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埋地钢质管道腐蚀防护系统的完整性评价方法的研究

文档作者：顾善多，刘立新，白广臣，肖勇文档来源： 1．中国石化镇海炼化分公司 2．中国航空油料有限责任公司东北公司 3．中石化北京石油分公司 4．中国特种设备检测研究院		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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上一篇：埋地钢质管道杂散电流的检测评价与防护

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2011正
第5期
管 道 技 术
Pipeline Technique
5 设 告
and Equipment
2011
No．5
埋地钢质管道腐蚀防护系统的完整性评价方法的研究
顾善多 ，刘立新 ，白广臣 ，肖 勇
(1．中国石化镇海炼化分公司，浙江宁波315824；2．中国航空油料有限责任公司东北公司，辽宁沈阳 110043；
3．中石化北京石油分公司，北京100028；4．中国特种设备检测研究院，北京100013)
摘要：在国内外先进检测技术和相关标准的评价基础上，把模糊数学应用于管道腐蚀防护状况完
整性评价过程当中。建立模糊综合评判模型，选择层次分析法和灰色关联分析法分别求取权重集，用
隶属度函数法来解决单因素评价矩阵难以确定的难题，实现对各级影响因素的模糊化处理，经过模糊
运算后对评价结果进行矢量化表示，从而对管道腐蚀防护状况进行完整性评价。此评价体系在中国特
检院的实际应用中，取得了较好的效果。
关键词：腐蚀防护系统；检测评价；模糊数学；完整性评价
中图分类号：TE98 文献标识码：A 文章编号：1004—9614(2011)05—0042—03
Research of the Integrity Assessment M ethod of the
Corrosion and Protection System of Buried Steel Pipeline
GU Shan．duo ，LIU Li．xin ，BAI Guang-chen ，XIAO Yong4
(1．Sinopec Zhenhai Refuting&amp;amp; Chemical Company，Ningbo 315824 ，China；2．China A~afion Oil Limited
Liability Company Northeast Company，Shenyang 110043，China；3．Sinopec Beijing Oil Products Company，
Beijing 100028，China；4．China Special Equipment Inspection and Research Institute，Beijing 100013，China)
Abstract：Based on the assessment from the advanced inspection technology and relative standards，the fuzzy mathematics is
used in the assessment process for the integrity of the corrosion and the protection system of the buried steel pipeline．Based on
the Fuzzy integrate assessment model，this paper select the analytic hierarchy process and gray relative analysis method to acquire
weight sets，used the membership function to solve the problem which could not be solved by single—factor evaluation matrix，to
fuzzy process of factors which belong to different layers；after the fuzzy processing，the assessment result was the vectorization，and
then this paper could to assess the condition of corrosion an d protection system which was belong to buried steel pipeline．The
efect acquired is well in the application of the practice by China special equipment inspection and research institute．
Key words：corrosion and protection system；inspection and assessment；fuzzy mathematics；assessment of integrity
1 腐蚀防护系统完整性评价方法技术及发展动向
伴随管道使用年限的延长，由于自然环境等的影
响，不可避免的容易发生管道内外壁和外覆盖层的各
种腐蚀、破损以及老化而导致油气管道事故的发生，
不仅造成严重的经济损失，而且容易造成环境污染。
因此，对在役管道进行有效的检测及正确评估管道的
寿命，制定管道修补措施，抑制管道的事故发生，保证
油气管道的正常运营具有极其重要的意义。鉴于埋
地钢质管道腐蚀防护系统是确保管道不产生腐蚀的
重要屏障与措施，如何开展腐蚀防护系统的完整性评
价就显得很重要。
影响埋地管道外覆盖层腐蚀破坏的因素很多，目
收稿日期：2010—12—28 收修改稿日期：2011—04—25
前国内对外覆盖层检测技术通常是使用单一仪器对
单一因素的检测，而不同检测方法的检测原理和检测
精度各异，应用范围和抗干扰能力不同，在不同的影
响因素和使用场合下，得到检测结果不尽相同，有些
情况下还会差别较大，导致评价效果往往带有一定的
局限性。因此，综合考虑影响埋地管道外覆盖层的不
同影响因素，依据一定的标准，选用相对合理有效的
检测方法，结合多因素信息融合技术，进行腐蚀防护
系统的完整性评判⋯ ，是提高管线腐蚀防护系统完整
性评价的有效、科学、正确途径。
目前，在已有的腐蚀防护系统完整性评价中，存
在着参量选用不完全问题，如环境土壤腐蚀性评价只
采用土壤电阻率，尚未考虑其他较重要的腐蚀环境因
素(如氧化还原电位、管地自然电位、土壤pH值)；在
第5期 顾善多等：埋地钢质管道腐蚀防护系统的完整性评价方法的研究43
模糊综合评价方面，针对众多元素之间的权重关系，
往往是采用专家打分法确定出权重，带有相当大的随
意性。针对上述问题，该评价体系扩大了腐蚀环境参
量的选取，并采用层次分析法和灰色关联分析法来动
态确定权重，用隶属度函数法确定单因素评价矩阵，
实现对影响因素的模糊化处理，最后，通过对评价结
果定量化处理，得到全面而准确的管道腐蚀防护状况
结果。
多种先进技术应用到评价过程中，大大提高了检
测效率和数据的准确率和可靠性。目前，该评价方法
已经投入到多条管线的检测评价项目中，得到的结果
令人满意。
2 评价体系应用过程
2．1 埋地钢质管道的一般情况
埋地钢质管道一般处于野外环境当中，管道外径
不同，埋设深度不等，一般管体外壁都有防腐层，阴极
保护系统采用强制电流保护或牺牲阳极系统保护。
影响埋地管道腐蚀的因素多种多样，各自的影响程度
不相同。
2．2 单因素评价体系
2．2．1 环境腐蚀性数据收集和评价
影响土壤腐蚀性的因素很多，这些因素相互影
响、相互制约，组成一个复杂的腐蚀体系。在条件允
许的状况下，通过测量影响土壤腐蚀性的参量，运用
灰色关联分析理论，计算出土壤腐蚀性与各检测参量
之间关联度大小，从而找出影响土壤腐蚀性的主要因
素及次要因素，就可以找到腐蚀体系本身具有的特征
和基本规律。
2．2．1．1 土壤腐蚀性评价
首先，收集现场数据。影响土壤综合评价系统的
因素很多，在此列举几个经常使用的参数：土壤腐蚀
速率、土壤电阻率、土壤pH值、土壤氧化还原电位等。
分别单独使用国际或国内相关标准对其进行评价，得
出土壤腐蚀性单因素评价结果。
土壤本身特性参数对管道的腐蚀影响的几个指
标如表1所示，做为影响土壤腐蚀性的评价因素，参考
(~yOOO7钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》中
的评价方法，针对每个因素进行分级评价。根据“十
一五”国家科技支撑计划课题《生命线工程安全保障
关键技术研究及工程示范》一埋地钢质管道环境腐蚀
性检测评价技术研究的重大成果，采用聚类分析确定
影响土壤腐蚀性的6类主要因素，采用灰色关联分析
和改进层次分析等数学手段，结合专家经验确定各因
素的权重，建立半定量的埋地钢质管道土壤腐蚀性多
指标综合评价方法权重研究方法和土壤腐蚀性完整
性评价体系。
针对各数据的权重分配进行分析计算，对各因素
进行综合分析得到总评分结果，再在对总得分进行分
级评定。最后用实验室或现场测试的土壤对钢的腐
蚀速率来拟合土壤腐蚀性完整性评价的结果，见表l。
表1 影响土壤腐蚀性的评价因素分级标准
2．2．1．2 杂散电流腐蚀性评价
杂散电流腐蚀性的评价因素，在地中杂散电流的
特征表现为空间分布来源复杂、流动方向和强度变化
多种多样。按杂散电流的分布和流动特征可分为静
态和动态2种。
静态杂散电流通常是从外加电流系统被强制施
加到管道上的，如其他管道阴保的阳极地床、其他漏
泄电源或来自其他的外部结构。
动态杂散电流来自电力传输系统(如地铁、火车
和采矿作业等)，它通过邻近防腐层良好的管道网络
可以传送到很远的地方。如果不采取措施消除，杂散
干扰电流会对邻近地下金属管线产生非常有害的影
响。
参考文献[2]中把地电位梯度与杂散电流干扰强
度的关系分为3级，这里根据综合评判的需要把它们
细化分为4级，如表2所示。
表2 杂散电流分级标准
地电位梯度／(mV·m I1) 杂散电流干扰强度
5
弱
较弱
较强
强
当然，在相关标准中，针对杂散电流较管地自然
电位的偏移数量级来评价其影响大小也可以纳入到
杂散电流评价体系当中，作为地电位梯度的补充和拟
合。
根据现代检测技术的发展，杂散电流的测试方法
和评价准则会增加，每种方法和准则都可以进行单独
评价后按照一定的权重分配矩阵进行综合评价，最后
44 Pipeline Technique and Equipment Sep． 2011
得出一个符合实际情况的评价结果。比如《质检公益
性行业科研专项》一城镇燃气钢质管道受轨道交通电
磁干扰检测与评价方法研究的成果中，就使用感应法
对杂散电流进行测试，并建立了相对完整的评价体系
和评价准则。此项技术经过鉴定，达到了国际先进水
平。
2．2．2 防腐层质量综合评价
对于防腐层的评价标准比较复杂，但是各种评价
方法归纳为防腐层绝缘电阻率的评价。由于种种原
因限制，防腐层绝缘电阻率的计算结果与实际情况有
一定差距，现在一般采用电流衰减率、绝缘电阻率和
破损点状况来进行防腐层质量评价。此处用防腐层
绝缘电阻率来直接评判防腐层质量的好坏。与此同
时，也采用防腐层破损点状况来完善防腐层的评价结
果。以石油沥青防腐层为例，采用电流电位法评价沥
青防腐层标准(见表3，参考(sy5918埋地钢质管道防
腐层修复技术规范》)。
表3 沥青防腐层分级标准
2．2．3 阴极保护效果综合评价
阴极保护效果评价主要采用在测试桩以及其他
露管处测试管地电位来初步评价阴极保护效果，以密
间隔电位测试方法来测试管地真实的保护电位。目
前，国际通用准则都是要求管地电位要负于一850
mV，比如《GB／T21448埋地钢质管道阴极保护技术规
范》中要求等地电位要负于一850 mV，但是管道极限
阴极保护电位不能负于一1 200 mV．而对于不同的钢
材料又有不同准则，例如对于高强度钢，其阴极保护
电位要根据实际析氢情况来确定。在厌氧菌或SRB
及其他有害菌类土壤中，管道阴极保护电位应为
一950 mV或者更负；当土壤电阻率介于100 Q ·m和
1 000 Q -m之间时，要求管地电位宜负于一750 mV；
而土壤电阻率大于1 000 Q·m时，要求管地电位宜负
于一650 mV．
2．2．4 直接评价
限于上述数据的采集来源都是非开挖的或非接
触的，只能间接的或象征性的对土壤腐蚀性、防腐层
质量状况和阴极保护效果进行评价，所以，适当的选
取一定数量的特征位置进行开挖，用实际的管体腐蚀
数据和防腐层质量数据来修正前期的评价结果。比
如用开挖的腐蚀产物来验证杂散电流的影响，修正杂
散电流的影响权重；用防腐层的真实质量情况来修正
非开挖检测数据的可靠性等。
2．3 模糊完整性评价体系
对于以上收集的数据和标准评定结果，以模糊数
学为基础，应用关系合成原理，将一些边界不清和不
易定量的因素定量化，来进行后续的完整性评价。
多层级完整性评价方法是把影响管道安全状况
的因素按某些属性分成几类，在它们之间有个权数分
配，进行综合评估。而每一方面的单因素评估又是低
一层次的多因素综合的结果。同样，低一层次的多因
素综合的结果也可以是更低层次的多因素综合的结
果。
文中采用两层评价结构(如图1所示)，对单因素
进行综合评价之后，采用权重矩阵对第二层影响因素
集合进行综合评价，最终得到整体评价的向量结果。
从而得到管道腐蚀防护系统安全状况的完整性评价
结果。
图1 腐蚀防护系统检测评价方法的评价模型和体系
3 数学方法的应用
该评价体系中创造性地提出采用(下转第56页)
56 Pipeline Technique and Equipment
或调压站高压侧掺混空气，以降低其热值，达到与管
网要求值相一致的目的。优点是掺混点少，便于统一
管理，流程相对较为简单，设备较少；占地面积较少；
不受原料(LPG)价格和市场供应影响，即便是混空气
系统故障时，LNG可以照常供应。缺点是因空气压力
较高，耗能大，因而运行成本较高；预测混合气(天然
气+空气)运行成本增加0．035 m 左右；空气系统
压力等级较高，对设备安全性能要求严格。
(2)中压混空。在与供应高热值气源相对应的各
中压调压站建设混空气设施，实现对高热值气源降
热，以求管网热值统一。优点是设备占地面积相对小
一些；设备投资较小，操作人员少，运行成本较低，预
测混合气(天然气+空气)增加运行成本为0．01
in 以下；因压力等级低一些，相比增热方案，安全性能
较高；不受市场供应影响，即便是混空气系统故障时，
LNG可以照常供应。缺点是需要在多个调压站建设
空气掺混设施；一般调压站地理位置偏远，外部大容
量电力供应存在困难，只能选购燃气空压机，购置成
本较高。
． (3)轻烃分离。将天然气中热值相对较高的乙烷
和丙烷等重质组分分离出来，提高甲烷含量，使热值
降至目标值。优点是设备占地面积小，投资也不大；
不需外加能源，运行成本也较低，预测增加运行成本
为0．0l元／nl 以下。缺点是国内使用先例不太多，缺
乏足够的运行经验；设备的可靠性也有待检验；需配
套考虑液相LNG的储存、利用问题。
5．2 管网分开方案
鉴于各种方案都存在一定的实施难度，特别是对于
已经建成投产的站场，要增加处理设施，都会相应增加
运行成本。因此，可以考虑通过隔离阀门将管输天然气
与LNG供应系统分别独立成网。正常情况下，两网独
立运行，各自实行对应的销售价格，应急情况下，两网联
通运行。优点是可以兼顾原有供气系统，无需增加处理
设施，气源成本没有增加。缺点是管网系统各自独立，
降低了气源供应的灵活性和安全可靠性。
5．3 多气源调配方案
将管输天然气与气相LNG，甚至其他气体进行合
理调配后供应也是多气源供应格局下，管网供气的一
种解决方案。实施该方案的前提是管输气与LNG的
流量需相对恒定，否则会导致管网热值波动。
6 结束语
随着国内多气源供应格局的不断形成，国内大型
天然气管网及城市管网均存在多气源混输问题，影响
着天然气工业的安全性、可靠性和经济性。多气源混
输问题不单是一个技术问题，而是一个技术经济问
题，可能有不同的解决方案，为此，必须由上中下游三
方协同进行。在此背景下，各输配公司更应该依据自
身管网现状与气源供应特点，结合具体情况，以安全
性、经济性为原则，优选出合理的管网供气解决方案，
以确保管网运行安全和广大用户的利益。
参考文献：
[1] 赖元楷，罗东晓．统一天然气热值标准是中国天然气工业
发展的需要．城市燃气，2005(6)：7—12．
[2] NGC 天然气互换性工作组．天然气互换性及非燃烧用
途白皮书，2005：12—16．
[3] 熊永强，华贲，罗东晓．用于燃气调峰和轻烃回收的管道
天然气液化流程．天然气工业，2006，26(5)：130—132．
作者简介：吴华丽(1982一)，工程师，从事工艺技术管理工作。
(上接第44页)神经网络、遗传算法以及模糊数学理
论，来处理复杂多变的检测数据，以上述数学方法建
立的模型拥有自适应性，因此在评价过程中不需要专
家打分即可通过自身学习来匹配当前检测环境。另
外，系统计算模型的建立不但考虑到实验室模拟试片
实验成果，并且考虑到工程检测实际情况，在此基础
上纳入了尽可能多的重要检测参量，以得出全面准确
的评价结果。
4 结果分析
由于影响埋地钢质管道腐蚀防护状况的模糊因
素较多，采用二层模糊综合评判的方法来确定管道腐
蚀状况的好坏，比以往使用单一仪器对单一因素的检
测评价更趋合理，具有较高的准确性和科学性。
利用二层模糊综合评判法，可以通过定量分析的
方法准确处理影响钢质埋地管道腐蚀防护状况的各
种影响因素，并很方便的在计算机上编程实现。
模糊理论应用于管道腐蚀防护状况完整性评价
中，在条件允许的情况下，综合考虑、选取影响管道
腐蚀的代表性因素，对管道腐蚀防护状况进行全面
而准确的评价，并在实际应用中取得了良好的工程
实践效果，为管道管理人员掌握管道未来状况发展
趋势，制定管道修补措施，管道安全运营提供有力的
保证。
参考文献：
[1] 杨永，何仁洋．埋地钢质管道腐蚀防护综合评价系统研
究．管道技术与设备，2004(2)：11—14．
[2] 胡世信．阴极保护手册．北京：化学工业出版社，1999．
作者简介：顾善多(1965一)，大学本科，研究方向为埋地管道安
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