基于灰色模糊理论的埋地输油管道腐蚀与防护势态综合评判.pdf

基于灰色模糊理论的埋地输油管道腐蚀与防护势态综合评判 田赤勇;陈进殿;李爽【摘 要】通过分析影响埋地输油管道腐蚀与防护势态的因素,结合改进的 Delphi法和 AHP 法,综合考虑指标体系中各指标数据资料的可靠性及相对重要性,采用乘法合成的方式将可靠性指标和估价指标相结合,确定各指标的综合权重.结合灰色关联方法和模糊理论建立了综合评价模型,阐明了该方法的基本原理及计算步骤,并用算例说明了该方法的具体应用.该方法在理论上是科学的,而且很容易程序化,为埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评判提供了一种有效的手段.【期刊名称】管道技术与设备【年(卷),期】2005(000)004【总页数】4 页(P40-42,46)【关键词】输油管;腐蚀防护;灰色理论;模糊理论;综合评判【作 者】田赤勇;陈进殿;李爽【作者单位】中石化湖南岳阳石油分公司,湖南,岳阳,414000;西南石油学院研究生院,四川,成都,610500;西南石油学院研究生院,四川,成都,610500【正文语种】中 文【中图分类】TE988.2 腐蚀对管道造成腐蚀损坏的大小或严重程度，称为管道的腐蚀势态；管道采取防腐措施的有效性或者保护程度，称为防护势态。管道上存在的损伤现状是环境腐蚀和防护有效性相互作用的结果，亦是腐蚀势态和防护势态的综合反映。若对已知的腐蚀与防护势态进行准确的综合分析，就可以对管道腐蚀破坏的危险倾向或程度作出基本的判断。通过综合分析的方法，确定埋地输油管道的腐蚀与防护势态，对提高管道腐蚀与防护管理的针对性、科学性和决策的正确性具有重大意义。腐蚀与防护势态综合评判的直接目的是进行定量的评定，对运行管理的腐蚀破坏状态确定其危险等级，建立分级管理的机制，从而达到经济投入、科学管理、以预防为主的目的。目前对埋地输油管道腐蚀与防护势态分析和评价的工作，仅仅是由有一定实践经验的技术人员去做，存在较多的人为误差，不统一、不规范。鉴于埋地输油管道腐蚀与防护系统影响因素众多，问题中存在许多模糊因素(如绝缘层的连续性因素)，或是具有模糊因素的一个问题不具备完全充分的资料(如土壤含盐因素)，即在一个问题中既有模糊性又存在灰色性，这就要求在综合评判中同时考虑模糊性与灰色性两个方面的影响，属于灰色模糊综合评判问题。2.1 评价指标的确定 关于腐蚀与防护势态的综合评价，目前尚无确定的办法。在具体应用中，由有经验的工程技术人员制定。对腐蚀与防护势态综合评价的指标分析并确定如下：2.1.1 防腐层技术状态的因素 对于防腐层技术状态的评价，主要依据参数是防腐层绝缘电阻。防腐层绝缘电阻的测量结果反映的是被测段的平均电阻值，但测量段防腐层的技术状态不会是平均分布的，应当同时考虑防腐层的连续性、厚度、粘结力等因素。所以对防腐层技术状态的评价指标确定为绝缘电阻、连续性、厚度、粘结力 4 个指标。2.1.2 环境腐蚀因素 环境腐蚀势态包括土壤腐蚀性和原始管地电位。通常测量的是土壤的腐蚀性，这是不全面的，应注意到干扰的影响。当直流干扰严重时，即使是有中等质量的防护层保护，直流干扰也会对腐蚀造成不容忽略的影响。至于交流干扰的危害，远远低于直流干扰，但因其存在机会多，造成腐蚀的危险比一般的土壤腐蚀要强，故存在杂散电流的环境应作重点考虑。如果管道中存在宏腐蚀电池或出现“小阳极”、“大阴极”的分布，则对腐蚀的影响亦比较严重。综上所述，应以 pH 值、腐蚀电流密度、土壤含盐因素、氧化还原电位、电解失重 5 个指标来评价环境腐蚀因素。2.1.3 阴极保护因素 阴极保护的防护作用对于腐蚀防护也有重要的作用，但就目前国内常规测量方法而言，存在测点间隔过大的问题。尽管对每个测点阴极保护参数的测量是准确的，但测点间距过远，对综合分析来说是不够的。衡量阴极保护的效果，首先要求管地电位的指标达到技术标准，还要综合考虑运行率、保护率等状况，特别是运行率的影响更为重要。故阴极保护因素的评价指标确定为管地电位、运行率、保护率。根据以上分析，从防腐层技术状态的因素、环境腐蚀因素、阴极保护因素 3 个方面共 12 项性能指标来进行埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评价，建立了如图1 所示的 3 个层次的综合评价模型图。其结构为层次结构，底层 12 个元素即为评价腐蚀与防护势态 A 的指标：O=O1，O2，O12 2.2 评价指标权重的确定 指标体系中的各指标，其数据资料应该准确可靠。但由于客观条件的制约和某些不可避免的主观原因，指标数据不可能完全准确无误，而且各指标数据资料的准确程度往往存在差异。在这种情况下，对可靠性较高的指标赋予较大的权数也是合情合理的。这种依据指标可靠性高低而赋予各指标的权数为可靠性权数。可靠性权数应该由非常熟悉指标数据搜集过程的有关人员共同讨论决定。在多指标综合评价中，对各指标相对重要性的影响程度如何，必须由有关专家主观判断决定，估价权数就是这种价值判断的结果。层次分析法(AHP)适应范围广，判断矩阵容纳信息量大、综合性强，使用方便灵活，而且客观上又能够反映决策者意向，文中将这一方法用于确定指标估价权数。在对腐蚀与防护势态的综合评价中，综合考虑指标体系中各指标数据资料的可靠性及相对重要性，采用可靠性指标和估价指标相结合的方式，确定各指标的综合权重。由于上述两种权数相互独立地反映了各指标在不同方面的相对重要性，而且它们之间的相互补偿作用甚弱，因此，选用乘法合成的方式将这两个指标合成综合评价指标。设某评价指标 xi 可靠性权数和估价权数分别为 w1i，w2i；(i=1，2，m)，则求综合评价值时 xi 的权数应为 将 wi归一化处理，得 通过对前人提出的评价方法优缺点的分析和创新思索，针对埋地输油管道腐蚀与防护势态的模糊性和灰色性特点，制定了如下的综合评价思路：运用改进的 Delphi法匿名讨论及统计，优化待评项目指标，拟定出项目的综合评价指标体系；建立评价指标递阶层次结构；考虑指标的可靠性和相对重要性，采用乘法合成计算指标体系底层元素的综合权重；给出评价指标评估值矩阵；运用灰色系统理论确定评估灰类；计算灰色评估系数，得出灰色评估权向量和权矩阵；取得专家评判数据，依据模糊数学理论形成评判矩阵；进行模糊运算，得出综合评价结果。这样，在埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评判工作的不同步骤运用不同的理论和方法，扬长避短，优势互补，形成了系统评价的新算法。计算步骤见图 2。通过对埋地输油管道及其周边环境的检验及计算，得到某条管道(315 mm6.2 mm)关于各项指标的基础数据，如表 1 所示。参照有关标准中腐蚀与防护的技术指标，从防腐层技术状态的因素、环境腐蚀因素、阴极保护因素 3 个方面共 12 项性能指标来进行埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评价，对能够用测量工具测量并有详细技术指标的，进行指标优化处理；对于不易测量的指标，则先进行量化后优化。部分详细技术指标见表2。1)根据交、直流干扰规定判断。(1)确定评价腐蚀与防护势态 A 的指标：(2)确定评价指标的权重：根据熟悉埋地输油管腐蚀与防护数据采集及监测的有关人员讨论，确定的指标层可靠性权重如表 3 所示。根据上述评价指标及评价模型图，利用层次分析法来确定各评价指标的权重。由于该方法涉及到矩阵的计算，同时，要对评价矩阵进行一致性检验并对不满足一致性的矩阵继续一致性调整，并进行计算，过程较为复杂。利用 Matlab 65 软件和VC+60 编制权重计算机程序进行计算，其具体权重数据如表 4 所示。采用乘法合成的方法求得各指标的综合权重值如表 5 所示。(3)取得评价样本量矩阵：为了便于专家评定，规定打分范围为 110 分，根据有关指标(表 1 和表 2)得到专家评价样本矩阵，如表 6 所示。(4)确定评价等级：设将项目分为(优)、(良)、(中)、(差)、(劣)五级。按10 分制打分，故确定评价等级集合为(5)确定评估灰类：相应的灰数及白化权函数如图 3 所示。(6)计算灰色统计数和权矩阵：用灰色统计法确定灰数的白化函数，求出属于第 j类评价标准的权 fj，据此求出评判矩阵的灰色统计数(记为 nij)和总灰色统计数(记为 ni)：综合 r 位专家对第 i 个评价因素主张第 j 种评价标准的灰色权值：由 rij 构成单因素模糊权矩阵：逐一计算 nij，ni 和 rij(i=1，2，20；j=1，2，3，4)，于是得到权矩阵 R(7)求出模糊评判矩阵为 式中：W 表示评价指标的综合权重，见表 5；(8)计算出评价结果，为 按评价等级衡量，该埋地输油管的腐蚀与防护综合评定为级(优)标准，属于优秀的项目。腐蚀势态很轻，防护势态良好。(1)通过分析影响埋地输油管道腐蚀与防护势态的因素，从防腐层技术状态的因素、环境腐蚀因素、阴极保护因素3 个方面共12 项性能指标进行埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评价，建立了综合评价模型图。(2)在对腐蚀与防护势态的综合评价中，综合考虑指标体系中各指标数据资料的可靠性及相对重要性，采用乘法合成的方式将可靠性指标和估价指标相结合，确定各指标的综合权重。结合改进的 Delphi 法和 AHP 法，采用灰色关联方法和模糊理论建立了综合评价模型，阐明了该方法的基本原理及计算步骤。实际计算证明：该方法在理论上是科学的，而且很容易程序化，为埋地输油管道腐蚀与防护势态的综合评判提供了一种有效的手段。(3)本文在埋地输油管的腐蚀与防护势态影响因素的选取中还有一定的局限。出于探讨的方便，没有充分考虑介质因素(如输送油品的物性、温度等)、环境因素(如土壤中细菌的影响)，忽略了各个指标之间的相互影响和相互作用。这些都是今后有待深入研究的内容。尽管存在以上的局限性，所探讨的方法仍然不失为一种对埋地输油管道腐蚀与防护势态进行综合评判的有益探讨。【相关文献】1 邓聚龙灰色系统基本方法武汉：华中理工大学出版社，1990 2 NANADA S，MAJUMDAR SFuzzy rough setsSets and Systems，1992(24)3 王兴峰石油工程方案综合评价优选方法研究油气地质与采收率，2001，8(1)：51-54 4 张其敏，杨怡恒埋地管道腐蚀损伤评价管道技术与设备，2004(3)：39-41 5 KAJIYAMA F，KOYAMA YStatistical analyses of field corrosion data for ductile cast iron pipes buried in sandy marine sedimentsCorrosion，1997，53(2)：156-162 6 郭稚弧，金名惠，桂修文，等神经网络在金属土壤腐蚀研究中的应用腐蚀科学与防护技术，1995，7(3)：258-262