基于層次分析法的某壓力管道連接方式選擇

車 剛

(泰安市特種設備檢驗研究院，山東 泰安 271000)

0 引 言

壓力管道是油氣遠距離輸送的主要方式，一般處于高壓的狀態下，工作跨度大，涉及多處管道連接點。通過管道連接不僅可以節約管道投入成本，更能保證整個系統的安全運行[1-3]。高壓管道的連接方式主要有法蘭連接和焊接連接兩種，但是在輸油管道連接方式的選擇上并沒有相關的標準。本文運用層次分析法建立一個有充分理論依據的評價模型，使壓力管道連接方式的選擇能夠有較強的理論基礎。

1 層次分析法

層次分析法(AHP)是美國匹茲堡大學運籌學家T. L. Satty于20世紀70年代初期提出的一種定性分析和定量計算相結合的多目標決策分析方法，其基本思想是先把復雜問題分解成各個組成因素，再把這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構，然后通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，最后綜合決策者的判斷，確定決策方案相對重要性的總的排序。運用AHP進行決策時，大體可以分為如下4個基本步驟[4-5]。

1.分析評價系統中各基本要素之間的關系，建立系統的遞階層次結構。

2.對同一層次的各元素關于上一層中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造兩兩比較判斷矩陣，并進行一致性檢驗。

3.由判斷矩陣計算被比較要素對于該準則的相對權重。

4.計算各層要素對系統目的(總目標)的合成(總)權重，并對各備選方案排序。

2 壓力管道連接方式評價模型

2.1 問題分析

壓力管道連接方式的考察因素有以下幾方面：

1.經濟性。壓力管道涉及到大量的連接點，在滿足安全性的條件后，綜合考慮連接方式的經濟性將會帶來更大的效益。

2.穩定性。為了保證輸油過程的持續進行，必須考慮連接方式的穩定性，如強度等。

3.密封性。輸油管道內介質通常為石油或天然氣，若密封性不好，不僅會造成經濟損失，嚴重時還會影響管路周圍環境。因此，在選擇管道連接方式時，必須考慮較好的密封性。

4.可維護性。管路連接在壓力管道中比較重要的就是方便拆卸、維修及更換，節約大量成本。因此，應盡量選擇可維護性好的連接方式。

2.2 備選方案特征分析

方案一：焊接連接。管道焊接連接牢固、強度大；安全可靠、經久耐用；接口密封性好，不易跑、冒、滴、漏；不需要接頭配件，造價相對較低；維修費用低。但是焊接連接受施工人員技術水平影響，質量參差不齊，而且接口固定，檢修、更換不方便。

方案二：法蘭連接。法蘭連接方式廣泛應用于石油、化工以及電力等工業領域。法蘭連接拆卸方便、強度高、密封性能好、使用較為方便。但是安裝時對法蘭的要求較高，法蘭的密封面不能碰傷，并且要清理干凈，其成本也相對較高。

2.3 遞階層次結構的建立

連接方式選擇遞階層次結構見圖1。

圖1 連接方式選擇遞階層次結構Fig.1 Hierarchical structure of connection mode selection

2.4 建立各階層的判斷矩陣A

對同一層次的各要素關于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造判斷矩陣。

2.5 計算相對權重

表1 判斷矩陣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 判斷矩陣2Table 2 Judgment matrix 2

表3 判斷矩陣3

表4 判斷矩陣4Table 4 Judgment matrix 4

表5 判斷矩陣5Table 5 Judgment matrix 5

2.6 計算合成權重

表6 合成權重Table 6 Composite weight

3 結束語

從以上結果可以看出，在壓力管道的連接方式中，焊接連接要優于法蘭連接。但是就層次分析法來說，首先，它是一種模擬人腦決策方式的方法，定性成分較多，而定量成分較少，因此不易令人信服。其次，如果指標過多時，數據統計量和計算量將相當龐大，且權重難以確定。因此，在完善壓力管道連接方式選擇的數學建模時，可考慮多種方法相結合，如博弈均衡算法等，優勢互補，建立一個更有說服力的理論依據。