评价（用灰色模糊理论）管道腐蚀与防护态势
针对油气管道腐蚀与防护态势的构成因素，提出了一种模糊综合评价埋地管道腐蚀与防护态势的新方法。以土壤腐蚀性、原始管地电位、防腐层技术状态及阴极保护的有效性四项指标来判断其腐蚀与防护的综合势态，同时确定了各因素的计算方法，阐明了该方法的基本原理及实施程序，并用算例说明了该方法的具体应用。
一、前言
油气长输管道在运行过程中不可避免地会发生防腐层的破损及管体损伤。为作到对泄露事故的早期发现及防止泄露的扩散，对管道防腐层和管体损伤的检查、评估和修补，是腐蚀与防护管理的主要工作内容。
综合评价是为了找出重点保护管段，即最有可能发生腐蚀的管段，而埋地管道的腐蚀是环境和保护措施双重作用的结果，所以将腐蚀与环境、保护相联系进行综合评价，才能反映腐蚀过程的系统效应。环境对管道造成腐蚀损坏的大小或严重程度，称为管道的腐蚀态势。管道采取防腐措施的有效性或者保护程度，称为防护态势。管道上存在的损伤现状是环境腐蚀和防护有效性的综合反映。若对已知的腐蚀和防护势态进行准确的综合分析，就可以对管道的腐蚀破坏的危险倾向或程度做出基本的判断。目前防腐生产管理已经走向分级管理的道路。综合评价也应该能对管段的腐蚀与防护状态分级，让有限的资金解决现场腐蚀与防护的主要矛盾。
任何单向因素的作用或单向指标控制。都不能全面、准确地反映出管道所处的腐蚀危险性。但作为综合分析的因子却具有重要价值。通过综合分析的方法，确定管道的腐蚀与防护态势，对提高管道腐蚀与防护管理的科学决策具有重大意义。另一方面，随着管道运行时间的的延续及防腐层的日益老化，管道腐蚀事故也日渐增多，使管理部门在人力、物力、财力等多方面不堪重负。因此，寻求在油气输送管道中筛选出需重点防护的管段的办法，是当前管道运营管理者的主要研究课题。
二、评价参数的选取及等级确定
管道的腐蚀势态和防护势态，是由某些因素构成的、在选择决定这些因素时，需考虑如下原则。
（1）此起腐蚀和有效防护的主要控制因素。
（2）具有可操作性，即在现有技术条件下可以测得的参数，并可以定量表达或予以分级。
埋地管道主要是由长线电流所形成的宏电池和地中杂散电流造成的干扰腐蚀危害最大，特别是由于防腐层出现某些缺陷或破损，形成“小阳极”、“大阴极”的宏观腐蚀电池的趋势加剧。地中杂散电流引起的腐蚀，一般比土壤腐蚀速度大几倍甚至几个数量级。用土壤腐蚀性强弱来判定土壤腐蚀倾向的大小，为了方便现场测量，在计算中用土壤电阻率来代表土壤腐蚀性的强弱程度。宏观腐蚀电池和地中杂散电流的干扰，一般通过测量管地电位得知。当管道有干扰时，所测得的电位是干扰电位，而不是自然电位。为了在概念上一致，而引入新定义——原始管地电位，即埋地管道在无阴极保护时所测得的管地电位称原始管地电位。当无干扰时，原始管地电位即是自然电位，有干扰时则是干扰电位。所以，腐蚀势态是由通过土壤腐蚀性、原始管地电位两个参数表达。
埋地管道外部的防腐通常是防府层和阴极保护联合防护。显而易见，防护势 态只有通过防腐层的技术状态和阴极保护的有效性表达，其中，有效保护是指管地保护电位（即CIPS检测仪的断电位），在－0.85～－1.5之间，在此范围之外可视为欠保护或过保护。
综上所述，管道腐蚀与防护势态的综合分析，就是通过土壤腐蚀性、原始管地电位、防腐层技术状态及阴极保护的有效性四项指标相互作用的结果来判断其腐蚀与防护的综合势态，评定出管道的危险等级，达到按危险等级实现分级管理的目的。埋地管道的技术状况是环境腐蚀和防护有效性相互作用的结果、也是腐蚀态势和防护态势的综合反映。为了对腐蚀态势和防护态势的分级，通过分析大量的现场数据和资料，得到各评价参数的分级参考标准。（见表1）。
表1 根据选取的参数进行防腐状况分级标准
|
评价级别 |
环境对管道的腐蚀因素 |
控制管道腐蚀的因素 | ||||
|
土壤电阻率 |
管地自然电位 |
腐蚀态势 |
涂层横向电阻率 |
阴极保护有效性 |
保护态势 | |
|
（Ω•m） |
（V） |
（Ω•m2） |
％ | |||
|
1 |
>1000 |
>－0.15 |
极轻 |
>10000 |
>90 |
很好 |
|
2 |
100～1000 |
－0.15～－0.30 |
较轻 |
5000～10000 |
80～90 |
较好 |
|
3 |
500～100 |
－0.30～－0.45 |
轻 |
3000～5000 |
70～80 |
中 |
|
4 |
10～50 |
－0.45～－0.55 |
中 |
1000～3000 |
60～70 |
较差 |
|
5 |
0～10 |
<－0.55 |
强 |
<1000 |
<60 |
很差 |
涂层横向电阻的计算公式为：
Rˊ=πDRL (1)
式中 Rˊ——每平方米的涂层横向电阻，Ω?m2；
D——管道直径，m；
RL——每单位长度的横向电阻值，（Ω?m2）/m。
阴极保护有效性的计算公式为：
式中 iωrr——未加阴极保护时金属的腐蚀电流密度，A/ m2；
ia——阴极保护时金属的腐蚀电流密度，A/ m2。
三、综合评价方法
模糊灰色综合评价的基本思想是根据评判标准，将评判对象中各单因素模糊化，同时根据灰色理论，确定各因素相对于参考因素的重要程度，并且将其模糊化；然后通过模糊变换，可得到用模糊集合表示的评价结果，最后经比较可以得到所需结论。其关键在于确定评判对象、因素集（U）、评语集（V）、单因素评判矩阵（R）和权重集（A）。解题方法如下。
要正确评价一个具体对象，应该首先对这个对象的若干方面（模糊数学中称为因素）给出适当的评语，再综合，然后得到对具体对象的评价结果。
记U={u1，u1，…，um}为评判因素集。其中ui代表第i个因素。
用V={v 1，v 2…，vn}表示评语集。其中vi代表第 i级因素。
为了进行综合评判，先进行单因素评判，即确定影射(α)：U→V，且对任意ui∈U，记αi＝α（ui），称αi为对因素ui的评价。解题步骤如下。
（1）建立单因素评判矩阵（R）：
（2）根据式（3）建立正规化评判矩阵，
，即：
（3）建立归一化权向量，W=(w1，w2，…，wm)∈Im，即：
（4）根据式中（5）正规化权向量，使W*=( w1*，w 2*，…，wm*)∈Im。
（5）利用单因素决定型综合评判函数：
计算出评价结果，得
Y=(y1，y2，…，yn)（7）
选取土壤电阻率、管地自然电位、防腐层技术状况和阴极保护有效性（保护度）确定因素集中的4个因素，同时将价等级分为很好、较好、中、较差、差五个等级，建立起（4×5）阶的单因素评判矩阵（R）。在该方法中，一般采用专家调查、现场数据统计、查阅文献资料和被评管道的腐蚀状况历史数据的方法先获得权重，然后再根据现场实测的沿线电位数据和管道基础数据对管道的腐蚀与防护状况进行综合评判。
四、计算实例
根据四川某输气管道的电位测试报告，引入其中12组数据作为原始数据，并经计算得到的结果见表2。
分析表2可以看出，3号管段应该是重点防护的地方，根据现场开挖检测发现，3号管段防腐层与管道粘结力减弱，呈部分脱落，沥青颜色变灰，光泽变暗，沥青塑性明显减弱，甚至用手轻轻一搓就可以捻成粉末，大部分已经失去了绝缘作用，需要更换防腐层。现场检测结果与计算结论相符，表明用模糊灰色综合评价方法是正确的。
表2 算例评价结果
|
管段号 |
起点保护电位 |
土壤电阻 |
涂层横向电阻率 |
阴极保护有效性 |
综合评价结果 |
|
（－V） |
（108Ω•m） |
（（Ω•m2） |
％ | ||
|
1 |
1.144 |
56.9 |
58987 |
100.00 |
很好 |
|
2 |
1.152 |
34.7 |
5116 |
100.00 |
较好 |
|
3 |
1.163 |
56.4 |
838 |
100.00 |
差 |
|
4 |
1.170 |
45.8 |
1056 |
99.99 |
较差 |
|
5 |
1.234 |
63.2 |
26986 |
99.99 |
很好 |
|
6 |
1.170 |
35.3 |
42516 |
99.99 |
很好 |
|
7 |
1.179 |
24.8 |
31301 |
99.99 |
很好 |
|
8 |
1.176 |
45.8 |
48304 |
99.99 |
很好 |
|
9 |
1.172 |
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