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1、 第 3 0卷第 6期 OI L A ND G A S T R AN S P OR T A T l ON A ND S T OR A GE 油号储 运 基于模糊理论的在役管道内涂层寿命评价方法 马卫锋 费凡 刘冬梅 。 罗金恒 蔡克 陈志昕 赵新伟 1 中国石油集团石油管工程技术研究院, 陕西西安7 1 0 0 6 5 2 中国石油北京天然气管道有限公司, 北京1 0 0 1 0 1 3 陕西交通职业技术学院, 陕西西安7 1 0 0 1 8 摘 要 : 由于管道 内涂层无 法直接检验 、 检查 , 因此对在役管道 内涂层运行 期可靠性评估和寿命评价尤 为重要。 为提 高在役管道 内涂层寿命评
2、价 的科 学性和合理 性 , 提 出一种 基于模 糊理论 的在役 管道 内 涂层寿命评价模型 。 该模 型利用模糊 变换将 分层指标 的模 糊评价转换为 总体模糊评价 , 结合评语集 可求 出最终评分。阐明该 系统模 型结构和具体 步骤 , 结合某天然气管道减 阻内涂层实际情况确定的 指标体 系为 4个 一级指标和 2 4个 二级指标 ,并应用 于在役 5年 的天然气管道减 阻 内涂层寿命 评 估 , 绔果表 明是可行 的。 关键 词 : 管道 ; 模糊理论 ; 内涂层 ; 评价 文献 标 志码 : B 文章编号 : 1 0 0 6 5 5 3 9 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 0
3、5 0 4 0前 言 天然气管道减 阻内涂层不但 可将腐 蚀性介质和 管壁金属机械 隔离 , 保 护金 属不受腐蚀 , 更能够降低 管壁粗糙度 , 减小流动 的摩擦阻力 , 增加输量。在设计 输量一定时可以降低输送压力 ,扩大增压站 间距 , 降 低动力消耗 , 节约钢材 、 施工和维护费用 , 确保产品纯 度, 使管内壁不会造成沉淀物的聚积( 如垢或石蜡 ) 。 但是 , 由于涂装生产过程中受表面处理和涂装工艺等 因素影响 , 往往会引起质点、 针孔等缺陷 , 造成管道 内 壁腐蚀。另一方面 , 在服役过程中, 管道内涂层受天然 气粉尘磨损作用、 清管过程中的机械破坏和环境温度 变化引起 的
4、蠕 变应力影 响 , 导致 内涂层剥 离 、 划伤和 表面光滑度下降。在役天然气管道 内涂层 的失效 , 往 往是生产过程 中涂层缺陷和运行过程 中外界因素共 同作用 的结果。由于管道内涂层无法直接检验 、 检查 , 所 以, 对在役管道内涂层运行期可靠性评估和寿命评 价尤为重要。 评价在役管道内涂层寿命考虑的风险包括 : 涂层 材料本身 的性能 、 涂敷过程 的重点工艺 、 涂层服役环 境条件和内涂层本身的老化等 , 这些风险要素本身又 包含许多影响因素。在役管道内涂层寿命影响分析的 评价包括多种因素和多个评价指标 , 各个风险要素和 评价指标 问区分界限模糊 ,各 因素所处地位不 同, 在
5、 评价 中对评价结果的影响程度有所不 同, 孤立地考虑 其 中一个或几个 因素对管道 内涂层寿命影 响分析做 出评价是不全面的, 不能准确反映管道 内涂层的综合 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 3 0 7 基金项 目: 国家石油公司论坛( N O C ) 框架项目( Q r 一 一 0 9 0 6 4 ) 作者简介 : 马卫锋 ( 1 9 7 9 一 ) , 男 , 陕西周至县人 , 工程师 , 博士 , 主要从事天然气管道减阻内涂层及管道复合修复补强技术等研究工作 。 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o ml 1 0 6 I 薏 意 l 2 0 1 2 1
6、 2 月 寿命评价结果。因此对在役管道内涂层寿命影响分析 评价时, 要兼顾各个影响因素 , 进行综合考虑。 模糊多层次综合评价方法对多因素 、 多层次的复 杂问题评判效果较好 , 该方法主要是利用与评价对象 有关 的单 因素评价结果 , 构成相应 的评价矩阵 , 利用 确定各因素重要性程度的权重因子作模糊变换 , 最终 得到对评价对象的评价结果。提出了利用模糊多层次 综合评价方法对在役管道内涂层寿命进行评价 , 评价 结果更接近客观现实。 1 模糊综合评判模型 模糊综合评判模 型就是应用模糊变换理论和最 大隶属度原则 , 考虑与被评价实物相关的各个因素对 其进行评价。在复杂的系统中 , 由于相
7、关影响因素较 多 , 各个 因素之间往往有一定的层次关系 。 实际应用 中 , 可把 因素集合 按某些属性分成几类 , 先对每一 类 ( 因素较少 ) 作初 步评判 , 然 后再对评判结果 进行 “ 类” 之间的高层次综合评判。 评价算法的系统模型结构见图 l 。 图 1 评 价算 法 的 系统 模 型 结构 在模型中, 通过对各指标项对应的模糊评价关 系 尺 与权重 向量 的模糊变换 ,得到总体模糊评价关 系 Q = q - , q z , , g , 给每个等级 g 一个等级分数 , 求 出综合评分 y _ 5 。 y = QV ( 1 ) 2 算法步骤 2 1 确定 评价 指标体 系 结
8、合文献资料及实际内涂层涂装工艺 , 按照层次 化的方法为天然气管道 内涂层建立评测指标体系。结 合某天然气管道减阻内涂层实际情况 , 确定的指标体 系为 4个一级指标和 2 4个二级指标 , 见表 1 。 2 _ 2确定 权重 采用层次分析法 ( AH P ) 确定评价指标权重 , 具体 的标度评定标准见表 2 。通过管道 内涂层专家依照表 2对确定的一级和二级指标分别两两对 比,最终得到 比较关系矩阵 A: , 表示指标 M 对 的影响 大小之 比, 规定 a j = l a j 。然后计算关系矩 阵的特征 向 量及特征根 , 对关系矩阵进行一致性检验 , 最终计算 各指标相对于 目标层的权
9、重 。 表1 天然气管道 内涂层评价指标体 系 评 _ 前 瓣 0 0 誓 I 主 一 级 | | | j 二孽 渤钎 表2萨迪标度表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 3 0卷第 6期 Ol L AND GAS TRANSP ORT A T J ON AND ST OR AGE 2 3确定 评 语集 评语集 V = v 1 , v 2 , v 3 , v 4 , v 5 其 中: V 1 = 9 5分 ( 优秀 ) ; v = 8 5分 ( 良好 ) ; V 3 = 7 5分 ( 中等 ) , V 4 = 6 0分( 较差 ) ; V 5 = 4 0分 ( 很
10、差) 。 2 4 模 糊 变换 处理 由管道内涂层专家对评价对象( 某在役管道 内涂 层性能) 进行评价 , 假设对指标 作 出级别 1 ) j 评价的 人数 占该组所有评测人数 的比例为 , 则 = r ij 构 成了论域 U x V上的模糊关系。使用权重 向量 对 进行模糊变换 , 得到该层对应指标在论域 上 的模糊 关系 q = iv。 R,将 q进行归一化处理后作为进行上一 级指标评价的 R, 继续进行模糊变换可得到总体模糊 评价 。模糊变换的计算公式如下 : M q j = V( Iv j 八r ij ) ( j = l , 2 , , N) ( 2 ) 3应 用实例 结合某 在役
11、5年天然气管道减阻 内涂层具体情 况 , 介绍该方法的应用。 首先 , 根据评价算法 的系统模型结构 , 设计 了评 价指标( 表 1 ) 和评语集 , 根据 A HP法分别求 出各层指 标 ( 第一 、 二层指标 ) 的权重 ( 表 1 ) 。 结合科研项 目对某 在役 5年天然气管道减 阻内涂层实验结果 ( 根据 S Y r r 6 5 3 0 2 0 0 2 ( t 腐蚀性气体输送用管线管内涂层 开展 试验 ) , 设计 了涂层评价测评表 , 见表 3 。聘请 1 O名涂 层涂覆 、服役及老化等相关领域专家对该天然气管道 减阻内涂层进行模糊评价。针对二级评价指标项统计 每个评价级别的分布
12、 , 得到四组模糊评价关系: R1 = R2 = R3 = 0 0 O 0 0 0 O 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0 O O O O 0 O 0 0 O 3 0 0 1 0 0_ 3 1 0 1 0 1 0 0 0 0 7 1 0 1 0 0- 3 0 0 O 7 0 7 0 7 O_ 3 0 3 0 O 0 7 1 O 1 O 0 7 0 3 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0- 3 0 0 O 0 0 7 1 O O 3 O 3 0_ 3 0 7 0 7 1 O O 3 0 0 0 0 0
13、 0 0 4 0 0 0 0 0 O 0 0 0 O 0 7 O 0 O 0 O O O 0 O O O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 3 O 0 O 0 O 0 0 0 0 0 0_ 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 O O O O 0 0 油与I i 者 运 T) 0 0 0 3 0 4 O _ 3 0 0 “ 4 一【 0 0 0 3 0 7 0 0 0 0 J 表 3 某在役天然气管道减 阻内涂层评价 测评表 ( 获得票数 ) 评 价 目 标 ( 羹 ) 优 秀 良 好 中 等
14、较 差 很 差 根据上文求得各级指标对应的权重向量 , 利用相 应 的权重 向量进行模糊变换 q = I V R ,归一化得 Q , 得到一级指标的模糊评价关系 : R = Q Q z Q s Q 00 047 4 0 3 2 0 1 28 0 0 78 O O 0 6 1 0 - 3 9 0 0 0 0 0 0 0 3 7 1 0 6 2 9 0 0 0 0 0 0 O - 3 0 4 7 5 0 2 2 5 0 0 对 进行模糊变换 , 得到总体模糊评价 : q = iv。 R= O 0 0 5 1 1 0 3 2 1 1 O 1 0 4 1 0 0 6 3 9 该结果表明评价人员 中无人
15、认为某 在役 5年天 然气管道减 阻内涂层综合寿命优秀 , 5 1 1的人认 为 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o mo 8 I N天ATU煞RAL与GA与S A石NDO油IL l 2。 2年 2 月 4结束语 在役管道 内涂层 寿命影 响分析 的评价包括多种 因素和多个评价指标 , 考虑其 中的一些 因素而对管道 内涂层寿命影响进行评价是不全面的 , 不能准确反映 出管道内涂层的综合寿命评价结果 。为了兼顾各个影 响因素 , 对多个相关 因素综合考虑 。提 出了利用模 糊 多层次综合评价方法对在役管道 内涂层寿命 进行 评 价。针对某在役 5年天然气管道减阻
16、 内涂层 , 结合内 涂层实验室结果 ,经过专家测评和模型模糊变换 处 理 , 该在役 5年天然气管道减阻内涂层寿命评价最终 得分为 7 6分 。 参 考文献 : 1 钱成文 , 刘广文 , 王 武 , 等 天然气管道的 内涂层减 阻技 术 J 油气储运 , 2 0 0 1 , 2 0 ( 3 ) : 1 6 2 牟 健 , 陈 渝 , 龚树呜 陕京二线是 否采用 内涂层 的探 讨 J 天然 气与石油 , 2 0 0 3 , 2 1 ( 3 ) : 2 6 3 4 3 郭成华,王健 内涂层管子的经济效果【 J 天然气与石 油 , 2 0 0 2, 2 0( 3) : 6 7 4 龙学渊 , 袁
17、宗明 , 李龙强 模 糊 多层次综合评判 法在 长输 管 线 失效风 险程度评判 中的应用 J 新疆石 油天然气 , 2 0 0 6 , 2 ( 2 ) : 8 9 9 2 5 吕云玲 , 全雪峰 , 孟晓红 , 等 利用模糊一 B P神经网络评价 高 校教 师教 学质量 J 计算机 时代 , 2 0 0 9 , ( 8 ) : 3 6 3 8 6 李鸿吉 模糊数 学基 础及 实用算法 M 北京: 科 学出版社 , 20 0 5 中国石油举办首个高含硫气藏开发技术国际交流会 2 0 1 2 年I O H 1 2日, 中国石油首个高含硫 气藏开发技术国际交流会在成都举办。这次会议 由集团公 司高
18、含硫 气藏开采先导试验基地与西南油气田公 司共 同举办, 以高含硫 气藏安全、 清洁、 高效开发为主题 , 通过 国际交流 与合作 , 推动科技创新与进步。 国家发改委 高技术产业司、 中国工程 院的相关人士, 以及 国内外7 0 余名专家学者 出席 了会议。 我 国高含硫天然气资源丰富, 是长时期 内天然气工业增储上产的主要接替资源之一。 目前, 四川盆地 已探 明高含硫天然气储量 占全国同类资源储量的9 0。 但 高含硫气藏埋藏深、 地质条件复杂, 资源利用面临毒性大、 成本 高 、 腐 蚀性 强等世 界 性难题 。 2 0 1 1 年, “ 高含硫开采技 术” 被列为 国家重点发展 的石
19、油勘探开采技术。集团公司在 西南油气田成立 了我 国 首个高含硫 气藏开采先导试验基地。一年多来, 这个基地 实施 了3 8 项科研攻关项 目, 形成9 项创新技术成果, 申 报2 4 项专利。 大型 高含硫 气田安全开采及硫磺回收技术 获2 0 1 1 年 国家科技进步二等奖。 在这次会议上 , 西南油气田相关负责人介绍 了试验基地的发展思路 : 原始创新与集成创新相结合 , 基础研 究与应用研 究并重 , 气藏工程与工艺技术协 同发展 , 持续强化技 术攻关, 推动我国高含硫气藏开发再上新 台阶。 1 5 位 中外专家展示 了硫沉积预测、 产能评价、 气井安全和材料选择等领域的最新研究成果。 与会专家建议 : 要 学习国外针对海上天然气井、 高温高压气井实施的完整性管理 办法 ; 要逐 步建立高含硫 气井完整性管理制度和标准, 填补世界范围这一领域的空白; 通过 国际交流合作 , 加强应用基础和超前技术储 备研 究 , 强化技 术 集成 配套和 成果 转化 , 增 强发展 后 劲。 ( 周 舟供稿 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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