黄世钊 李小良 袁荣华 秦志辉 赵 黔 龙文娟

(1. 广西大学化学化工学院；2. 广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室；3. 广西壮族自治区特种设备监督检验院)

目前，广西境内已探明铝土矿储量7亿t，远景储量10亿t，主要分布在桂西百色市的平果、德保、靖西及田东等县。如何开发利用这些资源，对促进广西的经济建设意义重大。随着中铝股份广西分公司(平果)、广西华银铝业(德保)、广西信发铝电(靖西)等氧化铝生产线的建设及其技改工程的相继建成投产，广西目前氧化铝的生产能力达到645万t/a，约占国内氧化铝产能的20%。为把桂西(百色)铝工业基地建设成为中国最大最强的铝工业基地，建设者们在氧化铝的生产装备上大力引进先进技术，装备的大型化、高参数化及过程控制自动化等技术特征日益突出，对生产装备尤其是特种设备的安全使用管理和安全检验检测提出了更为严格的要求。

笔者旨在用模糊层次分析法(FAHP)多方面分析并比较检验模式的性能，全面评价并优选出一种合理的氧化铝生产在役压煮器定期检验模式来解决氧化铝企业长周期、满负荷特种设备的使用现状，解决以往定期检验模式要求连续生产的大量压力容器停止运转导致成套生产装置频繁停车的难题。加之，由于以往检验模式的性能指标多且变化规律不一致，导致评价不准确。为解决此类问题，可以引用定性与定量结合的层次分析法(Analytic Hierarch Process，AHP)，通过按一定的评价准则对各方案进行综合评估、排序与优选[1]；而模糊层次分析法(Fuzzy Analytic Hierarchy Process，FAHP)则是对传统层次分析法的改进[2，3]，在决策中引入模糊矩阵，进而转化成模糊一致矩阵[4]，然后再对各方案进行总排序，计算出各排序的相对权重与总排序的权重，根据权重的大小，即可选出最优的检验方案。

1 模糊层次分析法的步骤

1.1 建立层次结构模型

在建立层次结构模型时，按不同属性将检验模式分解组合成若干组，形成不同层次。按照最高层为目标层、中间层为准则层和最低层为方案层的方式排列。同一层作为准则，这一层对下层的元素起支配作用，同时它又受上一层元素的支配。因此用该方法可以对多目标问题进行评价与优选[4]。

1.2 建立模糊判断矩阵

假定有元素a1，a2，…，an，且优先关系矩阵为F={fij，i=1,2,…,n；j=1,2,…,n}。其中，fij表示元素ai、aj进行比较时，其具有的模糊关系的隶属度，可用 0-1标度给予定量描述[5]：

(1)

由此可建立模糊矩阵F：

(2)

1.3 建立模糊一致判断矩阵

(3)

1.4 层次单排序

层次单排序是指根据判断矩阵计算对于上一层某元素而言，本层次与之有联系的元素重要性的优先权重，它是对层次所有元素相对上一层而言的重要性进行排序的基础。计算权重W的公式[5]：

(4)

1.5 层次总排序

(5)

其中，V为下层评价指标的综合权重；Wj为上层指标的相对权重；W为下层指标的相对权重。各个方案的综合评价用V的各个元素值的大小来排序，根据层次总排序向量，可选出最优的方案：A=max{V1,V2,…,Vn}。

2 检验模式的分类及特点

5种常规无损检测为[7]：射线检测RT、渗透检测PT、磁粉检测MT、超声检测UT和涡流检测ET。广西氧化铝生产在役压煮器都是厚壁容器，其定期检验方式主要应用：射线检测、磁粉检测与超声检测结合、超声衍射时差法(Time of Flight Diffraction，TOFD)检测[8～11]、超声检测和超声衍射时差法检测结合等4种检验模式。考察以往氧化铝生产在役压煮器定期检验的数据，以及考虑定期检验模式的性能指标，对广西氧化铝生产在役压煮器的定期检验模式的特点列于表1[7,8]。

表1 定期检验模式的特点

根据氧化铝生产在役压煮器定期检验模式的性能指标，令：优为9、良为7、差为3，把表1中所提到的4种定期检验模式的特点定量化，其结果见表2。

表2 定期检验模式的定量化结果

3 优选在役压煮器定期检验模式

3.1 建立优选定期检验模式的层次结构模型

针对合理的氧化铝生产在役压煮器检验模式的选型问题，结合定期检验模式的性能和检验达到的效果，对目前广西氧化铝在役压煮器定期检验所采用的4种定期检验模式进行优选，考察6种特征准则对4种定期检验模式的关系，建立的层次结构模型如图1所示。

图1 优选在役压煮器定期检验模式的层次结构模型

3.2 构建检验选型的模糊判断矩阵

根据氧化铝生产在役压煮器的特点和氧化铝生产企业的需要，以及检验所需达到的目的，检验指标的重要性排序为：安全性>检出率>经济性>精准性>难易度>耗时性。由式(1)可得检验选型的模糊判断矩阵F为：

根据表2建立准则层到方案(即检验模式到检验模式的性能指标)的模糊矩阵：F1、F2、F3、F4、F5、F6。

3.3 构建选型的模糊一致矩阵

根据式(3)可得检验模式选型的模糊一致矩阵R为：

用同样的方法将模糊矩阵F1、F2、F3、F4、F5、F6，转化为模糊一致矩阵R1、R2、R3、R4、R5、R6。

3.4 检验模式的层次单排序

根据式(4)求得检验模式选型的模糊一致矩阵R的权重W为：

W=[0.217 0.197 0.177 0.157 0.137 0.117]T

同样求得模糊一致矩阵R1、R2、R3、R4、R5、R6的权重分别为：

3.5 检验模式选型的层次总排序

由式(5)可以确定检验模式选型的层次总排序为：

最优定期检验模式A=max{V1,V2,V3,V4}=0.291，即UT+TOFD的综合权重最大，所以广西氧化铝生产在役压煮器最优的定期检验模式是UT+TOFD。4种定期检测模式的选型相对优先顺序为UT+TOFD>TOFD>UT+MT>RT。故在综合考虑安全性、检出率、经济性、精准性、难易度、耗时性后，选择氧化铝生产在役压煮器定期检验模式的时，优先选用UT+TOFD。UT+TOFD检验模式比传统的定期检验更安全，更经济，更省时。运用到氧化铝生产企业年度设备维护时期进行检测，不仅可以解决以往定期检验模式要求连续生产的大量压力容器停止运转，检验周期长、缺陷漏检率高及检验费用高等难题；同时还可以提高氧化铝生产溶出机组的运转率，增加氧化铝的产量，降低单位生产成本。

4 结论

4.1利用FAHP法建立广西氧化铝生产在役压煮器定期检验模式的层次模型结构，计算相对权重与综合权重，根据综合权重的大小，选出了最优的广西氧化铝生产在役压煮器定期检验模式为UT+TOFD。

4.2采用UT+TOFD作为广西氧化铝生产在役压煮器定期检验模式，不仅可以克服检验周期长、缺陷漏检率高、检验费用高等难题；还可以提高氧化铝生产溶出机组的运转率，增加氧化铝的产量，降低单位生产成本，实现特种设备安全有效地在役检验。

4.3用FAHP选出的最优氧化铝生产在役压煮器定期检验模式可以推广到其他化工、石油、制药、食品及电力等行业的厚壁特种设备检验中，具有很好的经济价值。

[1] 许树柏.层次分析法原理[M].天津：天津大学出版社，1988.

[2] 张吉军.模糊层次分析法(FAHP)[J].模糊系统与数学，2000，14(2)：80～88.

[3] 姚敏，张森.模糊一致矩阵及其在软科学中的应用[J].系统工程，1997，15(2)：54～57.

[4] 王延军，赵新泽，陈洪军.基于模糊层次分析法的切削液配方方案优选研究[J].润滑与密封，2006，(9)：148～151.

[5] 徐泽水.模糊互补判断矩阵排序的一种算法[J].系统工程学报，2001，16(4)：311～314.

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[8] 秦志辉，孙小兵.TOFD检测技术在压力容器定期检验中的应用[J].中国特种设备安全，2011，27(8)：31～33.

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