CN112649354A

CN112649354A - 一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法

Info

Publication number: CN112649354A
Application number: CN202110043104.0A
Authority: CN
Inventors: 梁海波; 成刚; 杨海; 李忠兵; 张禾; 于学会
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2021-04-13

Abstract

本发明公开了一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法,其特征在于，采用多种传感器对金属管道进行无损检测，然后基于传感器数据利用模糊综合评价方法对金属管道综合评价；能够综合评价多传感器测量参数下的金属管道腐蚀情况，为后续的金属管道维护提供依据。

Description

一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法

技术领域

本发明涉及金属管道检测技术领域，尤其涉及一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法。

背景技术

管道传送是国家经济的大动脉，也是能源部门必备设施。我国铺建的管道长度，已经达到数万千米，现今也在快速增长中。而对前期铺建的管道来讲，因为当时的技术不够先进、可利用资源有限，早期铺建的管道现在已经出现老化或者泄漏，为了能够减少管道中资源泄漏对我们生活环境产生的影响和经济损失，十分有必要加强管道检测。

随着科技和信息技术的飞速发展，各类管道检测的方法也应运而生，例如压力检测、在线检测、计划性修复直接评估以及泄露检测等方式，其中漏磁、超声波、电磁超声导波等多种无损检测技术，这些检测技术在当前应用较广并且也是十分有效的检测方法。管道检测系统中经常采用大量排列传感器对输油管道其管壁和涂层腐蚀缺陷，进行在线检测、分析处理和风险性评估，进而获得较精确、有效数据。

但是现阶段进行的金属管道无损检测，大多基于一种无损检测技术。但金属管道腐蚀呈现多种腐蚀形态，例如全面腐蚀、局部腐蚀、小孔腐蚀等，目前的检测技术难以满足现场对多种腐蚀形态的检测需求，因此需要采用多种技术对金属管道进行综合评价。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，本发明采用多种传感器对金属管道进行无损检测，包括超声波无损检测、漏磁无损检测、脉冲涡流无损检测、电磁超声导波无损检测，然后对金属管道腐蚀进行综合评价，为后续管道维护提供依据。

为了实现上述技术方案，本发明提供了一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法,采用多种传感器对金属管道进行无损检测，然后基于传感器数据利用模糊综合评价方法对金属管道综合评价；具体步骤如下：

步骤一：建立多传感器测量金属管道腐蚀的因素集

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}

其中u₁表示超声波无损检测壁厚测量，u₂表示漏磁无损检测缺陷大小，u₃表示脉冲涡流无损检测缺陷大小，u₄表示电磁超声导波无损检缺陷大小；

步骤二：建立多传感器测量金属管道腐蚀的评价集

V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}

其中v₁表示金属管道完好，完全满足使用要求，长时间不用检修，v₂表示金属管道基本完好，但存在一定量不影响管道使用的腐蚀，短时间内不需要检修处理，v₃表示金属管道腐蚀存在大量腐蚀，亟待检修处理，v₄表示金属管道腐蚀极为严重，已经无法使用，必须马上更换。

进一步改进在于，在步骤一中，所述金属管道腐蚀因素集中的每个因素u_i都建立它们各自的多传感器测量金属管道腐蚀的评价向量，具体建立步骤如下：

步骤一：建立多传感器测量金属管道腐蚀的单因素评价向量，金属管道腐蚀的单因素评价向量为R_i＝[r_ivj(x)](i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4)；

步骤二：确定多传感器测量金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]中各个影响金属管道腐蚀的因素u_i的评价指标对金属管道腐蚀的评价集V＝[v_j]中各个腐蚀评价等级v_j的隶属度关系，其中r_ivj(x)为金属管道腐蚀因素集中各个影响管道腐蚀因素u_i的隶属函数，表示各影响金属管道腐蚀的因素u_i隶属于金属管道腐蚀评价等级v_j的程度，取值范围为[0,1]；利用梯度分布函数以及折线函数作为金属管道腐蚀因素集中各金属管道腐蚀因素的隶属度函数；

步骤三：利用隶属度函数建立金属管道腐蚀的单因素管道腐蚀评价矩阵，把金属管道腐蚀因素集中各个管道腐蚀因素u_i对应传感器设备实际的测量值x带入到隶属函数中，而后计算各个金属管道腐蚀评价指标对于管道腐蚀评价集中v_j的隶属度值r_ivj(x)，建立金属管道腐蚀的单因素评价矩阵R＝[R_i]^T＝[r_ivj(x)]^T。

进一步改进在于：在所述步骤一种，管道腐蚀因素集中各个因素的权重采用层次分析法确定，确定管道腐蚀因素集U＝[u_i]中各金属管道腐蚀因素u_i在评价金属管道腐蚀时候所占得权大小W,而后建立金属管道腐蚀评价指标的权重向量为W＝(W₁,W₂,W₃,W₄)。

进一步改进在于：在构造管道腐蚀的判断矩阵时，首先对金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]中各个影响管道腐蚀的因素u_i进行两两比较，以建立金属管道腐蚀判定矩阵D；然后再计算权重值，权重确定时利用方根法来确定金属管道腐蚀判断举证D的最大特征根λ_max，λ_max对应的金属管道腐蚀判断矩阵D的特征向量为金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]各个管道腐蚀因素u_i的权重值W_i＝(W₁,W₂,W₃,W₄)^T；

由此得出金属管道腐蚀的综合评价结构B为：

进一步改进在于：所述无损检测技术包括超声波无损检测、漏磁无损检测、脉冲涡流无损检测、电磁超声导波无损检测。

本发明的有益效果是：本发明采用多种传感器对金属管道进行无损检测，包括超声波无损检测、漏磁无损检测、脉冲涡流无损检测、电磁超声导波无损检测，然后对金属管道腐蚀进行综合评价，为后续管道维护提供依据。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的单因素评价矩阵的隶属函数。

其中：r_iv1(x)为降梯度分布函数、r_iv2(x)为升梯度分布函数，r_iv3(x)，r_iv4(x)为折现函数。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

根据图1、2所示，本实施例提供了一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，采用多种传感器对金属管道进行无损检测，包括超声波无损检测、漏磁无损检测、脉冲涡流无损检测、电磁超声导波无损检测，然后基于传感器数据利用模糊综合评价方法对金属管道综合评价；具体步骤如下：

建立因素集：

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}

u₁表示超声波无损检测壁厚测量，u₂表示漏磁无损检测缺陷大小，u₃表示脉冲涡流无损检测缺陷大小，u₄表示电磁超声导波无损检缺陷大小。

建立评价集：

V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}

v₁表示金属管道完好，完全满足使用要求，长时间不用检修。v₂表示金属管道基本完好，但存在一定量不影响管道使用的腐蚀，短时间内不需要检修处理。v₃表示金属管道腐蚀存在大量腐蚀，亟待检修处理，v₄表示金属管道腐蚀极为严重，已经无法使用，必须马上更换。

所述金属管道腐蚀因素集中的每个因素u_i都需要建立它们各自的多传感器测量金属管道腐蚀的评价向量。

多传感器测量金属管道腐蚀的单因素评价向量建立：金属管道腐蚀的单因素评价向量为R_i＝[r_ivj(x)](i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4)，首先确定多传感器测量金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]中各个影响金属管道腐蚀的因素u_i的评价指标对金属管道腐蚀的评价集V＝[v_j]中各个腐蚀评价等级v_j的隶属度关系。其中r_ivj(x)为金属管道腐蚀因素集中各个影响管道腐蚀因素u_i的隶属函数，表示各影响金属管道腐蚀的因素u_i隶属于金属管道腐蚀评价等级v_j的程度，取值范围为[0,1]。利用梯度分布函数以及折线函数作为金属管道腐蚀因素集中各金属管道腐蚀因素的隶属度函数。如附图2所示，图中x为金属管道腐蚀因素集中各腐蚀个因素u_i对应评价指标的实际值，a,b,c为评价指标在本标准中进行等级划分时的标准，确定隶属度函数时，首先确定各评价指标的取值范围，即通过金属管道腐蚀因素集中各个腐蚀单因素对应评价标准来确定。因此各评价指标的取值范围为(-∞，a],(a,b],(b,c],(c,+∞)与[c,+∞),(b,c),(a,b],(-∞，a]分别对应评价指标值越小越安全与评价指标值越大越安全两种的情况。

对于指标越小越安全的情况，选取四个区间的三个端点值a,b,c，并取两端点的中点(a+b)/2、(b+c)/2，建立降梯度分布函数r_iv1(x)、升梯度分布函数r_iv2(x)以及折现函数r_iv3(x)和r_iv4(x)作为因素集中各因素的隶属度函数。

对于指标值越大越安全的情况，因素集中各因素隶属度函数如下：

利用隶属度函数建立金属管道腐蚀的单因素管道腐蚀评价矩阵：把金属管道腐蚀因素集中各个管道腐蚀因素u_i对应传感器设备实际的测量值x带入到隶属函数中，而后计算各个金属管道腐蚀评价指标对于管道腐蚀评价集中v_j的隶属度值r_ivj(x)，建立金属管道腐蚀的单因素评价矩阵R＝[R_i]^T＝[r_ivj(x)]^T。

所诉的管道腐蚀因素集中各个因素的权重采用层次分析法确定，确定管道腐蚀因素集U＝[u_i]中各金属管道腐蚀因素u_i在评价金属管道腐蚀时候所占得权大小W,而后建立金属管道腐蚀评价指标的权重向量为W＝(W₁,W₂,W₃,W₄)。

构造管道腐蚀的判断矩阵时，首先需要对金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]中各个影响管道腐蚀的因素u_i进行两两比较，建立金属管道腐蚀判定矩阵D。

即：

金属管道腐蚀判定举证的结构如附表一所示。

表一：判断矩阵D

D	u<sub>1</sub>	u<sub>2</sub>	u<sub>3</sub>	u<sub>4</sub>
					u<sub>1</sub>	d<sub>11</sub>	d<sub>12</sub>	d<sub>13</sub>	d<sub>14</sub>
u<sub>2</sub>	d<sub>21</sub>	d<sub>22</sub>	d<sub>23</sub>	d<sub>24</sub>
					u<sub>3</sub>	d<sub>31</sub>	d<sub>32</sub>	d<sub>33</sub>	d<sub>34</sub>
u<sub>4</sub>	d<sub>41</sub>	d<sub>42</sub>	d<sub>43</sub>	d<sub>44</sub>

金属管道腐蚀判定举证D具有以下性质：

其中，金属管道腐蚀判定矩阵元素d_ij代表金属腐蚀因素u_i与u_j相互之间重要性的比例，其比值反应了金属管道腐蚀因素集中各个腐蚀因素之间的相对重要性，用1-9对判定矩阵进行赋值，判定矩阵的赋值原则如附表二所示，其标度由专家根据管道腐蚀现场实际情况判定腐蚀因素两两因素之间的重要性并赋值。

表二：判断矩阵度及其含义

而后需要计算权重值，权重确定时利用方根法来确定金属管道腐蚀判断举证D的最大特征根λ_max，λ_max对应的金属管道腐蚀判断矩阵D的特征向量为金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]各个管道腐蚀因素u_i的权重值W_i＝(W₁,W₂,W₃,W₄)^T。

具体的步骤如下：

计算判断举证D的每一行全部元素的积M_i：

再对M_i开5次方根得到

而正规化向量

得到W_i＝(W₁,W₂,W₃,W₄)^T即为λ_max所对应的特征向量，即金属管道腐蚀U＝[u_i]的各个腐蚀因素u_i的权重值。

金属管道腐蚀的综合评价结构B为：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法,其特征在于，采用多种传感器对金属管道进行无损检测，然后基于传感器数据利用模糊综合评价方法对金属管道综合评价；具体步骤如下：

步骤一：建立多传感器测量金属管道腐蚀的因素集

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}

步骤二：建立多传感器测量金属管道腐蚀的评价集

V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}

2.根据权利要求1所述的一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，其特征在于，在步骤一中，所述金属管道腐蚀因素集中的每个因素u_i都建立它们各自的多传感器测量金属管道腐蚀的评价向量，具体建立步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，其特征在于：在所述步骤一种，管道腐蚀因素集中各个因素的权重采用层次分析法确定，确定管道腐蚀因素集U＝[u_i]中各金属管道腐蚀因素u_i在评价金属管道腐蚀时候所占得权大小W,而后建立金属管道腐蚀评价指标的权重向量为W＝(W₁,W₂,W₃,W₄)。

4.根据权利要求3所述的一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，其特征在于：在构造管道腐蚀的判断矩阵时，首先对金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]中各个影响管道腐蚀的因素u_i进行两两比较，以建立金属管道腐蚀判定矩阵D；然后再计算权重值，权重确定时利用方根法来确定金属管道腐蚀判断举证D的最大特征根λ_max，λ_max对应的金属管道腐蚀判断矩阵D的特征向量为金属管道腐蚀的因素集U＝[u_i]各个管道腐蚀因素u_i的权重值W_i＝(W₁,W₂,W₃,W₄)^T；

由此得出金属管道腐蚀的综合评价结构B为：

5.根据权利要求1所述的一种多传感器测量金属管道腐蚀的综合评价方法，其特征在于：所述无损检测技术包括超声波无损检测、漏磁无损检测、脉冲涡流无损检测、电磁超声导波无损检测。