黄海波1,2殷国富1何太碧2谭金会2
（1.四川大学2.西华大学)黄海波等.

天然气工业，2004；24（3）：115~119

加气站设备技术水平评价原理与方法
1.加气站设备技术水平系统评价的一般步骤
系统评价步骤是评价有效性的保证，加气站设备水平评价流程如图1所示。影响加气站设备水平综合评价的因素包括技术水平、经济水平、管理水平三要素。鉴于经济水平与技术水平的关系更为密切，因此将经济水平作为辅助指标来考虑。评价系统技术水平的影响因素如生产率、年平均费用、可靠性、维修性、通用性、耐用性、经济使用寿命、安全性等构成描述系统水平的有序集合，同时对这些因素赋予一定的权重系数，经过合成后形成评价的指标体系。加气站综合设备水平评价的同时还应考虑到技术水平与人和环境因素的适配性。不同视角的人对评价准则内容和加权量的选取差异较大，因此，在确定评价指标及相应权重系数阶段，要了解加气站有关人员和部门存在问题的构成要素及其相互关系，在此基础上，再对系统进行定量化的评价。
2.建立指标体系应遵循的原则
加气站设备技术水平评价指标体系用以衡量不同型号、厂家的同类设备，是各个不同加气站设备配置方案的统一尺度。因此，评价指标体系的选择必须科学、客观、尽可能全面的反映评价所要解决问题的各项目标要求。加气站设备技术水平评价指标的图1建立指标体系流程图

筛选应遵循以下8项原则：① 系统性原则；②可测性原则；③ 独立性原则；④ 可比性原则；⑤ 主次性原则；⑥　简练实用性原则；⑦ 虚实结合原则；⑧上下结合原则。
这些原则，在具体应用时会出现一些矛盾，为此进行如下处理。
（1）定量指标与定性指标相结合，既能使评价具有客观性，便于数学模型处理，又可弥补数学寻优法的不足及数据本身存在的某些缺陷。
（2）绝对量指标与相对量指标相结合使用，绝对量指标反映总体及规模水平，相对量指标则反映在某些方面的强度（或密度）。
（3）评价的有效性与评价的简便性相矛盾时，应在满足有效性的前提下，尽可能简化评价操作。
（4）指标的系统性与可获得性相矛盾时，对那些与评价关系甚大的指标，虽然目前无法获得数据，仍给出建议指标，以保证评价指标体系的系统性和科学性。
（5）指标的精确性与可信度。评价应尽可能精确，但有些指标目前不能做到很精确，可邀请专家根据经验做定性的描述，给某些指标以质的规定，这样可以提高可信度。
3.加气站设备技术水平评价的关键因素
影响加气站设备水平的关键因素通过结合生产实际与发放专家调查表调研得出，专家调查表具有两项重要职能：一是专家对因素的认可度，二是专家对不同的评价指标赋予不同的权重（指标的相对重要性）。
（1）设备生产率
加气站设备生产率可以用设备在单位时间内生产合格的CNG或者LPG体积量来衡量。加气站设备的效能取决于它的能耗、加气速度、计量精度、设计压力、入口压力、排气压力等一系列技术参数。在对加气站设备生产率因素进行评价时，可以选择加气站平均负荷率作为辅助指标。平均负荷率可选择月平均负荷率或年平均负荷率。
（2） 设备可靠性
设备的可靠性是选型时应重点考虑的问题。一般从以下几个方面进行测评。
1）设备的生产能力和气质。
2）设备故障频率的高低或平均故障间隔时间。
3）设备操作是否方便、安全以及对环境的影响。
4）对设计所选择的冗余设计、耐环境设计、安全性设计、人机工程设计等方面进行分析， 预测可靠度。
（3）设备维修性
着重考虑以下几个因素。
1）设备结构设计是否易于维修。
2）设备零、部件的标准化、通用化程度。
3）设备维修与环境条件的适应性。
（4）设备使用寿命
包括物质寿命、技术寿命和经济寿命。
（5）设备的能耗
主要以压缩机开动时的单位能耗量来表示。
（6）设备的成套性
指加气站设备的成套设备的匹配水平。
（7） 设备的环保性
指设备噪声和排放废气、废水对环境的污染程度。
（8） 设备的安全性
指设备自身的安全防护能力。
（9）设备的操作性
指设备操作方便、可实现远程信息传递和监控，以及操作人员的工作环境是否舒适和安全等。
（10）设备的经济性
作为技术水平评价的辅助指标，倾向于选择寿命周期费用法。
（11）设备的匹配性
是指压缩机与电机的匹配、压缩机与储气瓶组的匹配，这对加气站能源消耗和天然气的工艺性耗损影响很大。
加气站设备技术水平评价体系的
一般构架加气站设备技术水平评价指标体系的一般构架见图2。简化后的C级指标体系综合考虑了加气站几大系统的共性，各分系统的评价指标体系依据侧重点可以适当变化，根据需要，C级指标可以继续分解，但指标分解一般不超过3级，以提高评价精度。
1.层次结构模型的建立
目前用于系统评价的方法主要有层次分析法、模糊评判法、Delphi以及因素空间法、数理统计法
图2加气站设备技术水平评价指标体系构架图

等，尤以层次分析法和模糊评判法应用较广。笔者采用层次分析法确定加气站设备各性能权重因素，并根据具体的性能权重值获得被评价的加气站设备技术水平。加气站技术水平评价层次结构模型是加气站设备技术水平各元素相互隶属关系的表现。本项研究提出的压缩机技术水平评价层次结构模型见图3。其他系统如售气机系统、储气瓶组的层次结构模型可参照图2、3进行。
图3压缩机技术水平评价层次结构模型图

从图3可看出，把“安全性”考虑在技术水平中进行评价主要是从硬件方面考虑，“缺陷项目”即相应的安全保护装置则功能不全或缺损。对压缩机组而言其安全保护装置包括：安全阀、低压报警和越限停机装置；温度报警及停车装置；润滑油系统低压报警及停机装置。
限于篇幅，笔者不能对指标进行充分释义，在图3中对某些C级指标也未作进一步分解。如C27（可靠性）可分解为D271（设备自身可靠性）、D272（维修质量）D273（备件质量、备件数量），如果评价机构掌握有各型号压缩机故障统计数据，C27也可用平均故障间隔时间来表征。D283（易检测性）可从3个方面来考虑性能检测的准确性：故障自检的覆盖率、检测隔离率、虚警率等。
2.加气站设备技术水平评价层次结构模型求解
首先根据数据构造各层次判断矩阵B
AK〖〗B1〖〗B2〖〗…〖〗BnB1〖〗b11〖〗B12〖〗…〖〗b1nB2〖〗b21〖〗B22〖〗…〖〗b2n…〖〗…〖〗…〖〗…〖〗…Bn〖〗bn1〖〗Bn2〖〗…〖〗bnn矩阵中bij表示对A元素而言，Bi与Bj重要程度的标值。衡量判断矩阵适当与否的标准是矩阵的判断是否具有一致性。由于系统的复杂性和人们认识上的多样性，有产生片面性的可能，为检查层次分析法所得结果的合理性，需要对矩阵进行一致性检验，该检验通常结合排序步骤进行。
其次进行层次单排序。排序计算的实质是计算满足BW=λmaxW的特征根和特征向量（λmax表示判断矩阵B的最大特征根；W 表示对应于λmax的规范化特征向量，其分量Wi对应于单元单排序的权重）。如果随机一致性指标ICR≥0.1，需重新调整判断矩阵，直到ICR＜0.1 为止。
最后进行层次总排序。层次总排序要从上到下逐层进行，若上层所有元素Ai的总排序已经完成，各元素的权重相应为ai，与ai相对应的次层元素Bj的排序结果为bij，若Bj与Ai无关，则bij=0，于是得到层次总排序表，且
 ∑n〖〗j=1∑n〖〗i=1aijbij=1
层次总排序是归一化的正规向量，层次总排序计算原理见表1。层次总排序结果的一致性检验和层次单排序相类似，检验指标含义也相同。同样ICR≥0.1时，需对本层次各判断矩阵进行调整。全部排序结果可构成优先度矩阵，将优先度矩阵与权重向量W相乘，可以得到各加气站设备技术水平的排序向量。排序向量的大小反映各加气站设备综合技术水平的强弱。
应 用 实 例
1.层次单排序
（1）构造各层次的判断矩阵如下，计算各指标的权重和进行一致性检验。
对目标层总目标重要性判断矩阵及排序向量见表2。相应各指标对经济性评价重要程度判断矩阵及排序向量见表3。相应各指标对技术性评价重要程度判断矩阵及排序向量见表4。表2

2.层次总排序
在层次单排序的基础上进行层次总排序并进行一致性检验，所得结果为各子准则相应于总目标的权重。本指标体系有2个因素11项指标（见表5 ，不计D级指标）。从表5可以看出，可靠性C27、安全性C21、排气量C23与其他因素相比权重较大。而匹配性指标虽然对经济性影响较大但对技术水平影响最小，在实际评估中可根据需要予以忽略。

3.各加气站之间同种或不同型号压缩机技术水平的排序
在确定了各评价指标的权重之后，可以在递阶层次的最底层（根据简化条件设在C级），即在方案层构造甲、乙、丙等3种型号压缩机进行两两比较后可以确定判断矩阵如下，见表6～16。

将优先度矩阵P与权重向量W相乘，可以得出甲、乙、丙各型号压缩机技术水平的排序向量。

由此结果可得出：乙压缩机技术水平等级为最高。