基于灰色理论及改进层次分析法的分输管道腐蚀评价研究
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[摘 要]大型分输站分输管道由于敷设错综复杂，更由于所涵盖的管径大小不一，弯头连接处较多，埋地管道腐蚀情况更为复杂，腐蚀控制是大型分输站的重要工作。四川某大型输油站场分输管道已建设10多年，其腐蚀问题开始突显，分输管道的防腐工作需要全面开展。本文通过分析分输管道开挖检测得出的土壤电阻率、氧化还原电位、PH值、焊缝缺陷类型2个、年腐蚀率等6个参数的12个检测点数据，提出了基于灰色理论及改进层次分析法的输油站场分输管道腐蚀评价模型，经过计算获得的评价等级与实际基本相符，说明该方法具有一定的实际参考性，可以为管道的相关维修保养工作提供一定的科学依据。
[关键词]管道 输油站场 灰色理论 层次分析 腐蚀评价
中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0252-02
1 前言
大型分输站输油站场由于进出管道敷设错综复杂，更由于所涵盖的管径大小不一，弯头连接处较多，埋地管道腐蚀情况更为复杂。分输管道与站场内埋地管道构成了放射状的管网系统，每条管线的安全对整体系统而言尤为重要，因而腐蚀控制是大型分输站的重要工作。四川某大型输油站场工艺管道已建设10多年，其腐蚀问题开始突显，分输管道的防腐工作和站场管道防腐工作需要全面开展，相关站场管道的腐蚀调查，腐蚀评价有利于降低腐蚀泄漏等风险，提高站场管道完整性管理水平。
由于长输管道在长时间不间断的运行过程中必然产生防腐层破损，管道损伤，因而腐蚀评价是为了对管道可能存在的泄露事故提前发现告警及防止泄露扩散。管道腐蚀因素很多且很多因素是不能人为去控制其变化情况的，只能通过腐蚀检测将管道相关的腐蚀参数记录下来，同时通过腐蚀评价来确定管道的腐蚀与保护状态，这对提高管道腐蚀与防护科学管理提供了重大的决策参考价值。另一方面，在通过详细检测后科学评价是一个计算量大且计算误差极易导致相反结果的最终环节，一般实验检测数据具有较大的分散性，普遍采用统计分析的方法[1]，此方法需要大量的样本数据且样本数据本身具有一定的分布规律，而管道腐蚀所设涉及的数据方方面面甚至有些意外变化均无一定规律行，因而我们采用灰色理论来处理管道腐蚀的问题。灰色理论是针对大部分已知数据且部分信息具有不确定性，以这种不完全的信息系统的行为表现、行为内涵、行为关系、行为环境的层次性、动态性、信息性和量化性等为主要研究对象，进而寻求规律的一种方法[2-4]。本文将采用灰色理论模型对输油站场分输管道进行腐蚀评价研究。
2 管道检测评价方案
埋地管道外壁腐蚀的原因比较复杂，主要有四种类型：（1）土壤腐蚀。地下金属管道的外壁腐蚀主要是土壤腐蚀，从前面的现场检测夜可以证实这样的结论。因为土壤具有电解质的性质，土壤腐蚀基本上属于电化学腐蚀。（2）杂散电流腐蚀。由于分输站场内管线分布情况复杂，管道电流的相互干扰大，虽然本次检测未进行杂散电流的测定，但站场内很多管线的外防腐层都已遭到损坏，杂散电流对埋地管线的腐蚀影响是不容忽视的。（3）微生物腐蚀。土壤中大量繁殖的各种微生物.在特定条件下参与金属的腐蚀过程。微生物的活动对附近的钢铁构件起着促进腐蚀的作用。（4）施工操作过程中造成的机械损伤。施工期间的焊接、涂刷、回填等工序，由于施工技术质量、材料选择、操作人员的素质等因素，容易对管道外壁造成损伤。需要分别通过外部环境检测、杂散电流测定、细菌检测、回填检测等方法对埋地管道外壁腐蚀进行检测并记录相关检测数据。
站场埋地管道防腐层需要通过开挖检测进行，对腐蚀产物进行分析，外防腐层失效形式进行总结，同时记录相关数据。埋地管焊缝检测需要通过现场X射线焊缝探伤，本文采用焊缝探伤仪是XXQ-2005型便携式X射线探伤仪。埋地管道壁厚检测将采用测量精度高、范围宽、操作简便、工作稳定可靠的时代TT100超声测厚仪。其中计算最大腐蚀速率。通过测量埋地管道壁厚计算出各检测点的减薄量t，按公式（1）计算最大腐蚀速率Vmax。
Vmax=t/N （1）
式中 N―投产年限（a）；
Vmax―最大腐蚀速率（mm/a）；
t―最大减薄量（mm）。
3 管道评价方法
灰色理论所研究的内容是灰色数学、灰色关联、灰色建模、灰色预测、灰色决策、灰色分析、灰色控制和灰色优化[5]。我们将利用灰色关联法分析影响特征量的主要因素；使用灰色聚类理论分析各因素间的相似度；应用灰色预测模型预测腐蚀剩余寿命向量与速率。
假设有一影响空间，以因子为参照因子，按照以下步骤确定各因子相互关联度[5]。相关公式如下：
初值迭代：（2）
差异空间：（3）
环境参数：（4）
（5）
分辨系数：
灰色关联系数：
（6）
灰色关联度：（7）
层次分析法是通过分析复杂的系统所包含的因素及相关关系，将系统分解为不同的要素，对这些因素根据支配关系进行分组，进而形成有序的递阶层次结构，再通过比较判断， 确定每一层中因素的相对重要性，建立判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值及对应的特征向量，得到每层次要素对上层次某要素的重要性次序，建立该权重向量[6]。
改进层次分析法能够更加准确的构造判断矩阵，改进公式及步骤如下[7]：
比较矩阵：
（8）
（9）
判断矩阵：
（10）
其中：，取
传递矩阵及最优传递矩阵：
（11）
（12）
最后求特征向量并归一化处理得为权向量。
综合评价模型[8]是根据具体的评价内容集合和评价语集合构成的元素对构造评价矩阵F，其中。
（13）
于是评价矢量可以表示为：
（14）
4 实例分析
四川某输油站场分输管线管道腐蚀检测参数较多，我们为了简化模型，仅仅考虑土壤电阻率、氧化还原电位、PH值、焊缝缺陷类型2个、年腐蚀率等6个参数的12个检测点相关数据如表1。
将评价语V定为{非常严重， 严重， 中等， 轻微， 极低}，根据上述公式计算并得到各个监测点的腐蚀评价等级如表2：
5 结束语
本文根据灰色理论及改进层次分析法建立了四川某输油站场分输管道腐蚀评价模型，得出的评价结果为生产实际提供了一定的参考意义，但是由于仅仅考虑了6个影响因素难以有全面考虑的精确性，继而建议使用计算机编程将影响土壤腐蚀的因素全面考虑。
参考文献
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[7] 谢进伸 于惠源：“改进的层次分析法”在事故分析中的应用，工业安全与防尘，1994（2）.
[8] 于贤福 杨艺：模糊综合评价在油库安全中的应用，工业安全与防尘，2000（5）.