电站锅炉安全级别模糊综合评价研究

黄梦婷，蒲 伟

(1.河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038;2.昆明理工大学 国土资源学院，云南 昆明650033)

我国火力发电机组正朝着高参数、大容量的方向发展，电站锅炉的结构变得极为复杂。其主要特点包括:附属设备多、工作环境恶劣、单位热负荷高、锅炉材质多样、运行参数高等［1］。针对电站锅炉的安全评价大多是通过安全检查表法、事故树分析法等［2－3］进行局部的定性、半定量分析。这些方法能找出电站锅炉运行的危险因素，但不能从整体上对危险因素的分布及权重进行深入的探究，从而影响评价结果的准确性和系统性。本文结合电站锅炉危险因素模糊性的特点，应用模糊数学理论，建立电站锅炉的模糊综合评价模型，为电力企业的安全分析与风险评价提供依据。

1 评价指标体系和指标权重

建立电站锅炉的评价指标体系，即找出影响电站锅炉安全运行的各相关要素构成评价要素集，各要素的重要程度可能不同。一套完整的评价指标体系是全面、不重叠且指标易于取得的［4］，否则无法对评价对象做出整体判断。

1.1 建立评价指标体系

根据收集的锅炉爆炸事故、缺水事故、结焦事故等锅炉安全事故案例［5］，在充分分析事故发生的主、客观原因的基础上建立评价指标体系。本文以云南省某火电站为例，根据企业综合管理状况，全面考虑“人、机、环境、管理”因素，确立电站锅炉的一级评价指标体系为:员工素质、锅炉设备、使用环境、安全管理四大类，分别用u1，u2，u3，u4表示，对各一级评价指标进行分析，建立该电站锅炉的综合评价指标体系见表1。

表1 电站锅炉安全评价指标体系Tab.1 safety evaluation system of Power plant boiler

1.2 确定评价指标的权重

为了反应各评价指标的重要程度，对各一级指标ui应分配相应的权重值ai(i=1，2，…，m)通常要求ai≥0;Σai=1，各子因素uij的权重集合为，根据各个二级评价指标对一级指标的隶属程度来确定各二级指标的权重aij(i=1，2，…，m;j=1，2，…，k)。权重选择的合适与否直接关系到评价模型的成败，确定权重的方法有很多，例如:层次分析法、Delphi法、专家估计法、加权平均法等［6］。

根据电站锅炉的结构系统性，本文采用定性与定量分析相结合的层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)来确定指标体系的权重集［7］。以一级评价指标员工素质为例，影响员工素质的因素包括身体素质及技术素质、安全意识、文化水平、思想道德素质，对4种因素进行两两比较，根据企业提供的数据资料及员工报告，综合分析各因素之间的相对重要程度，从而建立判断矩阵。其权重的详细计算过程如下:

对层次分析法计算出来的权重向量进行一致性检验，运用Matlab计算得到判断矩阵的最大特征值为λmax=4.115，则有＜0.1(其中RI为平均随机一致性指标，可由表2查得［8］)，由计算结果可知判断矩阵满足一致性条件。

同理，根据层次分析法计算得各评价指标权重集如下:

一级评价指标A0=(0.18，0.36，0.14，0.32)。

员工素质A1=(0.14，0.48，0.30，0.08)。

锅炉设备A2=(0.31，0.23，0.14，0.25，0.07)。

使用环境A3=(0.43，0.37，0.20)。

安全管理A4=(0.14，0.28，0.47，0.11)。

2 模糊综合评价

2.1 评判集的确定

对火电厂锅炉进行模糊综合评价，需先建立评判集和模糊关系矩阵。评判集是对评判对象可能做出的评判结果所组成的集合，可表示为:V={v1，v2，…，vn}［9］。专家通过大量锅炉事故调查分析，发现电站锅炉存在的安全隐患比一般企业设备复杂，因此将评语集分为5个等级:V={V1(好)，V2(较好)，V3(一般)，V4(差)，V5(很差)}。

表2 一致性指标Tab.2 Consistency index

表3 电站锅炉模糊综合评价打分体系Tab.3 Fuzzy comprehensive evaluation scoring system Power plant boiler

2.2 构造模糊评判矩阵

邀请20位专家组成评审团，借助安全检查表对该企业员工素质、锅炉设备、使用环境、安全管理四个主因素及其子因素做出考评，同时对综合评价指标体系中各二级指标进行单因素评价，以确定评价对象对评判集的隶属度。通过对专家评价结果的整理、统计，得到该火电站锅炉设备的模糊综合评价打分体系，见表3。

2.3 综合评价

多层次模糊综合评价是从最低层开始，逐层向上进行综合评价，即对各下级指标做出模糊评价后，低层次的多因素评价结果形成上一级对应的单因素评价对象，这样就构成了多级模糊综合评判体系［10］。本文仅就一、二级评价指标进行二级模糊综合评价，评价模型如下:

式中o为模糊算子。为了客观地评价各因素的安全程度和贡献量，本文采用加权平均型算子bj=，可见bj的大小是由模糊评判矩阵R中的每一个rij和权重ai共同决定，因此每个因素对评价结果都有一定的贡献。

根据影响员工素质u1各因素的权重集A1和模糊矩阵R1，可得:

同理可求出影响电站锅炉安全其他因素的Bi。

可根据最大隶属度原则或加权平均原则对评价结果进行处理，考虑到最大隶属度原则在某些情况下损失信息较多，可能影响评价结果，本文采用加权平均原则对综合评价结果进行处理，将评价等级“好，较好，一般，差，很差”分别赋值1，2，3，4，5。规定锅炉安全等级:1～2(安全);2 ～3(一般安全);3～4(较危险);4～5(很危险)。

综上可得，电站锅炉综合安全等级隶属于一般安全级别，与该电站锅炉系统实际情况进行对比，结果表明评价结果与企业实际相符。

3 结论

1)综合评价结果的可靠性和准确性依赖于合理确定评价指标体系、指标的权重分配和综合评价的合成算子等。需要根据评价系统的特点来选取合适的评价模型和算法，使评价结果更加客观、科学和有针对性。

2)各评价指标的权重值及单因素评价矩阵可根据各电站锅炉企业的具体情况而定，使模糊评价结果更符合企业的实际情况。

［1］姜磊，杨俊保.电站锅炉故障诊断技术的发展［J］.上海电力学院学报，2010，26(6):541－543.

［2］彭小兰，范晓明.基于安全检查表法的锅炉厂质量保证体系的安全评价［J］.安全与环境工程，2010，17(6):47－50.

［3］程华瑞，栗继祖.运用TNT当量法及事故树法在分析锅炉爆炸的危害［J］.太原理工大学学报，2013，44(3):361－365.

［4］郭驰，杨扬，王超，等.模糊层次分析法在小额贷款信用评级中的应用［J］.河北工程大学学报:自然科学版，2013，30(2):106 －109.

［5］王飞，胡静娴，黄晶.APH和模糊综合评判在绿色建筑中的评价研究［J］.河北工程大学学报，2014，31(2):107－110.

［6］魏胜桃，张树海，李文军，等.模糊综合评价在焦化企业安全评价中的应用［J］.工业安全与环保，2010，36(7):58－59.

［7］刘新宪，朱道立.选择与判断［M］.上海:上海科学普及出版社，1990.

［8］王雪颖，郭徽，房新亮.模糊综合评价法在煤与瓦斯突出危险性评估中的应用［J］.工业安全与环保，2012，38(6):31－34.

［9］杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用［M］.华南理工大学出版社，2006.

［10］鲍学英，王起才，宫文昌.基于模糊层次分析法的地铁工程施工安全评价［J］.中国安全生产科学技术，2013，9(1):136 －139.