基于层次分析法的某压力管道连接方式选择

车 刚

(泰安市特种设备检验研究院，山东 泰安 271000)

0 引 言

压力管道是油气远距离输送的主要方式，一般处于高压的状态下，工作跨度大，涉及多处管道连接点。通过管道连接不仅可以节约管道投入成本，更能保证整个系统的安全运行[1-3]。高压管道的连接方式主要有法兰连接和焊接连接两种，但是在输油管道连接方式的选择上并没有相关的标准。本文运用层次分析法建立一个有充分理论依据的评价模型，使压力管道连接方式的选择能够有较强的理论基础。

1 层次分析法

层次分析法(AHP)是美国匹兹堡大学运筹学家T. L. Satty于20世纪70年代初期提出的一种定性分析和定量计算相结合的多目标决策分析方法，其基本思想是先把复杂问题分解成各个组成因素，再把这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，然后通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，最后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总的排序。运用AHP进行决策时，大体可以分为如下4个基本步骤[4-5]。

1.分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构。

2.对同一层次的各元素关于上一层中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵，并进行一致性检验。

3.由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重。

4.计算各层要素对系统目的(总目标)的合成(总)权重，并对各备选方案排序。

2 压力管道连接方式评价模型

2.1 问题分析

压力管道连接方式的考察因素有以下几方面：

1.经济性。压力管道涉及到大量的连接点，在满足安全性的条件后，综合考虑连接方式的经济性将会带来更大的效益。

2.稳定性。为了保证输油过程的持续进行，必须考虑连接方式的稳定性，如强度等。

3.密封性。输油管道内介质通常为石油或天然气，若密封性不好，不仅会造成经济损失，严重时还会影响管路周围环境。因此，在选择管道连接方式时，必须考虑较好的密封性。

4.可维护性。管路连接在压力管道中比较重要的就是方便拆卸、维修及更换，节约大量成本。因此，应尽量选择可维护性好的连接方式。

2.2 备选方案特征分析

方案一：焊接连接。管道焊接连接牢固、强度大；安全可靠、经久耐用；接口密封性好，不易跑、冒、滴、漏；不需要接头配件，造价相对较低；维修费用低。但是焊接连接受施工人员技术水平影响，质量参差不齐，而且接口固定，检修、更换不方便。

方案二：法兰连接。法兰连接方式广泛应用于石油、化工以及电力等工业领域。法兰连接拆卸方便、强度高、密封性能好、使用较为方便。但是安装时对法兰的要求较高，法兰的密封面不能碰伤，并且要清理干净，其成本也相对较高。

2.3 递阶层次结构的建立

连接方式选择递阶层次结构见图1。

图1 连接方式选择递阶层次结构Fig.1 Hierarchical structure of connection mode selection

2.4 建立各阶层的判断矩阵A

对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵。

2.5 计算相对权重

表1 判断矩阵1

=4.068

=4.049

=4.033

=4.054

R.I.=0.89

同理可得表2、表3、表4和表5。

表2 判断矩阵2Table 2 Judgment matrix 2

表3 判断矩阵3

表4 判断矩阵4Table 4 Judgment matrix 4

表5 判断矩阵5Table 5 Judgment matrix 5

2.6 计算合成权重

表6 合成权重Table 6 Composite weight

3 结束语

从以上结果可以看出，在压力管道的连接方式中，焊接连接要优于法兰连接。但是就层次分析法来说，首先，它是一种模拟人脑决策方式的方法，定性成分较多，而定量成分较少，因此不易令人信服。其次，如果指标过多时，数据统计量和计算量将相当庞大，且权重难以确定。因此，在完善压力管道连接方式选择的数学建模时，可考虑多种方法相结合，如博弈均衡算法等，优势互补，建立一个更有说服力的理论依据。