模糊層次綜合評判法在鍋爐供暖系統風險評估中的應用

王梟飛王天賜雒智銘王 倩

模糊層次綜合評判法在鍋爐供暖系統風險評估中的應用

王梟飛1,2王天賜2雒智銘2王 倩2

(1.解放軍工程與環境質量監督局 北京 100142)

(2.首都經濟貿易大學 安全與環境工程學院 北京 100070)

鍋爐供暖是一個系統工程，鍋爐供暖系統的目標是讓每戶室內溫度都能達標，系統中有多個因素影響著最終溫度是否達標，比如鍋爐附屬設備老化、管道跑冒滴漏、管理缺失等，而常規定期檢驗只是對鍋爐單一因素的檢查，對于預測鍋爐潛在故障有限。本文從系統工程視角去思考整體鍋爐供暖系統，通過建立比較全面的多因素影響指標體系，運用模糊綜合分析法，結合現場鍋爐供暖實際，全方位分析了整個系統，以揭示鍋爐使用狀態。結果表明，該方法操作性較強，為全方位評價鍋爐供暖系統的安全節能情況提供了思路。

鍋爐供暖系統 系統工程 模糊層次分析 綜合安全節能評價

特種設備在當今社會發展速度迅猛，不論從鍋爐、壓力容器、壓力管道等承壓類特種設備來說，還是從電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施、場內專用機等機電類特種設備來說，增長率都是十分迅速。在特種設備成員里，鍋爐是最基礎、歷史沿革最久、應用最廣泛的動力設備之一。它主要承擔著北方大中小城市的供暖保障任務，通常主要用于北方供暖、各地區生活用熱水、工業或醫院用汽。由于鍋爐供暖噸位較大時，一般都是承壓鍋爐，它的危險性和影響范圍都比較大。目前隨著城市人口密度越來越大，且城市集中供暖模式發展速度越來越快，供暖保障范圍也越來越大，影響人們生活的程度也越來越深。因此，供暖鍋爐一旦發生故障或事故，將可能造成人身傷害與財產損失，嚴重時可能會發生人員凍傷、管道凍裂、鍋爐爆炸等情形。

鍋爐一般使用年限為15年，且隨著使用時間的增加和頻率的波動等變化，其中的零部件均會發生老化，鍋爐逐漸顯露出各方面的缺陷，比如：鍋爐出力下降、鍋筒漏水、爐墻坍塌、水冷壁爆管、煙管腐蝕嚴重、爐排片脫落、熱效率低下、管道腐蝕嚴重、散熱片氣塞等。鍋爐檢驗員通常按照TSG G7002—2015《鍋爐定期檢驗規則》要求，對鍋爐房內的鍋爐本體、附屬設備、安全附件、管理制度、人員資質的檢驗檢查，為執法性質的符合性驗證活動，缺少比較定量的評價，法定檢驗是每年一次[1]。在兩次檢驗期間，故障率可能會逐步上升，但使用單位通常沒有開展定量的安全評估工作，一般情況，只有當使用單位發生緊急停爐或者影響其正常使用時才開始檢查，通常最先檢查的是鍋爐運行過程中所起保護作用的安全閥和壓力表。國內風險評價的研究主要集中于檢驗、檢測鍋爐的故障和風險的辨識[2]。這說明了評價時考慮鍋爐本體的因素較多，評價方法不夠系統、不夠全面立體。隨著國家、軍隊對鍋爐安全以及節能要求的不斷提高，企業自身對規范化管理的需求加大，傳統評價方法雖可以滿足基本安全要求，但是還是不夠量化，讓使用單位心里底數不清。本文針對鍋爐運行外部檢驗和停爐內部檢驗存在的弊端，運用系統工程中整體思維方法，全方位考慮整個鍋爐供暖系統的風險水平，結合模糊層次理論和2年來的實踐經驗，建立了比較全面的立體式評價體系。該體系按照熱量傳遞路徑，由鍋爐房鍋爐出發，經過供熱管道，達到熱用戶，再回到鍋爐本體，按照循環思路整體思考系統風險，同時結合使用單位運行管理、設備管理、使用管理因素思考，構造出較準確的鍋爐供暖系統評價指標體系，力求使評估結果科學合理。并用此方法開展現場實際鍋爐供暖系統的綜合評判。該方法簡單可靠，實用性強，為鍋爐供暖系統的風險評估提供了一種嶄新的評價方法。

1 風險評價流程

鍋爐供暖系統是一個多因素影響的復雜系統，其主要因素包括使用單位供暖管理是否規范、系統的設施設備運行是否正常、用戶室內環境溫度是否適宜、鍋爐系統中設備能效是否達標等，因此，對供暖系統安全節能的評判必須具有系統性和整體性。本文綜合考慮整個供暖系統的主要影響因素，逐步逐項的將風險因素按類別分層，先在最基礎一層內進行模糊評判，接著對其上一層進行評判，最終得出整個系統的風險值，具體的綜合評判方法的建立流程如圖1所示[3]。

圖1 鍋爐供暖系統多層模糊綜合評價流程圖

1.1 建立評價指標體系

1）對整個鍋爐供暖系統的風險因素進行個個識別，建立鍋爐風險評判因素集合，主要包括設施、管理、能效三個單元的評價，鍋爐供暖系統風險評判因素見表1。

表1 鍋爐供暖系統多層綜合評價模型風險因素指標體系

（續表）

2）對鍋爐供暖系統的風險因素按屬性分為3層：Ui= {ui1，ui2，…，uim}，其中，i=1，2，3。

根據鍋爐供暖過程中系統的特點，按照法規中關于安全和節能因素的要求和鍋爐供暖系統的供熱目標，將風險因素指標體系分為3大類：設施、管理、能效，見表1。這些指標比較客觀的反映鍋爐供暖系統情況。

1.2 建立評判集

本文中，鍋爐供暖系統事故發生可能性的結果分為5種，表示為V={v1，v2，…，v5}{好/Ⅰ級，較好/Ⅱ級，中等/Ⅲ級，較差/Ⅳ級，差/Ⅴ級}。同時便于最后定量化評價結果，給每個評價級別賦值。

表2 安全風險等級表

1.3 建立評價指標的權重

首先對各Ⅰ級指標ui應分配相應的權重值ai(i=1，2，…，m)通常要求ai≥0，以反應該級評價指標的重要程度，各子因素uij的權重集合為Ai=(ai1，ai2，…，aij)，aij≥0， ∑kj=1aij=1，根據各個II級評價指標對Ⅰ級指標的隸屬程度來確定各II級指標的權重aij(i=1，2，…，m；j=1，2，…，k)。確定權重的方法常用的有層次分析法、Delphi法、專家估計法、加權平均法等[4]。本文根據鍋爐供暖系統，采用定性與定量分析相結合的層次分析法(Analy tic H ierarchy Process，AHP) 來確定指標體系的權重集[5]。

1.4 建立評價矩陣

第一步，請供熱設計或檢驗行業的20位專家對各III級子因素狀況進行投票，建立各子因素的評分等級。分別求出各子系統的Ri。

1.5 求綜合評價結果

其次，根據Bi= Ai? Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結果[6]。最后，進一步處理Bi使其數值化，即計算鍋爐系統綜合評價得分F：F= B?eT，之后根據表3可查看安全級別。下面以設施系統的鍋爐房子系統為例說明評價方法。

表3 鍋爐定量評價安全級別

2 應用實例

根據上述評價指標流程，對實際鍋爐供暖系統進行評價，以吉林省某鍋爐使用單位為例。鍋爐基本情況如下：鍋爐制造單位為梅河口市宏源鍋爐有限公司，產品編號為1103S，制造日期為2011年4月7日，設備代碼為01201403040002244，燃料種類為燃煤鍋爐，型號為DZW 7.0-1.0/95/70-AⅡ，額定出力為7MW，額定壓力1.00MPa，使用壓力0.40MPa。檢驗機構的常規定期檢驗發現的問題及處理意見為：1）該鍋爐無除氧設備，應安裝；2）前煙箱絕熱層大面積脫落，應修復。檢驗結論為整改后運行。從檢驗情況可以看出，檢驗給出的意見過于簡單，沒有定量的評價鍋爐供暖系統的安全狀況，只是從鍋爐本體及其附屬設備出發進行了檢驗，實用性不強。下面對本臺鍋爐進行模糊層次評價，具體過程如下：

2.1 各因素權重的確定

根據使用單位提供的數據資料及檢驗報告，以評價鍋爐房子系統為例，從III級指標出發，影響因素包括鍋爐本體、泵與風機、水處理（除氧）裝置、自動調節、環保措施，綜合分析各因素之間的相對重要程度，從而建立評判矩陣。其權重采用求和法計算：

同理，根據層次分析法計算得各評價指標權重集如下：

2.2 評價矩陣的確定

請行業專家對各子因素狀況進行投票，建立各子因素的評分等級，從而可確定Rij。見表4～表11，分別給出了各因素的評價表。

表4 鍋爐房的評價表

表5 供熱管網的評價表

表6 室內供暖系統的評價表

表7 運行管理的評價表

表8 設備管理的評價表

表9 應急管理的評價表

表10 效率的評價表

表11 溫度的評價表

2.3 綜合評價結果確定

根據Bi= Ai? Ri，通過歸一化處理后，可以得到各因素的綜合評價結果。下面以設施系統的鍋爐房子系統為例說明評價方法。

從而確定

同理可得出：

總模糊綜合評價

最后根據F = B? eT，定量化最終結果，即

該鍋爐供暖系統安全級別為III級，評價語言為異常，該單位為基本合格單位，個別指標處于超標邊緣，鍋爐存在一定安全隱患，與實際鍋爐檢驗結果一致，比較全面反應該單位的供暖系統。

3 結論

鍋爐供暖綜合評價要從整個循環系統來考慮，運用系統工程思維去對鍋爐供暖系統進行整體評價，這樣結果的可靠性和準確性就會比較科學。但是，也清楚的看到，該評價結果很大程度上取決于合理的評價指標體系、指標權重分配，因此對具體使用單位進行評價時，還應當結合使用單位鍋爐供暖實際對指標進行科學賦值。另外，也可看到各評價指標的權重值及最后一層因素評價矩陣對評價結果影響較大，應該根據實際準確評估。本方法簡單可靠，整個供暖系統的模糊綜合評價結果比較符合使用單位實際情況。

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[2] 丁守寶，劉富君．我國特種設備檢測技術的現狀與展望[J]．中國計量學院學報，2008，19(4)：304-308.

[3] 邢剛，錢恒，賈磊．模糊層次綜合評判法在電梯風險評估中的應用[J]．電子設計工程，2015，8（23）：49-52.

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[5] 劉新憲，朱道立．選擇與判斷［M]．上海：上海科學普及出版社，1990．

[6] 鄧瓊．安全系統工程[M]．西安：西北工業大學出版社，2009.

Application of Fuzzy Hierarchy Comprehensive Evaluation Method in Boiler Heating System Risk Assessment

Wang Xiaofei Wang Tianci Luo Zhim ing Wang Qian

(1. Bureau of Engineering and Environment Quality Supervision of the People’s Liberation Army Beijing 100142)

(2. College of Safety and Environmental Engineering, Capital University of Econom ics and Business Beijing 100070)

Boiler heating is a system engineering. The goal of boiler heating system is to make every indoor temperature can be up to standard, and there are multiple factors in the system affecting the fnal temperature, such as boiler ancillary equipment aging, pipeline leak, lack of management, etc. And single factor is tested for boiler in regular periodic inspection, which is lim ited on failure potential prediction for boiler. From the perspective of system engineering, this article considers boiler heating system as a whole, by the establishment of index system of comprehensive multi-factor infuence, and using the fuzzy comprehensive analysis method and the actual boiler heating. Finally the whole system is analyzed, in order to reveal the boiler use state. The results show that the method is strong maneuverability, and this kind of method for comprehensive evaluation of the safety of the boiler heating system energy saving situation provides a train of thought.

Boiler heating system System engineering Fuzzy analytic hierarchy Comprehensive security and energy-saving evaluation

X 933.2

B

1673-257X(2017)06-0028-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.06.008

王梟飛（1990～)，男，碩士，助理工程師，從事軍隊營房特種設備監督管理工作。

王梟飛，E-mail: 332560534@qq.com。

2016-10-11）