基于魚骨圖與AHP分析的LNG工廠檢修工作指引

邱正勇

（中國石化江漢油田公司江漢采油廠湖北黃岡LNG經理部，湖北黃岡438000）

LNG工廠的生產運行為流程工業的1種，其生產運行原理屬于動力工程及工程熱物理方向低溫工程領域。設備設施檢修工作與石油化工裝置類似，但隨著上游原料氣供給和下游LNG市場行情的波動，其檢修工期更緊、階段性生產導致的檢修任務更復雜、生產運行期間的遺留問題需要更加及時有效解決。所以做好不定期停產前提下的檢修計劃和施工后的質量抽驗，形成通用性閉環管理模式具有較大意義［1］。

魚骨圖分析由日本管理大師石川馨先生發明，其優勢為將復雜問題通過集思廣益的形式，按相互關聯性進行整理從而得出層次分明、條理清楚，并標出重要因素的特性要因圖方便問題分析和現場工作的展開。AHP法由美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂發明，其優勢為能將抽象化的復雜問題按照目標、準則、方案等層次進行元素劃分，然后進行定性和定量分析得出最終決策結果。以上2種方法在本質上具有相似性，具備混合使用的條件。

國內研究方面，鄭照寧等人（2011）利用管理技術中進行定性分析的魚骨圖和層次分析法相結合進行企業診斷并給出算例，討論了2種方法相結合的優點及應用的局限。胡玉琴（2015）將魚骨圖分析法和層次分析法進行聯合應用，合理地解決了石油靜電事故影響因素分析難題，具有一定推廣應用價值。Xi，Weidong等人（2010）運用魚骨圖和層次分析法，建立了農產品安全評價的模塊化體系，設計了預警指標體系，彌補了HACCP、GAP和GMP方法的不足。Heping Zhang等人（2011）采用問卷調查法收集學生對未來發展的偏好然后運用魚骨圖進行學生未來發展的方向的分析，隨后在運用層次分析法（AHP）對收集到的數據進行分析。結合未來發展方向的權重和課程的重要性，找到了新的課程組合和重組方案［2～6］。

文中依據2015-2019年某LNG工廠停產檢修記錄，以構建通用性LNG工廠檢修計劃及施工質量抽驗細則為目的，選定魚骨圖法與成層次分析法（AHP）進行交互式運用展開相應探討。

圖1 某LNG工廠主要工藝流程

1 背景與思路

LNG工廠工藝流程主要包括集輸、公用工程、三脫、液化、BOG、儲罐區、裝車等。自集輸系統輸送至該LNG工廠的管道天然氣達到500×104m3/d，經過LNG工廠依次脫除天然氣中的CO2、水，充分冷卻至完全冷凝，然后液化天然氣體進入LNG儲罐［7］。其中工廠液化裝置采用傳統階式制冷循環工藝與混合冷劑制冷循環工藝3級結合方式。整體工藝流程較為復雜，系統的穩定生產需要各環節檢修工作的全面維持，具體流程見圖1。

LNG工廠屬于典型的流程工業，在生產運行周期上由正常生產、停產檢修、開工復產3階段以時間軸的形式循環組成。而停產檢修是銜接正常生產與開工復產的關鍵環節，該階段主要目為：及時處理正常生產階段不能整改的遺留問題；依據設備設施運行情況和維保時間進行檢查、校驗和易損件更換；依據正常生產階段參數異常點進行涉事儀表、閥門、設備、控制系統和工藝流程的問題分析與驗證。以往檢修工作的開展由各部門（工藝、設備、儀表、電力）梳理檢修項目，形成粗放式條目化的檢修計劃。然后以派工單的形式機械化下發任務給維保施工方。最終導致檢修工作出現如下問題：（1）物料準備不充分導致的誤工和經濟損失；（2）檢修項目扎堆進行導致的人力資源不足；（3）缺乏系統規劃性而導致的整體檢修工期過長；（4）缺乏工藝優先性導致的檢修項目重點把握不清；（5）沒有簡便、量化的檢修工作驗證手段；（6）各別檢修項目生產反饋不及時，不能有效驗證檢修效果。

鑒于當前檢修工作問題，文中首先梳理原條目式檢修計劃不足，選用魚骨圖分析法歸并通用性檢修項目，重構LNG工廠檢修計劃；然后運用AHP層次分析法在2019年檢修工作量支撐下進行檢修工作驗證；最后在檢修計劃構建定性的基礎上與AHP定量分析結果相結合，指引現場運用與次年改進。

2 魚骨圖檢修計劃構建

魚骨圖是1種剖析問題“根本原因”的系統化分析方法，可分為問題型、原因型、對策型魚骨圖3大類。其優點為圖解化描述問題的各種原因，梳理歸并出影響問題解決的因素，強化決策者對于問題的解析判定能力。在此選用對策型魚骨圖，令LNG工廠檢修計劃構建為問題導向，逐步制定通用性標準檢修項目細則。

依據2015-2018年某LNG工廠停產檢修記錄，人為歸納出26項通用性標準檢修項目，并進行同類化劃分。運用魚骨圖直觀分析，進一步將檢修計劃聚類歸并為動設備及工藝完整性；靜設備及儀表、安全；易損件維護；循環水系統；專項排查；常規保養；突出性問題7大類，見圖2。

圖2 檢修計劃魚骨圖

如圖2所示，檢修計劃為“主骨”，表明一切策劃要素為此目的服務；大魚刺部分為聚類分析得出的7個大類，即為“大骨”；基于2015～2018年原停產檢修細則，在7類“大骨”框架下重新細分27項小魚刺的“中骨”為檢修過程的質量監督和完工生產驗證提供具體要點。

3 AHP檢修工作驗證

層次分析法（AHP）是將抽象化的復雜問題通過決策分解為各個組成因素，再將因素與問題邏輯設定成具有分組型層次結構的目標層、準則層、方案層，最后通過矩陣構造，兩兩比較各因素間相互影響關系，從而量化問題組成因素，計算出各自在系統中的權重［8］。

依據上節檢修計劃魚骨圖所述。首先令檢修工作驗證為決策目標，篩選通用性建模要點，剔除“突出性問題和常規保養”2大類（“突出性問題”因歷年情況不同毫無規律性和代表性而不做量化分析，“常規保養”因歷年情況一致而無分析意義）簡化層次分析過程。然后將“大骨”所轄的動設備及工藝完整性；靜設備及儀表、安全；易損件維護；循環水系統；專項排查5大類和“中骨”所述的20項通用性標準檢修項目細則同設為中間層要素（及按類別進行準則層排布）。最后在時間成本、人力資源、物料成本、生產反饋、工藝重要性5個方面進行方案層式的檢修驗證。運用2019年檢修工作量完成數學模型搭建，層次分析法算法步驟如下：

（1）確定LNG工廠檢修工作驗證邏輯，構建層次結構模型，見圖3。

圖3 檢修工作驗證結構模型

（2）兩兩比較打分，確定下層對上層的分數。在準則層中，各因素在決策者衡量標準下所占比例不同，因此設數字1～9及其倒數作為標度來定義、判斷矩陣［9］。

（3）層次合成計算及一致性檢驗。采用式（1）計算一致性指標CI：

式中λmax—判斷矩陣的最大特征值；n—列向量。

采用式（2）計算一致性比例CR：

式中CI—一致性指標；RI—隨機一致性指標。

當CR＜0.10時，表明其通過了一次性檢驗，否則就不具有滿意一致性。

（4）計算權重向量。層次分析法求權重包含有算術平均法、幾何平均法、特征向量法3種計算方法［10］。

針對所研LNG工廠停產檢修情況，選用幾何平均法：

式中i=1，2，3…，n

所研LNG工廠檢修工作驗證各判斷矩陣及權重向量W。

權重向量W=(0.3740,0.3122,0.0875,0.1343,0.0919)；CR=0.0171

權重向量W=(0.1905,0.0540,0.4143,0.0971,0.1850,0.0591)；CR=0.0631

權重向量W=(0.0825,0.1263,0.3600,0.1039,0.3274)；CR=0.0483

權重向量W=(0.0832,0.1028,0.3519,0.1556,0.3065)；CR=0.0571

權重向量W=(0.0851,0.1342,0.3580,0.0801,0.3425)；CR=0.0367

權重向量W=(0.1455,0.1550,0.3033,0.1228,0.2735)；CR=0.0455

權重向量W=(0.0880,0.1433,0.3470,0.0604,0.3613)；CR=0.0934

權重向量W=(0.0665,0.0691,0.4394,0.1647,0.2604)；CR=0.0643

權重向量W=(0.0880,0.2602,0.0515,0.4907,0.1096)；CR=0.0521

權重向量W=（0.0619，0.0715，0.2435，0.1739，0.4491）；CR=0.0613

權重向量W=（0.0888，0.1699，0.3189，0.0536，0.3689）；CR=0.0394

權重向量W=（0.0466，0.0899，0.2760，0.1928，0.3947）；CR=0.0776

權重向量W=（0.1117，0.1090，0.3418，0.0613，0.3761）；CR=0.0799

權重向量W=（0.1028，0.1504，0.3520，0.0620，0.3329）；CR=0.0876

權重向量W=（0.6337，0.1919，0.1744）；CR=0.0088

權重向量W=（0.0612，0.1369，0.3549，0.0921，0.3549）；CR=0.0884

權重向量W=（0.0609，0.1144，0.3263，0.1445，0.3540）；CR=0.0472

權重向量W=（0.0540，0.1465，0.3728，0.1112，0.3154）；CR=0.0961

權重向量W=（0.3333，0.3333，0.3333）；CR=0

權重向量W=（0.0629，0.0672，0.4339，0.1299，0.3061）；CR=0.0240

權重向量W=（0.1361，0.0915，0.3970，0.1380，0.2374）；CR=0.0673

權重向量W=（0.0743，0.0716，0.4300，0.1708，0.2533）；CR=0.0704

權重向量W=（0.0456，0.0907，0.3304，0.1860，0.3473）；CR=0.0874

權重向量W=(0.0745,0.1228,0.2885,0.2210,0.2932)；CR=0.0204

以上CR計算結果均小于小于0.1一次性檢驗通過。將不同方案各準則要素的權重矩陣W與各準則要素的相對權重矩陣（B1-B24）W分別相乘，得到各方案層要素權重并按照重要程度從大到小進行排序，見表1。

表1 方案層權重排序

由表1可見，C4、C5要素權重均為0.3以上，遠大于C1、C2、C3要素。所以2019年檢修工作驗證應重點考量（生產反饋）C4和（工藝重要性）C5。而（時間成本）C1、（人力資源）C2、（物料成本）C3只能作為停產檢修后的工作量估算反饋，以驗證對比單一檢修項目在歷年檢修過程中的進展程度，從而優化配比資源，指引次年檢修工作改進。為方便直觀分析，將相似權重進行梯度分類。經計算還能得到中間層要素權重并排序，見表2。

表2 第1中間層權重排序

由表2可見，B1、B2要素權重均為0.3以上，遠大于B3、B4、B5要素。所以參與分析的5類“大骨”中（動設備及工藝完整性）B1和（靜設備及儀表、安全）B2在檢修計劃制定時應強化現場工作細則，制定工作量制或評分制工作記錄，保證各檢修工作大類在耗時、人力資源和施工質量方面協調可控。

進一步根據運算過程中的第2中間層權重向量W可知，（動設備及工藝完整性）B1檢修大類下（手動閥門檢查、保養、更換）B6、（壓縮機及主體設備檢查）B8和（壓力容器、壓力管道檢測）B10權重均大于0.1需在檢修過程中加強質量監護，而B8權重高達0.4143更是需要在檢修完成后進行專項查驗；（靜設備及儀表、安全）B2檢修大類下（自控閥、儀器儀表調試檢查）B13、（安全閥校驗）B15、（靜設備容器清洗）B16權重均大于0.1需在檢修過程中加強質量監護，而B13權重為0.2602，需要對重點閥門進行反饋式驗證。B15權重高達0.4907需要在系統升壓后做重新查漏檢測。

4 指引與展望

依據上述分析結果并結合歷年檢修經驗，制定通用檢修計劃現場施工質量抽驗細則和部門分工建議，見表3。通過表3檢修工作優化建議，2019年檢修僅歷時22 d。規避了LNG工廠停產檢修工作因為市場、供給、工藝設備等多重因素影響導致的具體停工時機和檢修期限不確定等問題。做到了“及停及修，隨時復產”。下步應細化并推廣魚骨圖式檢修計劃，在檢修前運用專家打分法將各檢修細則依據工藝重要性進行打分。待下次檢修工作開展前，依據生產階段檢修項目反饋情況進行效果分析對比。形成檢修計劃構建→檢修工作監督→檢修質量驗證的閉環管理。

5 結論

LNG工廠的停產檢修工作有別于化工企業。其最大的特點為因為上游原料氣供給、下游市場銷售和中游自身工藝設備情況而導致的開停產時間不明。所以制定通用性魚骨圖式檢修計劃模板，并將工作職責和質量抽驗細則明確至部門能形成檢修工作的閉環管理模式，保證平穩運行。

（1）基于2015-2018年原停產檢修細則，在魚骨圖的幫助下能形成直觀的7大類27小類的通用性檢修計劃模板，方便現場工作。

（2）運用魚骨圖層次化檢修計劃帶入2019年檢修工作量進行AHP分析得出了，檢修工作驗證應重點考量（生產反饋）C4和（工藝重要性）C5。而（時間成本）C1、（人力資源）C2、（物料成本）C3只能作為停產檢修后的工作量估算反饋，以驗證對比單一檢修項目在歷年檢修過程中的進展程度，從而優化配比資源，指引次年檢修工作改進。

（3）得出的魚骨圖檢修計劃及現場施工質量抽驗細則能幫助LNG工廠實現“及停及修，隨時復產”具備行業通用性。