油气集输管道腐蚀剩余寿命预测软件开发

第４２卷第１期　２０１６年２月　兰州理工大学学报　Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４２　Ｎ０．】　Ｆｅｂ．２０１６　

文章编号：１６７３—５１９６（２０１６）０１－００７６－０５　

油气集输管道腐蚀剩余寿命预测软件开发　

姜峰，郑运虎　

（兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州　７３００５０）　

摘要：为提高腐蚀管道剩余寿命预测的计算效率，利用ＶＢ６．０开发出油气集输管道腐蚀剩余寿命预测软件．介绍　软件开发过程所基于的理论基础，软件的操作流程、操作界面和操作方法．为验证软件计算的可行性，通过收集的　海洋立管腐蚀速率数据和结构相应的参数，对海洋立管的腐蚀速率和腐蚀剩余寿命进行预测，预测结果表明该软　件不仅具有较高预测精度，而且提高计算效率，可为腐蚀的油气集输管道的定期检测、及时修补与更换提供一定的　参考作用．　关键词：管道；腐蚀速率；剩余寿命；ＶＢ６．０；预测　中图分类号：ＴＥ９８５　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｌｉｆｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｃｏｒｒｏｄｅｄ　ｏｉｌ—ｇａｓ　ｍｉｘｅｄ－ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　

ＪＩＡＮＧ　Ｆｅｎｇ，ＺＨＥＮＧ　Ｙｕｎ－ｈｕ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈＯＨ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ｔｅｅｈ．，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｍａｉｎｉｎｇ　ｌｉｆｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｄｅｄ　

ｐｉｐｅｌｉｎｅ。ａ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｌｉｒｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＶＢ６．０　ｆｏｒ　ｏｉｌ—ｇａｓ　ｍｉｘｅｄ－ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　ｐｉｐｅ－ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎａ１　ｆｌｏｗｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　

ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍａｒｉｎｅ　ｒｉｓｅｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｌｉｆｅ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　

ｄａｔａ　ｏｆ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｉｓ　ｍａｒｉｎｅ　ｒｉｓｅｒ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｗｏｕｌｄ　ｈａｖｅ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＳＯ　ｔｈａｔ　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｒｅｇｕｌａｒ　ｃｈｅｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｐｔ　ｒｅｐａｉｒ　ａｎｄ　

ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｄｅｄ　ｏｉｌ—ｇａｓ　ｍｉｘｅｄ－ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ；ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｌｉｆｅ；ＶＢ６．０；ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　

随着管道技术的发展，管道在生活和生产中的　

用途日益广泛．与空气、水和土壤中等介质接触的任　何材质的管道都会受到腐蚀的危害．油气集输的管　

道在油气集输过程中受到介质腐蚀的可能很大，虽　然腐蚀是一个漫长的过程，但是其在役安全稳定性　

至关重要，因管线腐蚀导致石油泄漏和爆炸的事件　

屡见不鲜，因此建立油气管道的有效的腐蚀预测系　

统意义重大ｕＪ．　

为有效预测腐蚀管道剩余寿命，不少人采用概　

收稿日期：　基金项目：　

作者简介：　２０１４—０９一Ｏ１　国家质检公益基金（２０１２１００２６，２０１３１０１５２），甘肃省　高等学校基本科研业务费（１２０５ＺＴＣ０６７）　姜峰（１９６９－），女，湖南宁乡人，副教授．　率统计的计算方法来进行腐蚀管道剩余寿命预　测Ｅｚ－７］，该方法具有一定工程参考价值和指导意义，　

但是对数据样本量要求高，计算误差较大．基于灰色　

预测理论对贫信息、小样本数据的高预测精度，不少　学者对灰色理论展开研究ｒ８。　，并将灰色预测理论　

成功应用到管道腐蚀方面［】。　引．其中，文献Ｅ１３］将灰　

色预测理论结合ＡＳＭＥ　Ｂ３１Ｇ评价准则对海底管道　

的腐蚀速率进行预测，通过对预测出来的腐蚀速率　

求平均值，用管道最大允许腐蚀厚度除以平均速率，　求得腐蚀管道剩余寿命，由于该方法没有考虑到后　

续腐蚀情况对管道的影响，因此误差较大．其他研究　

学者根据传统的ＧＭ（１，１）模型对腐蚀趋势以及腐　

蚀速率进行预测，但是没有给出腐蚀管道的剩余寿　第１期　姜　峰等：油气集输管道腐蚀剩余寿命预测软件的开发　

命的预测模型，存在与文献Ｅ１３Ｊ共同的缺点．　为方便计算文献Ｅｌ７］通过将传统ＧＭ（１，１）预　

测理论编制成软件，考虑非等间距数据处理的繁杂　

性，求解范围针对的都是等间距，并且都是对单个的　数据变化趋势做预测，从编程的角度来讲这些都没　

有达到软件开发目的．用灰色预测理论做预测时，通　常采用Ｍａｔｌａｂ或Ｃ语言进行编程计算，Ｍａｔｌａｂ和　

Ｃ语言作为强大的编程软件，在编程方面有着方便　

高效的编程技巧，但是在对象可视化操作方面不及　ＶＢ，应用起来比较麻烦．因此将灰色预测计算理论　

采用ＶＢ实现腐管道剩余寿命预测的可视化编程有　

定工程应用价值．本文针对传统的ＧＭ（１，１）背景　值，构造误差大和新信息利用不充分的问题，对传统　

ＧＭ（１，１）进行改进，并建立腐蚀管道剩余寿命预测　模型．通过将ＶＢ６．０Ａｃｃｅｓｓ的结合开发出信息存储　

数据库，并将回归预测法和将优化后的模型也编人　

软件中，通过软件实例计算，使计算结果一目了然，　通过三种预测方法的对比，更加说明软件计算的准　

确性和实用性．　

１软件理论基础　

传统ＧＭ（１，１）理论文献Ｅ１８￣２ｏ］中可以查证，　

文中主要以软件开发和应用介绍为主，下面将对软　件的优化模型和回归预测方法进行简单介绍．　

１．１　ＧＭ（１。１）的改进　①传统ＧＭ（１，１）的背景值构造过程误差较　大，主要是在积分过程中用梯形面积『２　引，即　

Ｂ（ｉ，１）：［ｚ　（ｉ）＋ｚ　（　一￣）３／２　（１）　

ｌ　ｚ　（ｔ）ｄｔ　ｉ一２，３，…，　（２）　Ｊ／－－１　用式（１）近似代替式（２）进行积分，构成较大误差．为　

减小背景值构造误差，文献Ｅ２１３提出采用式（３）　

Ｂ（ｉ’１）：　ｊ嚣　，（３）　

来替代原函数的积分，即式（１），将改进后的背景值　

算法带人到传统的ＧＭ（１，１）背景值计算矩阵中，便　可实现传统ＧＭ（１，１）模型的背景值的优化．文献　

Ｅ２１３证明该改进模型不仅可以较为准确的实现短期　

数据预测，而且对中、长期数据预测精度也较高，本　文将不予重复证明．　

②以　（１）为初始条件的时间响应函数，没有　

对新信息充分的利用［２３］，不符合灰色系统理论的新　

信息优先原理，因此以　ｎ　（　）为初始条件对传统　

ＧＭ（１，１）模型进行改进，并证明改进后的模型提高　预测精度．改进后的时间响应函数为　ｊ一（　｛”一ｂ／ａ）ｅ－ａ‘　＋ｂ／ａ　（４）　

本文结合式（３）的背景值优化方程、文献Ｅ２３；中　的初始值优化方法和本文提出的非等间隔数据方法　

对计算程序进行整改．加上提出的传统ＧＭ（１，１）预　测模型和回归预测模型，形成软件预测的三种方法，　

三种方法各有优劣，用户可根据所测得的数据走势　情况，选择合适的预测模型．下面将通过实例说明该　

软件用法．　１．２一元线性回归法　元线性回归模型是回归分析中最常用的模　型，它通过获得自变量和因变量之间的数据计算出　

因变量变化的函数模型，其函数模型为　Ｙ：日＋　（５）　式中：ａ、ｂ为待定参数，　、Ｙ分别为自变量和因变　

量，通过计算得到Ｙ的变化函数．　

ｆ　∑ｚ∑ｘｙ一∑ｚ。·∑　

ｌ“　（∑ｚ）。一九·∑　…　

ｌ，∑ｚ·∑Ｙ一　∑ｘｙ　

Ｉ．，　（∑ｚ）。一　·∑　

根据式（６）确定ｎ、ｂ后，带入式（５）便可得到回归线　

１．３指数回归分析法　指数回归模型能预测近视呈指数规律递减或递　

增的数据发展情况，该模型的表达方式样如下：　Ｙ＝ａｅｂ　

模型中的ａ、ｂ为待定常数，　、　分别为自变量和因　变量．为便于计算将ｔ换成　，换后模型如下：　Ｙ—ｎ·ｅ缸　（７）　

令　

则有　

Ｙ　：＝＝ｎ　＋ｈｒ　其中　

ｆ，∑·∑ｘｙ　一∑　·∑３，　｛　一㈣　Ｉ　∑　

∑　一　·∑ｚ·　Ｉ　—　

根据式（８）求出口、ｂ．因１２　＝Ｉｎｎ，故口一ｅ“，将ａ．ｂ带　

人式（７）得指数模型表达式．　

２软件实例应用　

某海洋立管选材为耐蚀性不锈钢，管道公称直　径为３５０　ｍｍ，名义厚度为１５　ｍｍ，

管道设计腐蚀的　８Ｏ·　兰州理工大学学报　第４２卷　

３．４１７　２１２　４２６．进一步计算得置信区间下限：　４７．０９３　８９８　６９；上限：５３．９２８　３２３　５４．本文方法的计　算结果为５３．０４５，在置信度为９５％的区间内，因此　

本文预测方法的可信度至少能达到９５　．减去已经　

服役的时间ｎ（年），得剩余寿命Ｌ＝４７年．　

３结论　

１）针对油气集输管道腐蚀速率与腐蚀剩余寿　

命预测，提出基于改进灰色预测理论的管道腐蚀速　率与腐蚀剩余寿命预测方法．　

２）针对传统ＧＭ（１，１）预测精度低和范围窄的　缺陷对ＧＭ（１，１）进行改进，改进后的模型提高预测　

精度，扩大预测范围．　３）根据建立腐蚀管道剩余寿命预测模型，结合　

本文的改进方法，采用ＶＢ６．０开发出腐蚀管道剩余　寿命预测软件，软件计算表明该预测方法的可行性　与准确性．　

４）通过软件编程实现油气集输管道腐蚀速率　

与腐蚀剩余寿命的预测，提高计算效率．　

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