摘要：綜合分析了燃氣管網(wǎng)安全評價中多因素相互作用指標體系，基于耦合理論探討了安全影響因素一級評價指標間的協(xié)調(diào)程度，建立了燃氣管網(wǎng)多因素相互耦合模型，以哈爾濱某區(qū)燃氣管網(wǎng)為例，進行了多因素相互耦合的定量分析。
關鍵詞：燃氣管網(wǎng)；安全評價；安全影響因素；耦合；耦合度
1 概述
??? 作為城市生命線之一的燃氣管網(wǎng)是復雜的系統(tǒng)性綜合設施，其安全影響因素眾多，地質(zhì)災害或外部干擾、腐蝕、管材或施工質(zhì)量問題、運營管理不當?shù)纫蛩乜蓪е麻L期服役的燃氣管網(wǎng)發(fā)生失效事故，燃氣管網(wǎng)安全問題日益突出，且燃氣具有易燃、易爆、有毒等特點，燃氣管網(wǎng)事故導致的經(jīng)濟損失巨大，因此，對供氣的安全可靠性要求也越來越高[1]。燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)各安全影響因素相互耦合、相互影響，進行安全性評價時，不能僅對各因素進行單獨分析，還應研究各因素的相互耦合作用，對燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)整體安全進行分析。本文將影響燃氣管網(wǎng)安全的因素分為4個一級評價指標，建立相應的二級評價指標，對燃氣管網(wǎng)安全影響因素進行多因素相互耦合的分析。
2 市政燃氣管網(wǎng)安全評價指標的建立
???天然氣行業(yè)標準SY/T 6621—2005《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理》將燃氣管網(wǎng)的安全影響因素分為9類，包括外腐蝕危險、內(nèi)腐蝕危險、應力腐蝕開裂危險、制造危險(管子和焊縫)、施工危險(管子環(huán)焊縫、制造焊縫、折皺彎曲、螺紋脫扣、管子或接頭破裂)、設備危險(墊圈和O形圈、控制、泄壓、密封、填料失效)、第三方損壞危險(第三方損壞立即失效、故意破壞、管子的舊損傷)、誤操作危險、與天氣有關的危險和外力危險(土體位移、暴雨或洪水、寒冷天氣、雷擊)。
??? 燃氣管網(wǎng)安全影響因素復雜，各影響因素間的相關性較強，部分因素對管網(wǎng)安全影響具有不確定性[2]，建立燃氣管網(wǎng)安全評價指標體系尤其是與人有關的定性指標時，應該充分考慮指標的模糊性[3、4]；相互間沒有影響或影響不大的因素劃為同一級評價指標體系，利于說明一級評價指標間的相關性。本文在對燃氣管網(wǎng)綜合分析基礎上，構建出燃氣管網(wǎng)安全評價指標體系，共分為4個一級評價指標，分別為：與人有關的安全影響因素指標(簡稱人因因素)，與管道本體結構有關的安全影響因素指標(簡稱管體因素)，與管網(wǎng)所處的內(nèi)外環(huán)境有關的安全影響因素指標(簡稱環(huán)境因素)，與管網(wǎng)維修管理有關的安全影響因素指標[5](簡稱管理因素)。每個一級評價指標包含多個二級評價指標，具體如下。
??? ① 人因因素指標F1
??? a. 第三方野蠻施工破壞F1,1：主要指挖掘?qū)е滤查g破壞、打樁導致穿孔破壞、施工致使管道移位或劃痕導致滯后失效等。
??? b. 設計人員失誤F1,2：包括設計合理性、材料選擇、安全系數(shù)設計等因設計人員經(jīng)驗、資質(zhì)造成的潛在失誤。
??? c. 管道員工誤操作F1,3：由于經(jīng)驗不足、知識欠缺或工作壓力等造成的管道操作員工自身失誤。
??? d. 員工素質(zhì)與經(jīng)驗F1,4：包括職工的文化水平、獲得技術職稱的人數(shù)、安全技術的掌握程度、安全意識和安全態(tài)度等。
??? e. 公眾風險教育和認識水平F1,5：主要指對城市居民和施工人員的教育宣傳或培訓、管網(wǎng)安全知識普及等。
???② 管體因素指標F2
???a. 管道埋深F2,1。
???b. 管道內(nèi)腐蝕F2,2：主要指管道內(nèi)壁與輸送燃氣所含雜質(zhì)間相互作用造成的腐蝕。
??? c. 管材制造與焊接缺陷F2,3：主要指管材本身破損、小裂紋或折皺彎曲，焊接時焊縫存在的缺陷或強度不足。
???d. 管道壁厚F2,4。
???e. 管道施工影響F2,5：主要指管網(wǎng)建設與維修期間的施工中可能存在的環(huán)焊縫缺陷、接頭破壞、彎頭應力集中、外保護層破壞等。
???f. 使用年限F2,6。
???g. 運行壓力波動F2,7。
???h. 管網(wǎng)設備故障F2,8：主要指控制泄壓設備故障、密封填料失效、0型墊片失效、管網(wǎng)廠站設備故障等。
???③ 環(huán)境因素指標B
???a. 管道外腐蝕F3,1：主要有土壤腐蝕、大氣腐蝕、管-地電位腐蝕、散雜電流影響等。
??? b. 管道應力腐蝕F3,2。
??? c. 與天氣有關因素F3,3：主要指氣溫過低、雷擊、暴雨洪水等。
??? d. 土體移動F3,4。
??? e. 城市地質(zhì)災害F3,5：包括地震、地面沉降、砂土液化等。
??? ④ 管理因素指標F4
??? a. 管道維修管理F4,1。
??? b. 安全防護應急措施F4,2：包括應急預案的編制、應急設備配置、事故管理等。
??? c. 管網(wǎng)事故報警系統(tǒng)F4,3。
??? d. 人員巡線頻率F4,4。
??? e. 政策法律保障F4,5：管網(wǎng)安全規(guī)章和責任制是否健全、安全責任制是否明確、責任落實及監(jiān)督情況等。
3 燃氣管網(wǎng)安全影響多因素相互耦合模型
3.1 耦合及耦合度
??? 耦合是指兩個(或兩個以上)系統(tǒng)或要素間通過相互作用而彼此影響的現(xiàn)象，系統(tǒng)或要素間存在相互依賴、相互協(xié)調(diào)、相互促進的動態(tài)關聯(lián)關系。耦合度是描述系統(tǒng)或要素間相互影響的程度，系統(tǒng)由無序趨向有序，其關鍵在于系統(tǒng)內(nèi)部各變量之間的協(xié)同作用，它們決定著系統(tǒng)變化的特征與規(guī)律，耦合度正是反映這種協(xié)同作用的度量[6]。
??? 燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)安全影響因素4個一級評價指標間既相互制約又相互對應發(fā)展，它們產(chǎn)生的相互影響程度(即耦合度)反映一級評價指標間的協(xié)調(diào)程度。人因因素的控制、管理因素的加強可以減少管體因素和環(huán)境因素的影響，同時又會增加額外的成本，反過來制約人因因素和管理因素的改善，通過這4個一級評價指標相互作用使燃氣管網(wǎng)的安全達到相對穩(wěn)定平衡。
3.2 功效函數(shù)
???① 確定最優(yōu)指標向量
???本文對二級評價指標采用專家打分法賦值，設二級評價指標Fi,j的值為ei,j，可得到一級評價指標的初值向量如下：
??? Ei=(ei,1，ei,2，…，ei,j，…，ei,m)T??? (1)
式中Ei——一級評價指標的初值向量
??? ei,j——二級評價指標Fi,j的值
??? m——一級評價指標包含的二級評價指標個數(shù)
設emax,i,j為二級評價指標的最優(yōu)值，則：
??? Emax,i=(emax,i,1，emax,i,2，…，emax,i,j，…emax,i,m)T?? (2)
式中Emax,i——一級評價指標的最優(yōu)指標向量
???emax,i,j——二級評價指標Fi,j的最優(yōu)值
???② 確定評判向量
以Emax,i為參考向量，Ei為被比較向量，則二級評價指標與最優(yōu)指標值間的關聯(lián)度計算式為：
?
式中εi,j——二級評價指標Fi,j的值與其最優(yōu)指標值間的關聯(lián)度
??? k——二級評價指標序數(shù)，k=1，2，…，m
??? ρ——分辨系數(shù)，一般取0.5或小于0.5
??? min——取最小值函數(shù)
??? max——取最大值函數(shù)
??? 一級評價指標的評判向量為：
??? Pi=(εi,1，εi,2，…，εi,j，…，εi,m)T???(4)
煉油裝置中管道硫化氫腐蝕及防護
長輸燃氣管道的安全保護距離
