基于模糊物元法的鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐罐底腐蝕評(píng)價(jià)

文/但琦 何超 楊廷鴻 吳松林 王春林

基于模糊物元法的鋼質(zhì)儲(chǔ)油罐罐底腐蝕評(píng)價(jià)

文/但琦 何超 楊廷鴻 吳松林 王春林

本文通過漏磁檢測(cè)技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)3個(gè)不同地區(qū)（G、Y和L）共計(jì)10個(gè)儲(chǔ)油罐的罐底進(jìn)行了檢測(cè)，得到了這10個(gè)罐罐底的腐蝕數(shù)據(jù)（罐底底板的腐蝕的坑數(shù)、每個(gè)坑腐蝕的深度、每個(gè)坑腐蝕的直徑）。在用李春樹[1]提出的儲(chǔ)油罐底板腐蝕特征參量將這10個(gè)罐罐底板腐蝕特征參量全部計(jì)算出。本文通過模糊物元評(píng)價(jià)模型，對(duì)儲(chǔ)油罐罐底的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與李春樹[2]提出的油罐腐蝕狀態(tài)進(jìn)行了比較。為油罐腐蝕評(píng)價(jià)提供了簡(jiǎn)便的方法。

儲(chǔ)油罐底板；腐蝕特征；模糊物元；安全評(píng)估

儲(chǔ)油罐在長(zhǎng)期使用過程中，會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)罐底板的腐蝕問題。儲(chǔ)油罐作為儲(chǔ)存設(shè)備，由若干鋼板拼焊制成，材質(zhì)多為碳鋼，由于儲(chǔ)藏的介質(zhì)和周邊環(huán)境的作用，儲(chǔ)罐的腐蝕防護(hù)難以完全有效，儲(chǔ)油罐的腐蝕不可避免。

目前，當(dāng)遇到儲(chǔ)油罐腐蝕問題時(shí)，腐蝕狀況描述還停留在定性水平上，往往憑設(shè)備管理的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析處理，缺少對(duì)檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的定量分析，對(duì)腐蝕的反映和腐蝕規(guī)律的把握不夠深入。李春樹[1]中提出了用漏磁檢測(cè)技術(shù)可以檢出儲(chǔ)罐底板上下表面的腐蝕坑，并且對(duì)腐蝕坑底深度和分布給出定量檢測(cè)結(jié)果，并且還提出了儲(chǔ)油罐底板腐蝕特征參量，即點(diǎn)腐蝕概率、當(dāng)量穿孔面積、最大點(diǎn)腐蝕深度、平均腐蝕深度、最大點(diǎn)腐蝕速率、平均腐蝕速率。這些腐蝕參量信息具體直觀，全面定量準(zhǔn)確反映了儲(chǔ)罐底板的腐蝕狀態(tài)，李春樹[2]還提出了利用這六個(gè)腐蝕特征參量來確定油罐的腐蝕狀態(tài)或等級(jí)。該方法的應(yīng)用對(duì)儲(chǔ)罐腐蝕研究控制理論研究有意義，對(duì)儲(chǔ)罐底板的檢驗(yàn)和維護(hù)起到現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)作用。

本文通過漏磁檢測(cè)技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)3個(gè)不同地區(qū)（G、Y和L）共計(jì)10個(gè)儲(chǔ)油罐的罐底進(jìn)行了檢測(cè)，得到了這10個(gè)罐罐底的腐蝕數(shù)據(jù)（罐底底板的腐蝕的坑數(shù)、每個(gè)坑腐蝕的深度、每個(gè)坑腐蝕的直徑）。將這些腐蝕數(shù)據(jù)用李春樹[1]中提出了儲(chǔ)油罐底板腐蝕特征參量將這10個(gè)罐罐底板腐蝕特征參量全部計(jì)算出來，并用這些特征參量計(jì)算了每個(gè)儲(chǔ)油罐的腐蝕狀態(tài)，提出了模糊物元評(píng)價(jià)來判定儲(chǔ)油罐的腐蝕狀態(tài)，并與李春樹[2]提出的油罐腐蝕狀態(tài)進(jìn)行了比較。

1.三個(gè)地區(qū)的10個(gè)油罐的基礎(chǔ)資料和油罐罐底板腐蝕調(diào)查

表1 油罐的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和腐蝕情況

三個(gè)不同地區(qū)（GG、YY、LL）10個(gè)儲(chǔ)油罐的基礎(chǔ)資料。在儲(chǔ)罐底板腐蝕的實(shí)際檢測(cè)分析中，應(yīng)用漏磁檢測(cè)技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)罐底板進(jìn)行100%檢測(cè)，用超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)底板厚度。使用自主開發(fā)的HTT一Ⅱ型儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀，可以對(duì)儲(chǔ)罐底板正反面同時(shí)進(jìn)行腐蝕情況檢測(cè)。檢驗(yàn)前用校準(zhǔn)試樣調(diào)試儀器。

2.10個(gè)油罐底板的6個(gè)腐蝕特征參數(shù)

表征儲(chǔ)罐底板腐蝕的特征參量[1]如下：

2.1 點(diǎn)腐蝕概率：

根據(jù)概率論，如果腐蝕坑的深度是隨機(jī)分布，則腐蝕坑深度h不超過數(shù)值d的概率為：

N——腐蝕坑總個(gè)數(shù)

2.2 平均腐蝕深度：（1）和（2）式利用最小二乘法擬合估計(jì)出

2.3 穿孔概率：腐蝕深度達(dá)到儲(chǔ)罐底板厚度的點(diǎn)腐蝕概率，由檢測(cè)出的腐蝕部位的面積與儲(chǔ)罐底板總面積之比推算得來。

腐蝕坑深度h不超過數(shù)值d的概率：

其中A0——底板面積，Ah——蝕坑深度的總面積。由（1）式和（3）式利用最小二乘法擬合估計(jì)出

決定儲(chǔ)罐底板使用壽命的不是腐蝕坑的平均深度，而是最深的腐蝕坑的深度。最深腐蝕坑的深度的概率分布，服從Gumbel第一類近似函數(shù)[1]：

（4）式表示最大腐蝕深度不超過d的概率，這個(gè)概率計(jì)算中的平均深度與李春樹[1]不同。將d用底板厚度T代入（4）得穿孔概率P。

2.4 當(dāng)量缺陷穿孔面積：由檢測(cè)出的腐蝕轉(zhuǎn)換為當(dāng)量穿孔缺陷后計(jì)算得出。

當(dāng)量穿孔面積：

2.5 最大腐蝕深度dmax：是檢測(cè)得出的實(shí)際值，表示當(dāng)前狀況下儲(chǔ)罐底板存在的腐蝕缺陷的最大深度，dmax取蝕坑最深值。

表2 各腐蝕特征參數(shù)的權(quán)值以及分級(jí)結(jié)果

在檢測(cè)實(shí)際儲(chǔ)罐底板腐蝕時(shí)，可以采用穿孔概率、當(dāng)量缺陷穿孔面積、最大點(diǎn)腐蝕深度、平均點(diǎn)腐蝕深度、最大點(diǎn)腐蝕速率、平均點(diǎn)腐蝕速率這樣的特征參量組成的特征參量矩陣來描述，即

3.儲(chǔ)罐底板腐蝕狀態(tài)安全評(píng)估方法

3.1 李春樹[2]提出底板腐蝕狀態(tài)安全評(píng)估方法

對(duì)儲(chǔ)罐底板腐蝕特征參數(shù)分析，按照不同參數(shù)對(duì)儲(chǔ)罐底板安全影響的重要程度，設(shè)置不同參量對(duì)應(yīng)的影響因子，根據(jù)每一個(gè)參量水平，評(píng)出不同參數(shù)對(duì)底板安全的權(quán)數(shù)分，六項(xiàng)參數(shù)的總權(quán)數(shù)分為儲(chǔ)罐底板安全指數(shù)積分[2]。

見表2各腐蝕特征參數(shù)的權(quán)值以及分級(jí)結(jié)果。

腐蝕安全技術(shù)等級(jí)劃分的主要參數(shù)為：安全指數(shù)S，穿孔概率T，以及dmax/T。

3.2 用模糊物元評(píng)價(jià)底板腐蝕狀態(tài)安全評(píng)估方法

李春樹[2]提出底板腐蝕狀態(tài)安全評(píng)估方法是一種評(píng)價(jià)方法，在評(píng)價(jià)時(shí)把六個(gè)指標(biāo)：點(diǎn)腐蝕概率，當(dāng)量穿孔面積，最大點(diǎn)腐蝕深度，平均腐蝕深度，最大點(diǎn)腐蝕速率，平均腐蝕速率的權(quán)重都看成一樣，這樣會(huì)影響評(píng)價(jià)等級(jí)。陳光明建立模糊物元評(píng)價(jià)模型[3]，對(duì)油罐底部進(jìn)行了腐蝕評(píng)價(jià)。油罐腐蝕模糊物元評(píng)價(jià)的基本思想是以油罐腐蝕因素，對(duì)六個(gè)影響油罐腐蝕性的主要指標(biāo)為“特征”、各因素的理化指標(biāo)量和模糊值為“模糊量值”，構(gòu)成描述腐蝕性的模糊物元；把模糊數(shù)學(xué)與物元分析相結(jié)合，利用模糊邊界取代常規(guī)的清晰邊界；根據(jù)特征指標(biāo)特性確定事物相應(yīng)特征的隸屬度，從而得到六個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。首先建立符合模糊物元矩陣R；其次構(gòu)造關(guān)聯(lián)系數(shù)復(fù)合模糊物元矩陣Rξ；然后確定各特征指標(biāo)的權(quán)重復(fù)合物元Rw；最后確定關(guān)聯(lián)度復(fù)合模糊物元Rk。

3.2.1 建立復(fù)合模糊物元

Mi表示三個(gè)不同地區(qū)（G、Y、L）10個(gè)儲(chǔ)油罐，Cj表示腐蝕6個(gè)指標(biāo)分別為點(diǎn)腐蝕概率（P），當(dāng)量穿孔面積（A），最大點(diǎn)腐蝕深度（dmax/T），平均腐蝕深度，最大點(diǎn)腐蝕速率（rmax），平均腐蝕速率（r），得到10個(gè)油罐，6個(gè)指標(biāo)的復(fù)合物元矩陣，記為R。

表4 油罐底部腐蝕評(píng)價(jià)結(jié)果(關(guān)聯(lián)度)

R取值表2各腐蝕特征參數(shù)的權(quán)值。

對(duì)復(fù)合物元矩陣中的因素指標(biāo)測(cè)定值也表示了從優(yōu)隸屬度（從優(yōu)原則：以因素腐蝕性越弱越優(yōu)），根據(jù)模糊物元的定義，R也可以叫做復(fù)合模糊物元矩陣。

3.2.2 構(gòu)造關(guān)聯(lián)系數(shù)復(fù)合模糊物元

由于關(guān)聯(lián)函數(shù)與隸屬函數(shù)等價(jià)，故關(guān)聯(lián)系數(shù)可由隸屬度確定：

通過上述變換，把10個(gè)油罐6個(gè)腐蝕指標(biāo)復(fù)合模糊元中各從優(yōu)隸屬度轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，以此構(gòu)造關(guān)聯(lián)系數(shù)復(fù)合模糊物元：

3.2.3 確定指標(biāo)權(quán)重復(fù)合物元

計(jì)算各油罐各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)之和，對(duì)各關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行歸一處理，得到的各指標(biāo)的權(quán)重：

見表3各指標(biāo)的權(quán)重。

由此可得到權(quán)重復(fù)合物元Rw

3.2.4 確定關(guān)聯(lián)度復(fù)合模糊物元

由以上各式可得到關(guān)聯(lián)度復(fù)合模糊物元RK

從表4評(píng)價(jià)結(jié)果來看，9個(gè)油罐的分級(jí)結(jié)果一樣，只有G5#罐兩個(gè)分級(jí)結(jié)果不一樣，從實(shí)際情況來看，模糊物元評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果更符合實(shí)際。

（作者單位：后勤工程學(xué)院基礎(chǔ)部）

1.李春樹.常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕特征參量的獲取，壓力容器，vol25（12），2008.

2.李春樹.常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕安全評(píng)估，壓力容器，vol26（2），2009.

3.陳光明，高露.金屬油罐底部沉積液腐蝕評(píng)價(jià)，內(nèi)蒙古石油化工，NO（11），2005，110～115.