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城镇聚乙烯燃气管道失效可能性评估模型
摘 要：采用半定量评估法对聚乙烯燃气管道失效可能性进行评估，结合聚乙烯燃气管道特点，考虑第三方破坏、管道固有危害、管道腐蚀危害、管理不到位危害、服役环境5个因素，建立了聚乙烯燃气管道失效可能性评估模型。根据层次分析法确定失效可能性评估模型的权重计算方法，得出各因素的权重，并进行一致性检验。对某地3个聚乙烯燃气管段失效可能性进行了评估，得出的结果与实际情况吻合度较高。
关键词：聚乙烯管道；城镇燃气管道；失效可能性；层次分析法
参考文献示例：
薛庆，毕逢东，贺永利，等. 城镇聚乙烯燃气管道失效可能性评估模型［J］. 煤气与热力，2024，44（9）：B38-B42.
聚乙烯管道具有使用寿命长、耐腐蚀、柔韧性好等优点，被广泛应用于城镇燃气输配，特别是在中低压埋地管道中逐渐取代钢质管道［1］。然而聚乙烯燃气管道存在老化、强度和抗冲击能力差等问题，因此需要对城镇聚乙烯燃气管道的失效可能性及时进行有效合理的评估［1-2］。对燃气管道失效可能性的评估一般采用半定量评估法，即通过管道的不同属性对失效可能性影响因素的影响程度进行评分，利用分值表示不同管段失效可能性的相对大小［3-4］。本文采用半定量评估法将聚乙烯管道失效可能性的影响因素划分为5个因素，每个因素细分为多个指标，并通过层次分析法确定各因素所占权重，为聚乙烯燃气管道安全运行和管理提供依据。
管道失效可能性主要受到第三方破坏、管道固有危害、管道腐蚀危害、管理不到位危害、服役环境5个因素的影响，每个因素再分化为更详细的指标，建立聚乙烯燃气管道失效可能性评估模型。
① 第三方破坏
第三方破坏是影响聚乙烯燃气管道安全稳定运行的最主要原因。随着城镇化建设的加快，第三方施工明显增多，地面施工时经常有可能造成管道破坏［5-6］。第三方破坏主要分为9个一级指标：占压和净距、埋深、地面标志、管道定位、管道上方活动水平、报警应急处置系统、巡线及安全预警监测、政府保护态度、公众教育。其中地面标志分为与实际情况符合程度、管道沿线地面标志完好程度2个二级指标；巡线及安全预警监测分为巡线检查、安全预警监测系统2个二级指标。
② 管道固有危害
管道固有危害是由管材自身缺陷和设计、施工过程缺陷给后期运行及周边环境带来的潜在危害因素。管道固有危害包括管材质量、管道设计以及管道施工3个一级指标。管材质量分为管道元件质量和气密性试验2个二级指标。管道设计分为运行安全裕量、设计单位和人员的资质、设计标准规范、设计文件审批、设计系数5个二级指标。管道施工分为焊接质量、回填质量、管道元件预处理质量、开槽质量、清管和干燥质量、管道安装质量6个二级指标。
③ 管道腐蚀危害
聚乙烯管道的抗腐蚀能力较钢质管道更强，但随着使用时间推移，管道仍会受到生物、土壤的腐蚀。因此失效评估时，腐蚀危害包括3个一级指标：与钢管连接的腐蚀、土壤腐蚀、生物腐蚀。与钢管连接的腐蚀分为钢塑转换接头连接、法兰连接2个二级指标；土壤腐蚀分为管道外壁土壤温度、土壤酸碱度2个二级指标。
④ 管理不到位危害
管理水平的评估包括：是否达到最大工作应力、机械防错装置设置、规程和文件完整性、定期检测、职工培训以及管道维护6个一级指标。其中定期检测分为管理程序、检测项目、检测频率3个二级指标。
⑤ 服役环境
燃气管道服役环境具有多样性和复杂性，会使燃气管道失效的可能性大大增加。对服役环境的评估主要包括地形地貌、管道敷设方式、降雨敏感性、人类活动对地质灾害的诱发性、灾害的风险识别及应急预案5个一级指标，最后通过地质灾害易发生性修正系数进行修正。
由燃气管道经营公司工作人员对某地3个聚乙烯燃气管段失效可能性评估模型的各项指标进行评分，见表1。
① 构造判断矩阵
邀请来自高校的某教授作为专家，对因素间重要性进行打分，建立两两因素相互比较的判断矩阵A，见表2。Ui代表某个因素，aij表示Ui对Uj的重要性，取1，2，…，9及其倒数。Ui相对于Uj的重要性和Uj相对于Ui的重要性互为倒数。重要性的取值含义见表3。
② 计算权重
按下式计算权重矩阵V［7］：
n——矩阵A的阶数
aij——矩阵A的元素
按下式对矩阵V进行归一化处理，得到权重矩阵W［7］：
经计算，可得权重矩阵W为：
③ 一致性检验
采用下列各式对判断矩阵进行一致性检验［7］。式（6）中，RI的取值见表4［7-8］。
λmax——判断矩阵最大特征根
yi——过渡矩阵Y中的元素
CI——层次排序一致性指标
CR——层次排序一致性比例
RI——层次排序平均随机指标
当CR=0时，判断矩阵有完全一致性。当CR<0.10时，认为判断矩阵的不一致程度在容许范围之内，具有满意一致性。若CR≥0.10，则需要重新调整矩阵A元素的取值。
经计算，判断矩阵最大特征根λmax=5.055，层次排序一致性比例CR=0.012 3，满足CR<0.10，通过一致性检验。
失效可能性评分P的计算式为：
P1——第三方破坏评分
P2——管道固有危害评分
P3——管道腐蚀危害评分
P4——管理不到位危害评分
P5——服役环境评分
第三方破坏评分P1、管道固有危害评分P2、管道腐蚀危害评分P3、管理不到位危害评分P4的计算方法为：将其所包含的各一级指标的评分累加。对于包含二级指标的一级指标，其评分的计算方法为将其所包含的各二级指标的评分累加。
服役环境评分P5的计算方法为：
S2——管道敷设方式评分
S3——降雨敏感性评分
S4——人类活动对地质灾害的诱发性评分
S5——灾害的风险识别及应急预案评分
S6——地质灾害易发生性修正系数
通过式（7）、（8）计算得出管段A、B、C失效可能性评分P，见表5。
失效可能性评分的所属区间与失效可能性等级的关系见表6。
失效可能性等级低表示风险水平可以接受，当前应对措施有效，可不采取额外技术、管理方面的预防措施。失效可能性等级中表示风险水平可以接受，但应保持关注。失效可能性等级较高表示风险水平不可接受，应在限定时间内采取有效应对措施降低风险。失效可能性等级高表示风险水平不可接受，应立即采取有效应对措施降低风险，否则管道将有极大失效风险。
根据表5、6，可以确定管段A失效可能性等级为中，风险水平可以接受，但应保持关注，巡检时应加强检查力度。而管段B和C的失效可能性等级低，当前应对措施有效，可不采取额外技术、管理方面的预防措施。
将评估结果与实际情况对比，吻合度较高。
① 结合聚乙烯燃气管道特点，考虑第三方破坏、管道固有危害、管道腐蚀危害、管理不到位危害、服役环境5个因素，建立了聚乙烯燃气管道失效可能性评估模型。
② 根据层次分析法确定失效可能性评估模型的权重计算方法，得出各因素的权重，并进行一致性检验。
③ 对某地3个聚乙烯燃气管段失效可能性进行了评估，得出的结果与实际情况吻合度较高。
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