基于优序图法和隶属函数的燃气管道腐蚀评价模型

李云云　李美莹　王欢　申思　李康　李超

摘 要：城镇燃气管道作为市政管网的一部分，因其所处环境多样，腐蚀因素复杂，腐蚀评价指标与等级分区存在随机性和模糊性，目前基本采用半定量与定性的方法评价。研究通过大量文献调研统计分析，选取对燃气管道腐蚀影响较大的8个因素作为评价指标，并按照8级事故体系将事故后果分为由弱到强八个等级。在指标权重计算中通过专家打分，选用优序图法进行权重计算，并用模糊综合评价法建立腐蚀风险评价模型。运用此模型对国内6～8月燃气事故和文献地区埋地燃气管道进行腐蚀风险评价，结果与案例结果吻合，表明此模型在燃气管道风险评价的适用性。

关键词：优序图法；三角隶属函数；八级事故等级；风险评价；燃气管道腐蚀

中图分类号：TE973.6;TQ055.8+1文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）06-0000-00

A corrosion evaluation model for gas pipeline based on priority graph method and membership function

LI Yunyun1，LI Meiying1，WANG Huan1，SHEN Si1，LI Kang2，LI Chao3

（1.Xian Siyuan University，Xian 710038，  China;2.Shaanxi Safety Production Science and Technology Co.， Ltd.，Xian 710065，China;3.Pipeline Department of China National Petroleum Corporation Qinghai Oilfield Branch，Haixi 816000， Qinghai China）

Abstract：As a part of the municipal pipeline network，urban gas pipelines are generally evaluated using semi quantitative and qualitative methods due to their diverse environment，complex corrosion factors，and randomness and fuzziness in corrosion evaluation indicators and grade zoning.Through extensive literature research and statistical analysis，the paper selects 8 factors that have a significant impact on gas pipeline corrosion as evaluation indicators，and divides the accident consequences into eight levels from weak to strong according to the eight level accident system.In the calculation of indicator weight，expert scoring is used，and the priority chart method is selected for weight calculation. A corrosion risk assessment model is established using the fuzzy comprehensive evaluation method.Using this model to evaluate the corrosion risk of buried gas pipelines in domestic gas accidents from June to August and literature areas，the results are consistent with the case results，indicating the applicability of this model in gas pipeline risk assessment.

Key words：priority graph method，trigonometric membership function，8 levels accident grade，risk evaluation，gas pipeline corrosion

住建部的一項数据显示，截止到2021年我国燃气普及率已达97.9%。2021年中国天然气消费量达到3 670.6亿m3，同比增长12.7%［2］。其中，城镇燃气消费增长成为推升天然气消费量的最大动力，贡献了超六成的增量。

与此同时，由于燃气属于易燃易爆气体，且管道常埋于地下，发生腐蚀泄漏事件具有隐蔽性，发现具有滞后性，泄漏气体极易积聚达到爆炸极限，加之燃气管道通常要经过居民区，发生爆炸事件的后果复杂难测，因此对燃气管道开展腐蚀风险评价工作具有重要意义［3］。城镇燃气管道评价比长输管线略有不同，目前国内外研究学者做了大量的工作。

采用改进的AHP确定各指标权重，用模糊综合评价法建立腐蚀风险评价模型［4］。将影响燃气管道腐蚀的因素分为5个一级指标和7个二级指标，采用改进AHP法，编制燃气管道腐蚀分级评价软件［5］。结合数理统计与运筹学相关理论与方法确定燃气管道腐蚀指标权数，建立了多因素影响下燃气管网的安全评价模型［6］。利用客观熵权法与专家经验GI法组合权重，引入云模型，建立风险评价模型［7］。将粗糙集算法、熵权计算法、集对理论分析法引入油气管道土壤腐蚀分级评价中，利用RS预处理数据、EW确定指标权重、SPA量化数据，建立分级评价RS-EW-SPA模型［8］。结合事故树理论，采用粗糙集理论对埋地管道腐蚀因素进行选择，提取出影响管道腐蚀的主要因素并进行重要度排序［9］。

对聚乙烯燃气管道施工管理因素进行归类分级和模糊分级，采用多级模糊分级评价法，建立聚乙烯燃气管道施工完整性管理体系［10］。对城市燃气管网评价模型各项指标进行组合赋权从而对管段风险进行定量分析［11］。改进AHP及熵权法确定权重，建立了二维云模型的天然气管道风险评价方法［12］。

在对管道腐蚀失效风险评价时，为使得影响因素的权重确定更合理［13］，也为了避免研究者常用的AHP法、熵权法、云模型等计算复杂，难于操作的缺点。计算权重时采用适用多因素影响的简便易算的优序图法，优序图计算较为简单，较多指标时使用得到的权重结果更为可靠。采用模糊综合评价时，为了使评价结果更精细，摒弃5级等级，采用8级事故分级体系进行模糊评判。

1 计算方法与建立模型

1.1 基于优序图法的因素权重确定

（1）选定指标。

一般选择对目标影响较大的指标参加评分，以保证全面地反映各因素的情况；

（2）确定各项指标的评分标准。

一般采用5级评分，影响最大为5分，最小为1分。以m个专家打分样本为行，n个评价指标为列。

1个专家样本为1行，1个计算权重的指标占1列数据即可；

1.2.2 事故后果等级评语和划分标准

事故后果等级评语集是对Ui可能引发各种事故后果的集合，用V表示。事故后果评价等级划分的粗细，与评价结果的可靠性正相关，但计算量也会变大［16］。本文采用8级事故等级划分标准，相应的V有8个元素，分别表示危险等级由非常低到非常高［17］。Ui的风险等级划分标准如表1所示。

E中最大值为0.142 299，处于第4、第5位置，由最大隶属度原则和风险就高原则，对U的评价等级为五级，这与理论结果一致。

每年6～8月是燃气事故高发期，本文统计了2022年6月至8月的中国燃气事故及其伤亡情况。6～8月份全国共发生24起燃气安全事件，其中事故后果为五级的就有11起，占据最多频次，模型与实际相符。说明该模型有良好的匹配性。

2 模型测验

参照文献[9]中的北京市某地区埋地燃气管道工程案例的现场检测报告和管道历史数据，进行模型测验。

2.1 权重计算

为避免评价过程的主观性，邀请相关领域的9位专家组成评分小组对黄爽论文中的北京某地区燃气管道的8个一级指标对目标的影响因素进行打分，包括1名博导、1名硕导、3名博士、1名高工、3名工程师，结果如表3所示。

按照该方法及步骤，确定评价目标为城市燃气管网腐蚀失效可能性U；然后选定对目标有影响的主要因素包括：土壤腐蚀性、杂散电流腐蚀、微生物腐蚀、防腐层质量、阴极保护效果、管段壁厚、质量监管、服役时长。将其分别用U1，U2，…，U8表示；最后通过专家打分，得到各种因素的重要性分数。

2.2 埋地燃气管道模糊综合评价

根据优序图法求得8个指标权重（式2-1）和式1-5、1-6、1-7，对选定的8个腐蚀影响因素进行模糊综合评价，得到燃气管道腐蚀风险的模糊综合评价结果E［20］。

E=（E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7，E8）=（0.110 005，0.129 393，0.140 255，0.143 743，0.143 325，0.130 366，0.114 266，0.091 648）

根据最大隶属度原则，文献[15]中工程案例地区燃气管道腐蚀风险评价结果为四级或五级，结合事故就高原则，取五级，中等风险，新建模型评价结果与文献[15]利用改进AHP的结果高度吻合。

3 结语

（1）优序图法确定比较多因素权重更加可靠，过程简洁。模糊综合评价能客观反映埋地燃气管道腐蚀因素指标的模糊性，为使这种模糊性刻画更准确，对隶属度函数进行了选择。二者结合使用，尽可能避免了主观判断造成的误差，使评价结果更合理、客观；

（2）燃气管道腐蚀风险评价指标的建立基础是查阅大量文献总结泄漏原因并分析得到的，将优序图法和模糊综合评价方法相结合，建立了燃气管道腐蚀风险评价模型；

（3）建立的新模型对2022年6～8月燃气事故高发期的事故进行统计对比，对文献[15]中某工程所建燃气管道进行模拟评价，新模型结果与事故实况和文献[15]中案例结果一致，验证了该模型的可用性。

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收稿日期：2023-01-18；修回日期：2023-05-16

作者简介：李云云（1989-），女，硕士，工程师，研究方向：城市燃气管道及管网；E-mail：814315562@qq.com。

基金项目：西安思源学院校基金青年项目（项目编号：XASYQN-B2104）。

引文格式：李云云，李美莹，王 欢，等.基于优序图法和隶属函数的燃气管道腐蚀评价模型[J].粘接，2023，50（6）：12-16.