基于模糊物元法的鋼質儲油罐罐底腐蝕評價

文/但琦 何超 楊廷鴻 吳松林 王春林

基于模糊物元法的鋼質儲油罐罐底腐蝕評價

文/但琦 何超 楊廷鴻 吳松林 王春林

本文通過漏磁檢測技術和超聲波檢測技術對3個不同地區(qū)（G、Y和L）共計10個儲油罐的罐底進行了檢測，得到了這10個罐罐底的腐蝕數(shù)據(jù)（罐底底板的腐蝕的坑數(shù)、每個坑腐蝕的深度、每個坑腐蝕的直徑）。在用李春樹[1]提出的儲油罐底板腐蝕特征參量將這10個罐罐底板腐蝕特征參量全部計算出。本文通過模糊物元評價模型，對儲油罐罐底的腐蝕狀態(tài)進行了評價，并與李春樹[2]提出的油罐腐蝕狀態(tài)進行了比較。為油罐腐蝕評價提供了簡便的方法。

儲油罐底板；腐蝕特征；模糊物元；安全評估

儲油罐在長期使用過程中，會出現(xiàn)儲罐底板的腐蝕問題。儲油罐作為儲存設備，由若干鋼板拼焊制成，材質多為碳鋼，由于儲藏的介質和周邊環(huán)境的作用，儲罐的腐蝕防護難以完全有效，儲油罐的腐蝕不可避免。

目前，當遇到儲油罐腐蝕問題時，腐蝕狀況描述還停留在定性水平上，往往憑設備管理的經(jīng)驗進行分析處理，缺少對檢驗檢測數(shù)據(jù)的定量分析，對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技術可以檢出儲罐底板上下表面的腐蝕坑，并且對腐蝕坑底深度和分布給出定量檢測結果，并且還提出了儲油罐底板腐蝕特征參量，即點腐蝕概率、當量穿孔面積、最大點腐蝕深度、平均腐蝕深度、最大點腐蝕速率、平均腐蝕速率。這些腐蝕參量信息具體直觀，全面定量準確反映了儲罐底板的腐蝕狀態(tài)，李春樹[2]還提出了利用這六個腐蝕特征參量來確定油罐的腐蝕狀態(tài)或等級。該方法的應用對儲罐腐蝕研究控制理論研究有意義，對儲罐底板的檢驗和維護起到現(xiàn)實指導作用。

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

1.三個地區(qū)的10個油罐的基礎資料和油罐罐底板腐蝕調查

表1 油罐的基礎數(shù)據(jù)和腐蝕情況

三個不同地區(qū)（GG、YY、LL）10個儲油罐的基礎資料。在儲罐底板腐蝕的實際檢測分析中，應用漏磁檢測技術，對儲罐底板進行100%檢測，用超聲波測厚儀檢測底板厚度。使用自主開發(fā)的HTT一Ⅱ型儲罐底板漏磁檢測儀，可以對儲罐底板正反面同時進行腐蝕情況檢測。檢驗前用校準試樣調試儀器。

2.10個油罐底板的6個腐蝕特征參數(shù)

表征儲罐底板腐蝕的特征參量[1]如下：

2.1 點腐蝕概率：

根據(jù)概率論，如果腐蝕坑的深度是隨機分布，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出

2.3 穿孔概率：腐蝕深度達到儲罐底板厚度的點腐蝕概率，由檢測出的腐蝕部位的面積與儲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出

決定儲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，這個概率計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 當量缺陷穿孔面積：由檢測出的腐蝕轉換為當量穿孔缺陷后計算得出。

當量穿孔面積：

2.5 最大腐蝕深度dmax：是檢測得出的實際值，表示當前狀況下儲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)的權值以及分級結果

在檢測實際儲罐底板腐蝕時，可以采用穿孔概率、當量缺陷穿孔面積、最大點腐蝕深度、平均點腐蝕深度、最大點腐蝕速率、平均點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.儲罐底板腐蝕狀態(tài)安全評估方法

3.1 李春樹[2]提出底板腐蝕狀態(tài)安全評估方法

對儲罐底板腐蝕特征參數(shù)分析，按照不同參數(shù)對儲罐底板安全影響的重要程度，設置不同參量對應的影響因子，根據(jù)每一個參量水平，評出不同參數(shù)對底板安全的權數(shù)分，六項參數(shù)的總權數(shù)分為儲罐底板安全指數(shù)積分[2]。

見表2各腐蝕特征參數(shù)的權值以及分級結果。

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

3.2 用模糊物元評價底板腐蝕狀態(tài)安全評估方法

李春樹[2]提出底板腐蝕狀態(tài)安全評估方法是一種評價方法，在評價時把六個指標：點腐蝕概率，當量穿孔面積，最大點腐蝕深度，平均腐蝕深度，最大點腐蝕速率，平均腐蝕速率的權重都看成一樣，這樣會影響評價等級。陳光明建立模糊物元評價模型[3]，對油罐底部進行了腐蝕評價。油罐腐蝕模糊物元評價的基本思想是以油罐腐蝕因素，對六個影響油罐腐蝕性的主要指標為“特征”、各因素的理化指標量和模糊值為“模糊量值”，構成描述腐蝕性的模糊物元；把模糊數(shù)學與物元分析相結合，利用模糊邊界取代常規(guī)的清晰邊界；根據(jù)特征指標特性確定事物相應特征的隸屬度，從而得到六個指標的權重。首先建立符合模糊物元矩陣R；其次構造關聯(lián)系數(shù)復合模糊物元矩陣Rξ；然后確定各特征指標的權重復合物元Rw；最后確定關聯(lián)度復合模糊物元Rk。

3.2.1 建立復合模糊物元

Mi表示三個不同地區(qū)（G、Y、L）10個儲油罐，Cj表示腐蝕6個指標分別為點腐蝕概率（P），當量穿孔面積（A），最大點腐蝕深度（dmax/T），平均腐蝕深度，最大點腐蝕速率（rmax），平均腐蝕速率（r），得到10個油罐，6個指標的復合物元矩陣，記為R。

表4 油罐底部腐蝕評價結果(關聯(lián)度)

R取值表2各腐蝕特征參數(shù)的權值。

對復合物元矩陣中的因素指標測定值也表示了從優(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也可以叫做復合模糊物元矩陣。

3.2.2 構造關聯(lián)系數(shù)復合模糊物元

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

通過上述變換，把10個油罐6個腐蝕指標復合模糊元中各從優(yōu)隸屬度轉換成相對應的關聯(lián)系數(shù)，以此構造關聯(lián)系數(shù)復合模糊物元：

3.2.3 確定指標權重復合物元

計算各油罐各指標的關聯(lián)系數(shù)之和，對各關聯(lián)系數(shù)進行歸一處理，得到的各指標的權重：

見表3各指標的權重。

由此可得到權重復合物元Rw

3.2.4 確定關聯(lián)度復合模糊物元

由以上各式可得到關聯(lián)度復合模糊物元RK

從表4評價結果來看，9個油罐的分級結果一樣，只有G5#罐兩個分級結果不一樣，從實際情況來看，模糊物元評價分級結果更符合實際。

（作者單位：后勤工程學院基礎部）

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

2.李春樹.常壓儲罐底板腐蝕安全評估，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價，內蒙古石油化工，NO（11），2005，110～115.