聚乙烯燃气管道失效可能性评价应用研究

王 博 李 涛 杨 阳

（西安特种设备检验检测院，陕西 西安 710065）

聚乙烯管道由于具有耐腐蚀性强、柔性好、寿命长、环保等优异性能，在中低压燃气管网的应用中逐步取代钢质管道，并取得了非常高效的成果。而层次分析法是美国匹兹堡大学运筹学家托马斯·萨蒂教授提出的一种综合了定性分析与定量分析的多目标决策方法。通过建立层次分析模型，将影响决策目标的相关因素进行逐层分解，划分为不同层次、不同深度的评价准则和评价指标，对层次模型中各因素的重要性进行两两比较，建立判断矩阵，通过判断矩阵运算得出各因素的权重并进行排序，确定影响决策目标的最重要因素或方案。本文采用层次分析法对影响聚乙烯燃气管道失效可能的主要因素进行逐层分解，确定影响管道安全的关键因素，为天然气管道安全运行和管理提供科学有效的参考依据。

1 评价指标体系的建立

聚乙烯燃气管道在实际服役过程中受到第三方破坏、管道本体固有危害、与时间有关的危害、误操作、服役环境等各项因素的影响，本文利用层次分析法对影响聚乙烯燃气管道失效可能性的全要素指标进行分解，按照不同要素进行分类，以专家评分为依据，建立影响聚乙烯燃气管道失效可能性的评价准则，通过准则将评价指标分为目标层A聚乙烯管道失效可能性评价层、标准层B聚乙烯管道失效可能性影响因素层、指标层C聚乙烯管道失效可能性影响因子层，以此确立各指标权重。

2 评估权重与评估步骤

采用层次分析法确定影响聚乙烯燃气管道失效可能性的权重，对影响权重指标的同级因素进行两两比较，建立比较矩阵，对比较矩阵进行平均随机一致性检验，判断矩阵是否具有满意的一致性，将专家的倾向性意见和分析的客观判断结合起来，以此确定各项指标的比较权重。

2.1 构造判断矩阵

结合九标度法对标准层、指标层中各因素进行两两比较，请专家分别对各个指标因素进行重要程度的判断打分，建立判断矩阵B=（bij）m×n，分数越高代表其相对重要程度越高。

2.2 计算权重值

2.3 一致性检验

为了避免利用主观性指数评价时引起误差，利用平均随机一致性指数RI 进行随机一致性检测。首先定义一致性指标CI，即CI=（λmax-n）⁄ （n-1）：当判断矩阵具有完全一致性时，CI=0。通过运算CR=CI/RI 得到随机一致性计算结果，当CR = CI/RI<0.1时认为判断矩阵B具有满意的一致性。否则，需要调整判断矩阵B中的标度值，重新进行一致性检验直至通过。

3 案例应用与分析

根据评价指标体系要求确定影响聚乙烯燃气管道失效可能性的5个标准层因素及 26个指标层因素，具体相关指标体系如表1所示。结合相关因素对某天然气公司聚乙烯燃气管道失效可能性进行调研分析，邀请 5位燃气领域专家对失效可能性重要度按照九标度法进行评价，经过多次评选得到如下判断矩阵：

表1 聚乙烯（PE）燃气管道失效可能性指标体系各评价因子权重

利用方根法计算各指标的权重，计算结果如表1所示，为检验构造矩阵的可行性，需要对聚乙烯（PE）燃气管道失效可能性指标体系各评价因子进行一致性检验，检验结果如表2所示。由表2可知，各判断矩阵指标一致性比率CR的值均小于0.1，因此各指标均具有良好的一致性。

表2 各判断矩阵的一致性检验结果

根据表1中标准层权重大小，可知 B1第三方破坏＞B2管道本体固有危害＞B5服役环境＞ B与时间有关的危害＞B4误操作，由此可知第三方破坏是构成聚乙烯（PE）燃气管道失效的主要影响因素。在26个指标因素中，组合权重影响较大的前5项因素分别是C1管道埋深＞C11焊接质量＞C7巡线及泄漏检查＞C15钢塑转换接头腐蚀＞C2回填质量。通过指标因素分析可以看到，随着聚乙烯管材的生产工艺不断改进，管材质量安全可靠，管道埋深、焊接质量、巡线及泄漏检查成为影响聚乙烯（PE）燃气管道失效的主要指标，在管道安装建设和日常检查时需要重点关注，其他指标的影响程度也可通过表2直接查看。

4 结语

影响城镇燃气埋地聚乙烯（PE）管道安全运行的因素很多，涉及设计、安装、运行维护等各个方面，本文结合在役聚乙烯（PE）燃气管道自身特点，给出了影响其失效可能性的主要因素，运用层次分析法理论模型确定了各指标因素对管道失效可能的影响权重，比较直观准确地反映各指标因素之间的关系和作用原理，便于城镇燃气聚乙烯（PE）管道的科学管理和运行维护，为进一步开展管道风险评估提供依据。