基于改进熵权⁃突变级数法的气化炉风险评估

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.010

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (1): 53-58.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.01.010

基于改进熵权⁃突变级数法的气化炉风险评估

张迪¹(), 高鹏²(), 田思祺³, 崔永海⁴

^1.辽宁石油化工大学环境与安全工程学院, 辽宁抚顺 113001
^2.辽宁石油化工大学机械工程学院, 辽宁抚顺 113001
^3.中国石油锦州石化公司, 辽宁锦州 121001
^4.抚顺新钢铁有限责任公司, 辽宁抚顺 113001

收稿日期:2021-02-21 修回日期:2021-05-29 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-07
通讯作者: 高鹏
作者简介:张迪（1994⁃），女，硕士研究生，从事大型煤气化可靠性分析研究；E⁃mail：17862003150@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划资助项目(2018YFC0808500);国家自然科学基金项目(51505207);辽宁省高等学校创新人才支持计划资助项目(LR2017070);辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2019019)

Risk Assessment of Gasifier Based on Improved Entropy Weight⁃Mutation Progression Method

Di Zhang¹(), Peng Gao²(), Siqi Tian³, Yonghai Cui⁴

^1.School of Environmental ＆ Safety Engineering, Liaoning Petrochemical University, Fushun Liaoning 113001, China
^2.School of Mechanical Engineering, Liaoning Petrochemical University, Fushun Liaoning 113001, China
^3.PetroChina Jinzhou Petrochemical Company, Jinzhou Liaoning 121001, China
^4.Fushun New Steel Corporation Ltd. , Fushun Liaoning 113001, China

Received:2021-02-21 Revised:2021-05-29 Published:2022-02-28 Online:2022-03-07
Contact: Peng Gao

摘要/Abstract

摘要：

为了提高气化炉风险评估的准确性，提出了一种将云模型与突变级数法相结合的安全评价方法。通过查阅文献及专家分析，将气化炉风险分为机械系统、人员、管理以及环境风险，建立气化炉多层次风险评估体系。云模型是一种定性与定量之间相互转换的有效工具，云模型中引入熵与超熵特征值，提出云熵权法改进传统权重计算方法，对所有指标进行权重计算，提高排序结果的准确性。根据归一公式计算各层指标的突变隶属度值及气化炉总突变隶属度值，依据风险等级评价表判断气化炉风险等级。结果表明，该方法提高了权重排序的全面性和客观性，使气化炉风险评估结果与实际相符合，验证了该方法的可行性和有效性。

关键词: 气化炉, 突变级数法, 云模型, 云熵权法, 风险评估

Abstract:

In order to improve the accuracy of gasifier risk assessment, a safety assessment method that combines cloud model with catastrophe progression method was proposed. Through literature review and expert analysis, the risks of the gasifier are divided into mechanical systems, personnel, management and environmental risks, and a multi?level risk assessment system for the gasifier was established. The cloud model is an effective tool for qualitative and quantitative conversion. The entropy and hyper?entropy feature values of the cloud model were introduced, and the cloud entropy weight method was proposed to improve the traditional weight calculation method, and the weight calculation of all indicators was carried out to improve the accuracy of the ranking results. According to the normalization formula, the mutation membership value of each layer index and the total mutation membership value of the gasifier are calculated, and the risk level of the gasifier is judged according to the risk level evaluation table. The research results show that this method improves the comprehensiveness and objectivity of the weight ranking, and makes the gasifier risk assessment results consistent with the actual situation, which verifies the feasibility and effectiveness of the method.

Key words: Gasifier, Catastrophe progression method, Cloud model, Cloud entropy weight method, Risk assessment

中图分类号:

TE66

张迪, 高鹏, 田思祺, 崔永海. 基于改进熵权⁃突变级数法的气化炉风险评估[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 53-58.

Di Zhang, Peng Gao, Siqi Tian, Yonghai Cui. Risk Assessment of Gasifier Based on Improved Entropy Weight⁃Mutation Progression Method[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(1): 53-58.

图/表 8

表1 突变模型的势函数及归一公式

突变模式	势函数	控制变量	归一化公式
折叠突变	V(x)=x³+ax	1	$x a = a$
尖点突变	V(x)=x⁴+ax²+bx	2	$x a = a, x b = b 3$
燕尾突变	V(x)=x⁵+ax³+bx²+cx	3	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4$
蝴蝶突变	V(x)=x⁶+ax⁴+bx³+cx²+dx	4	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4, x d = d 5$
棚屋突变	V(x)=x⁷+ax⁵+bx⁴+cx³+dx² +ex	5	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4, x d = d 5,$ $x e = e 6$

表1 突变模型的势函数及归一公式

突变模式	势函数	控制变量	归一化公式
折叠突变	V(x)=x³+ax	1	$x a = a$
尖点突变	V(x)=x⁴+ax²+bx	2	$x a = a, x b = b 3$
燕尾突变	V(x)=x⁵+ax³+bx²+cx	3	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4$
蝴蝶突变	V(x)=x⁶+ax⁴+bx³+cx²+dx	4	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4, x d = d 5$
棚屋突变	V(x)=x⁷+ax⁵+bx⁴+cx³+dx² +ex	5	$x a = a, x b = b 3, x c = c 4, x d = d 5,$ $x e = e 6$

表2 风险评估等级及其对应的隶属度

评价等级	风险水平	隶属度	常规值	评价等级	风险水平	隶属度	常规值
Ⅰ级	低风险	（0.987 5，1.000 0]	（0.8，1.0]	Ⅳ级	较高风险	（0.927 5，0.958 2]	（0.2，0.4]
Ⅱ级	较低风险	（0.975 3，0.987 5]	（0.6，0.8]	Ⅴ级	高风险	（0，0.927 5]	（0，0.2]
Ⅲ级	中等风险	（0.958 2，0.975 3]	（0.4，0.6]

图1 气化炉综合评价体系

表3 专家打分结果

底层指标	分值
底层指标	ZJ1	ZJ2	ZJ3	ZJ4	ZJ5	ZJ6	ZJ7	ZJ8	ZJ9	ZJ10
d1	60	90	83	70	90	80	75	80	90	98
d2	70	90	90	95	92	70	85	85	88	90
d3	80	50	72	97	88	80	80	95	100	95
d4	70	50	65	50	50	40	70	80	68	75
d5	65	90	92	78	80	70	75	70	90	65
d6	75	80	85	93	75	90	80	85	76	68
d7	75	80	78	78	62	55	65	80	77	50
d8	70	80	75	80	60	80	75	80	88	75
d9	60	40	75	70	78	90	80	70	78	50
d10	70	70	85	92	88	100	85	80	99	90
d11	65	40	75	82	60	82	80	73	91	47
d12	80	60	70	70	80	80	60	55	72	80
d13	80	72	80	72	53	85	72	60	68	75
d14	70	70	77	85	50	70	80	75	50	45
d15	85	80	70	75	70	68	70	60	75	60
d16	60	60	75	80	65	55	73	72	85	35
d17	60	60	75	85	60	65	73	75	87	55
d18	60	90	75	78	60	50	65	70	78	45
d19	90	70	80	88	72	65	69	78	86	75
d20	90	70	80	81	60	58	65	70	81	45
d21	85	70	85	77	70	62	72	75	70	85
d22	85	80	80	82	65	63	65	68	79	55
d23	80	80	75	70	60	60	69	70	73	55
d24	90	80	85	78	70	67	79	78	86	90
d25	90	80	85	88	70	74	85	82	90	85

图2 温度云图

图3 压力云图

表4 各指标的Ex、En、He及权重计算结果

底层指标	Ex	En	He	$ω$ _h×10²	ω_q
d1	78.6	13,631 6	7.482 1	4.007 2	0.816 0
d2	87.4	8.723 1	7.411 2	2.448 0	0.855 0
d3	83.7	14.162 4	8.537 3	4.492 3	0.837 0
d4	61.8	14.337 9	5.597 8	4.117 0	0.618 0
d5	77.5	10.653 2	6.539 1	5.112 1	0.775 0
d6	80.7	7.570 0	10.197 3	4.133 9	0.807 0
d7	70.0	12.031 8	15.976 1	3.030 8	0.700 0
d8	76.3	6.642 6	6.514 1	5.744 5	0.763 0
d9	69.1	14.363 0	12.590 3	3.128 8	0.691 0
d10	85.9	9.901 2	9.012 4	4.934 7	0.859 0
d11	68.2	15.741 6	17.042 3	2.696 3	0.682 0
d12	70.7	9.650 5	12.383 8	3.573 1	0.707 0
d13	71.7	9.224 4	6.737 9	4.838 4	0.717 0
d14	67.2	14.187 5	17.071 5	2.724 7	0.672 0
d15	71.3	7.469 8	8.479 0	4.551 8	0.713 0
d16	66.0	13.786 5	28.000 0	2.301 0	0.660 0
d17	69.5	11.906 5	8.275 6	3.956 5	0.695 0
d18	67.1	13.911 8	17.171 8	2.728 5	0.671 0
d19	77.3	8.890 5	8.596 2	4.672 4	0.773 0
d20	70.0	13.034 5	21.333 1	2.688 6	0.700 0
d21	75.1	7.920 9	5.938 7	5.659 1	0.772 0
d22	72.2	11.279 8	12.984 8	3.436 1	0.722 0
d23	69.2	8.221 7	11.577 7	3.754 1	0.692 0
d24	80.3	7.469 8	6.188 1	6.012 3	0.803 0
d25	82.9	6.416 7	6.063 6	6.554 4	0.829 0

表4 各指标的Ex、En、He及权重计算结果

底层指标	Ex	En	He	$ω$ _h×10²	ω_q
d1	78.6	13,631 6	7.482 1	4.007 2	0.816 0
d2	87.4	8.723 1	7.411 2	2.448 0	0.855 0
d3	83.7	14.162 4	8.537 3	4.492 3	0.837 0
d4	61.8	14.337 9	5.597 8	4.117 0	0.618 0
d5	77.5	10.653 2	6.539 1	5.112 1	0.775 0
d6	80.7	7.570 0	10.197 3	4.133 9	0.807 0
d7	70.0	12.031 8	15.976 1	3.030 8	0.700 0
d8	76.3	6.642 6	6.514 1	5.744 5	0.763 0
d9	69.1	14.363 0	12.590 3	3.128 8	0.691 0
d10	85.9	9.901 2	9.012 4	4.934 7	0.859 0
d11	68.2	15.741 6	17.042 3	2.696 3	0.682 0
d12	70.7	9.650 5	12.383 8	3.573 1	0.707 0
d13	71.7	9.224 4	6.737 9	4.838 4	0.717 0
d14	67.2	14.187 5	17.071 5	2.724 7	0.672 0
d15	71.3	7.469 8	8.479 0	4.551 8	0.713 0
d16	66.0	13.786 5	28.000 0	2.301 0	0.660 0
d17	69.5	11.906 5	8.275 6	3.956 5	0.695 0
d18	67.1	13.911 8	17.171 8	2.728 5	0.671 0
d19	77.3	8.890 5	8.596 2	4.672 4	0.773 0
d20	70.0	13.034 5	21.333 1	2.688 6	0.700 0
d21	75.1	7.920 9	5.938 7	5.659 1	0.772 0
d22	72.2	11.279 8	12.984 8	3.436 1	0.722 0
d23	69.2	8.221 7	11.577 7	3.754 1	0.692 0
d24	80.3	7.469 8	6.188 1	6.012 3	0.803 0
d25	82.9	6.416 7	6.063 6	6.554 4	0.829 0

表5 各级安全风险评价指标的突变隶属度值

评价指标	突变隶属度	评价指标	突变隶属度	评价指标	突变隶属度
A	0.986 8	d2	0.855 0	d14	0.672 0
B1	0.972 2	d3	0.837 0	d15	0.713 0
B2	0.963 4	d4	0.618 0	d16	0.660 0
c1	0.921 6	d5	0.775 0	d17	0.695 0
c2	0.917 7	d6	0.807 0	d18	0.671 0
c3	0.913 9	d7	0.700 0	d19	0.773 0
c4	0.881 8	d8	0.763 0	d20	0.700 0
c5	0.870 2	d9	0.691 0	d21	0.772 0
c6	0.903 7	d10	0.859 0	d22	0.722 0
c7	0.864 5	d11	0.682 0	d23	0.692 0
c8	0.919 9	d12	0.707 0	d24	0.803 0
d1	0.816 0	d13	0.717 0	d25	0.829 0

参考文献 13

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基于改进熵权⁃突变级数法的气化炉风险评估

Risk Assessment of Gasifier Based on Improved Entropy Weight⁃Mutation Progression Method

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