北京市埋地燃气管道安全状况评估系统研究

作者：马宁许彤曹备李禅付山林　　评论：　更新日期：2012年08月29日

(1) 安全状况综合评估：即由于腐蚀、外力、误操作等原因而导致的管道泄漏等突发事故可能性的大小。造成管道事故的原因很多，根据国内外一些统计资料分析，主要有腐蚀破坏、外力破坏(或称第三方破坏)、误操作破坏等^[1]。

对城市燃气管道的腐蚀破坏评估，主要考虑土壤环境腐蚀性、防腐层状况(防腐层种类、面电阻、漏点等)、阴极保护状况(阴极保护类型及保护效果等)以及管道自身状况(使用年限、管体腐蚀状况等)等4个方面。分析4个方面的影响因素，利用合适的评估模型，进而科学而准确的对城市燃气管道进行腐蚀评估。

外力破坏，又称第三方破坏，是由于在管道附近进行的施工采挖、耕种等人为活动所造成的管道结构或性能的破坏。外力破坏后果包括管道破损泄漏、外防腐损伤、管道刮痕、压坑等。影响外力破坏的主要因素包括管道的最小埋深、所在区域的人类活动水平、管道的地上设备、附近地区的公众教育状况等等。

误操作破坏可分为管道的设计、施工、运行和维护等4个方面，也是造成管道事故的另一个重要来源。减少误操作对管道的破坏，必须加强管道设计和施工的严格程度，加强管道日常运行中的检测与检查，提高管理人员的素质等等。

(2) 含缺陷管道的剩余强度评价和剩余寿命预测：由于各种原因形成的管道缺陷损伤虽不至于马上导致破坏事故，但会造成一定的安全隐患，严重影响管道的剩余强度和使用寿命，因此对含缺陷的管道进行剩余强度评价和剩余寿命预测是必要的，而且可以对管道的安全状况进行更为深入的分析，提出更科学可靠的管理维护建议。

3.5 模型的建立

(1) 采用多因子评价和原位极化试验对土壤腐蚀性进行综合评定，取两者最严重的评价结果作为土壤腐蚀性的最终评价等级，作为管道土壤腐蚀性的等级。多因子评定确定的6个特征影响因数：土壤电阻率、土壤含水量、土壤含盐量、土壤pH值、管材腐蚀电位、氧化还原电位，并依据实践归纳的经验对这些因素赋予一定的权重，加权计算评定土壤腐蚀性等级。原位极化试验方法采用北京中腐防蚀工程技术有限公司研制生产的CR-7型金属腐蚀原位极化测试评价系统，根据CJJ/T95-2003中的判定标准^[2]对土壤腐蚀性进行评价。

(2) 针对埋地燃气管道腐蚀破坏的影响因素众多且各因素间复杂的非线性关系，利用BP神经网络模型进行腐蚀破坏评估。考虑的主要因素包括土壤腐蚀性、杂散电流、防腐层种类、防腐层电阻率、漏点线密度、管地电位、壁厚损失、运行年数等8个指标。基于项目中北京燃气集团2004年-2006年老旧管线更新改造工程现场检测和调查数据，提取制作了61个学习样本(实际样本)：在专家咨询的基础上，利用已有数据，构造了189个符合实际的学习样本(构造样本)，以满足网络学习的需要。采用Matlab软件编制程序对250个学习样本进行BP网络的训练，确定了BP网络结构和权重，最终建立了基于BP神经网络的腐蚀破坏评估模型。

(3) 建立了管道外力破坏和误操作破坏评估体系，即采用指数法并附调查表的形式进行评估。评估体系概括了引起管道失效的主要因素，并对各种影响因素规定了相应的分值。外力破坏评分体系主要包括人口密度、交通繁忙程度、覆土层情况等方面，误操作破坏主要考虑设计、施工、运行和维护4个方面的主要因素。评估得分对应的等级表明管道由于外力破坏和误操作破坏造成管道安全事故的可能性大小。

(4) 采用二级模糊评判对腐蚀破坏、外力破坏、误操作破坏进行综合评估，得到管道安全状况综合等级。安全状况综合等级评估模块，能真实反映管道因三种破坏因素的综合影响，并评判出发生安全事故的可能性大小。利用SPSS软件对北京市埋地燃气突发事故记录数据(2000年-2005年及2006年1月-6月)进行分析，实现了安全事故率和事故总数的预测，由预测结果得到腐蚀破坏、外力破坏、误操作破坏的权值，作为二级模糊评判中的权值。

(5) 对燃气管道存在和可能存在的各种焊缝、管材、腐蚀和外力破坏缺陷损伤等进行分析。结合国内外管道完整性评价的先进标准，建立了体积型缺陷，裂纹型缺陷和第三方损伤型缺陷的评价方法体系，完成管道的剩余强度的评价；采用多种腐蚀缺陷的剩余寿命预测方法，如可靠性腐蚀剩余寿命预测模型、一维和三维腐蚀剩余寿命预测模型等进行管道的剩余寿命预测。

3.6 软件开发

系统软件采用Visual C++6.0和MapX控件，结合MicroSoft Access数据库开发完成^[3]。软件实现了对管道的安全状况综合评估(腐蚀破坏、外力破坏、误操作破坏)和含缺陷管道剩余强度评价和剩余寿命预测。软件支持管网的图形化管理，录入管段的基本信息后，可根据一定的分段原则实现管段的分段功能，确定评估单元。通过GIS系统和数据库的无缝结合，直观显示燃气管道安全状况等级，明确管网安全的薄弱环节，有针对性的提出具体的维护建议，以加强相应管段的检测管理，做到重点防范和主动预防，努力实现防患于未然。系统的功能图如图2所示。