卢涵宇 袁咏仪 张旭

摘 要：本文研究的系统采用了多次线性回归统计法，综合运用土壤腐蚀性分级评价机制、涂层检测分级检测机制、阴极保护有效性评价、剩余强度和剩余寿命预测等多项技术，建立一套科学的管道综合监管电子系统，准确提炼出油气管道的强度、寿命、负荷量等关键性指标，保障油气管道的安全运行，最大限量减少腐蚀爆管事故的发生。

关键词：WEBGIS；管道腐蚀；腐蚀检测数据；多次线性回归统计法；空间查询

管道腐蚀与防护技术是一项多学科、前沿化、高科技的系统工程，随着经济的发展，不少老管线老设施已接近其寿命期，大量管道防腐层老化，腐蚀状况严重，腐蚀事故有增长的趋势，有的已进入事故的多发期。实践证明，及早检漏、利用在线检测结果科学地管理和及时的维修是至关重要的。一旦问题暴露，则将造成不可估量的损失，如发生在2013年12月4日的青岛市天台一路发生燃气爆炸事故，该事故造成62人死亡的重大灾难。因此管道在线检测对管线及时维护、管道寿命评价的必要性，会给企业带来显著的经济效益和社会效益。

1 国内外管道内腐蚀检测技术

国外使用较为广泛的管道内腐蚀检测方法是漏磁通法和超声波检测法。

1.1 漏磁通法

检测的基本原理是建立在铁磁材料的高磁导率这一特性之上。钢管中因腐蚀产生缺陷处的磁导率远小于钢管的磁导率，钢管在外磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，此时磁力线均匀分布；当钢管内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，并且有一部分磁力线泄漏出钢管表面。检测被磁化钢管表面逸出的漏磁通。就可判断缺陷是否存在。漏磁通法适用与检测中小型管道，可以对各种管壁缺陷进行检验，检测时不需要耦合剂，也不容易发生漏检。可是因漏磁通法只限于材料表面和近表面的检测，被检测的管壁不能太厚，干扰因素多，空间分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷处的漏磁信号大得多，所以漏磁检测数据往往需要经过校验才能使用。检测过程中当管道所用的材料混有杂质时，还会出现虚假数据。

1.2 超声波法

超聲波检测法主要是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁受蚀后的厚度。这种检测方法是管道腐蚀缺陷深度和位置的直接检测方法，检测原理简单，对管道材料的敏感性小，检测时不受管道材料杂质的影响，能够实现对厚壁大管径的管道进行精确检测，使被检管道不受壁厚的限制。能够检测出管道的变形和内外壁腐蚀。此外，超声波法的检测数据简单准确，且无需校验，检测数据非常适合作为管道最大允许输送压力的计算，为检测后确定管道的使用期限和维修方案提供了极大的方便，并能够检测出管道的应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷如夹杂等。这种方法的不足之处就是超声波在空气中衰减很快，检测时一般要有声波的传播介质，如油或水等。

2 系统设计的主要内容及功能特点

该系统的设计以WEBGIS为基础平台，集成阴极保护电位自动采集系统，全面管理来自土壤采样分析、涂层检测、阴极保护相关的防腐蚀数据，通过对这些数据的综合分析和评价，逐步建立准确、稳定可靠的管道防腐蚀综合判定标准，进而由此建立管道防腐蚀决策依据以及自动决策系统，最终达到准确分析和预测油气管道的剩余强度和剩余寿命，对管道安全输运和生产起到全面的监控和安全预警作用。

2.1 系统主要设计内容

（1）采用线性回归对每个单一指标确定影响范围（权重），根据排序结果和给出的影响范围以及发现的规律和技术人员的经验，采用多次线性回归，提出的土壤腐蚀性综合评价方法来实现不同土壤环境的埋地管道土壤腐蚀性分级，便于有效控制管道腐蚀，减少腐蚀爆管事故。

（2）運用涂层检测分级评析。我们认为影响涂层失效的外部因素主要是土壤中的氧（含溶解氧）、水分及其他无机有机离子，由此而导致涂层组分组合关系发生变化，结构稳定性遭到破坏，材料逐渐老化是涂层失效的内在主要因素。对于现用管道涂层，可根据涂层。

失效系数AI结合对涂层/金属界面的腐蚀反应发生情况及粘接力失去程度判断涂层的失效程度。由涂层失效模型指数AI表达式，经代入相关数据实际所得结果表明，该模型对判断埋地管道涂层失效状况具有重要的指导意义。对于管道保护起到至关重要的作用。

（3）阴极保护性。系统解决了行业中没有提供的极化电位测试方法，最大保护电位的取值，酸性环境电位控制问题，这在国内是首开先河。

（4）剩余强度，剩余寿命评价。通过对大量事故的分析、对数条在役含缺陷天然气压力管道剩余强度的评价和对多段含缺陷压力管道全尺寸试验，证明开发技术、评价结论是可靠的，同类缺陷各级评价之间的衔接是合理的。

2.2 系统主要功能特点

（1）建立一套能适应恶劣环境、温度、满足一定精度要求，对于环境恶劣长时间人力无法到达的地区实现阴极保护电位的自动监测软硬件系统；

（2）根据防腐蚀数据的综合评价以及评估模型的循环应用，建立更为精确的评价标准以及决策模型；

（3）该系统的建立的终极目的不是为管道输运单位建立一个简单的软件系统，而是为管道的生产运行建立基于GIS（地理信息系统的）安全数据中心：包括各种腐蚀检测数据（包括土壤、涂层、阴极保护、剩余强度和剩余寿命、检测和维护决策，以及内腐蚀相关检测数据，失效案例、知识库以及外界异常报告等）、对这些检测数据的评价分析以及相关的数据管理和报表功能；应用现代迅速发展的GIS可视化空间信息分析、显示、表达技术，根据管道要素的分布、数量、相关性因素等，把涉及的信息以三维空间形式形象表达出来，建成个先进的管网电子沙盘信息系统，为日常工作管理、各种信息数据管理、战略指挥提供决策功能；

（4）管道安全检测涵盖内腐蚀以及外腐蚀两个方面，该系统的研制为这连个方面的腐蚀检测都提供相应的数据管理，因此它是国内第一个全面涵盖腐蚀控制各个方面的管道完整性评价分析系统；

（5）在软件系统设计中兼顾了标准的行业标准，同时也采用国际先进的评价分析标注（比如用于评价剩余强度和剩余寿命的SY/T6151，ASME B31G以及API975），还置入了先进的数学分析模型（主成份分析法），真正实现了软件的数据分析的智能升级，使系统的评价分析结果具备了更强的可靠性以及科学性；

（6）系统软硬件结合，通过光纤通讯实现了阴极保护检测桩电流电位数据的自动采集，减少了人工检测采集的大量投入与工作，同时也增加了数据采集的密度，对阴极保护状况的监测更加及时有效，实现阴极保护的实时报警和分析；

3 基于WEBGIS的数字化管道腐蚀数据综合分析评价系统

系统设计全面采用了最新的软件技术，包括Web2.0的Ajax技术、全新的.NET Framework2.0框架以及Microsoft Visual Studio 2005开发工具，系统的实施采用了微软推荐的设计架构，并在此基础上增加了工厂设计模式构成了功能更强的扩展性更强的8层软件架构实现，这些技术的使用进一步加强了软件的稳定性、严谨性和可扩展性，为以后数据库系统的移植奠定良好基础；同时提升了用户感受，提升了软件反应速度和性能，同时也增加了软件使用的生命周期。

3.1 软件设计及技术

（1）软件中针对土壤腐蚀性分级评价机制、涂层检测分级检测机制、阴极保护有效性评价、剩余强度和剩余寿命预测等多项技术建立的子模块因为数据采集渠道不到，数据记录方式不同，评价分析方式体现也不同，因此要建立一套统一的基础数据软件导入模板。

（2）评价分析结果图形化的展示將对软件的要求更高，图形在生成的之前要进行大量复杂的数据组织工作，强大的数据对比性的背后是不同批次数据的采集点的不一致性，因为不同评价分析图表示的数据对象都是独立的逻辑单位，柱状图和曲线图的同时支持是必要的，也将加倍复杂的逻辑和编码实现工作，多种图形绘制选项同样增加绘图的控制的难度。

①AJAX技术；AJAX可使因特网应用程序更小、更快，更友好，在浏览器与Web服务器之间使用异步数据传输（HTTP请求），这样就可使网页从服务器请求少量的信息。

②WEBGIS技术；由多主机，多数据库和多个客户端以分布式连接在Internet上而组成，包括以下4个部分：WEB-GIS浏览器（browser），WEB-GIS服务器，WEB-GIS编辑器（Editor），WEB-GIS信息代理（imformation agent）。

③VR技术；虚拟现实技术，综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，它在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。

3.2 系统设计的特点

（1）系统数据模版的统一制定

系統可以根据基础数据自动生成包含管线信息，探坑编号等基础数据的模板，并提供压缩打包提供下载；在子模块中管理相应的基础数据和采集数据、进行报表等相关的所有操作。

（2）清晰明了系统数据组织和管理

系统的数据组织按照管道防腐蚀的土壤腐蚀、覆盖层评价、阴极保护等作为独立的子模块为其设置独立的操作菜单，每个子模块建立单独的基于总体管线结构的基础数据、数据字典、评价标准、数据的输入输出管理，以及相应数据模版的生成和管理。

（3）独立的公式计算模块

系统设计了专门的公式计算模块，例如埋片周期、质量损失、平均腐蚀速率、厚度损失、电流衰减、防腐层绝缘电阻值等等为系统所有涉及的专业公式计算提供自动的软件实现接口，确保数据的准确性。

（4）强大直观的评价图形分析结果

对相应的防腐蚀数据提供图形化的评价分析结果，还可以对不同时间的数据进行对比分析，从而准确的掌握管线不同时间的腐蚀状况和腐蚀的变化趋势。

（5）强大完善统计分析报表

系统每个子模块提供单独的报表功能，紧密集成到每个子模块的操作菜单中。系统的相关报表统一划分为3类：数据报表、评价分析结果报表、以及统计分析报表。

（6）灵活合理的基础数据管理

系统除管线结构基础数据单独管理之外，还有和土壤腐蚀现成调查相关的探坑等基础数据和数据字典，为系统数据管理提供逻辑清晰的管理支持。

参考文献

[1]张超.地理信息系统实习教程[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]张明波，龚健雅.地理信息系统基础[M].北京：科学出版社，2001.

（作者单位：贵州京元华腾科技有限公司）