部件材料过程监督，细化法兰部件可追溯性管理，杜绝法兰部件使用错误问题的发生。

四、结语

通过运用层次分析法，建立核电工程安装质量问题原因因素的层次结构模型，以工艺管道法兰泄漏问题为例进行分析研究，经过邀请专家权重打分，对影响问题因素量化排序，通过相应的改进措施，有效地减少了法兰泄漏问题的发生，提高了法兰安装质量。得出以下结论：

（1）层次分析法能很好地解决核电工程安装质量问题定量和定性相结合的原因分析，实际使用时，根据专家意见构造判断矩阵， 而最后的评估结论严格依据数学计算，并借助计算机软件。

（2）采用层次分析法，可以建立一套科学、高效、量化的评价准则，在根据专家对权重打分排序后，将人的主观判断进行了量化，可以定量判断影响工程质量的主导因素，为质量问题原因提供准确的分析，对核电工程实施质量控制提供了强有力的指导意义。

（3）建立基于层次分析法的核电工程质量问题层次分析模型，可以合理、科学、全面地解决不确定性、多层次性和复杂性的核电工程质量问题，对核电工程质量问题原因分析具有较好的實践意义。

参考文献：

[1]张炳江.层次分析法及其应用案例[M].北京：电子工业出版社，2014.