灰关联模式在评估土壤腐蚀性中的应用*

魏艳艳，吴 明，赵 宁

灰关联模式在评估土壤腐蚀性中的应用*

魏艳艳1，吴 明2，赵 宁2

（1.山东正和集团股份有限公司，山东东营257342；2.辽宁石油化工大学，辽宁抚顺113001）

土壤腐蚀性等级与埋地管道的安全运行密切相关，科学、准确的评价土壤腐蚀性是管道安全运行管理的重要组成部分。由于影响土壤腐蚀的因素众多，仅仅以土壤电阻率来评价土壤腐蚀性既不准确也不科学。在此应用灰关联模式对土壤腐蚀性指标进行评估，建立了灰关联标准模式，得出了灰关联系数与灰关联度，并通过实际工程算例证明了方法的可行性与科学性，证明了灰关联模式评估在土壤腐蚀性评价这一复杂系统中的适用性。

灰色关联模式；土壤腐蚀性；埋地管道；评价

目前输油管道的铺设方式应用最广泛的是埋地铺设，埋地管道的腐蚀问题成为影响管道安全运行的主要不利因素[1]。埋地管道的腐蚀除受管道材质本身影响之外，周围环境——土壤也是其中的重要因素。科学的评价埋地管道周围土壤腐蚀性是管道运行管理的重要部分。

在土壤腐蚀等级研究中，主要包括土壤类型、土壤状况、土壤电阻率、含水量（%）、pH值、含盐量（%）、氯离子含量、硫酸根离子含量、土壤的管地电位等指标[2]。由于影响土壤腐蚀的因素众多使土壤体系成为一个复杂的交互影响体系，并且具有模糊性，腐蚀规律极不清晰。灰关联由于要求的样本数据相对较少，可对有限的，表面无规律的数据进行处理，从而找到系统本身具有的特征。因此可以应用土壤腐蚀评价体系中去。将灰色理论应用土壤腐蚀评价中，评价出影响腐蚀的各个因子的灰色关联度，灰色关联度越大，对腐蚀的影响程度越大。

1 基本原理

灰关联模式评估是灰靶理论在灰评估中的应用。灰靶理论是处理模式序列的灰关联分析理论。按命题信息域ξi（θ）的要求，在一组模式序列中，找出最靠近子命题式ξi（θ）目标值的数据构造标准模式，然后各模式与标准模式一起构成灰靶，则标准模式称为上靶边，往下远离的模式为下靶边。上靶边也就是数据大的靶边，下靶边为数据小的靶边。每一个灰关联差异信息空间中的模式与靶心的灰关联度称靶心接近度，简称靶心度。基于靶心度可以进行模式识别、模式分级和模式优选[5]。模式的内涵可以是几何模型、方案、评估对象。模式识别实际上是识别模式接近靶心的程度，即靶心度。

2 灰关联分析的工作程序

（1）确定模式

在土壤腐蚀性等级研究中，土壤电阻率、酸度、氧化还原电位、氯离子含量、硫酸根离子含量、含水量、含盐量等因素是研究的主要指标。因此把上述7个因素作为影响因子进行研究。

多极性指标序列wi=（wi（1），wi（2），…，wi（n）），i∈I={1，2，…，m}指标序列中 m= 土壤样品数，n= 指标因子数。

（2）给出极性

确定因子的极大值、极小值或适中值极性。

构 造 指 标 序 列 w（k）=（w1（k），w2（k），… ，wm（k）），k∈K={1，2，…，n}，n= 指标因子数。

（3）构造标准模式（靶心）w0，

（4）为了统一测度，进行灰靶变换[3]。

i（xi（1），xi（2），…，xi（n））

（5）灰关联差异信息空间

（6）计算灰关联系数和灰关联度[4]

（7）确定靶心度分级。

3 工程实例

黑龙江大庆林源至辽宁铁岭管线庆铁线沿线取土样6处，测试数据42个，测试结果见表1，应用灰评估对该段管线土壤腐蚀性做出评价。

根据灰关联分析的程序进行计算：

表1 庆铁线土壤理化性质测定结果Table 1 The results of soil physical and chemical properties of pipeline from Daqing to Tieling

w（k）=（w1（k），w2（k），…，wm（k）），k∈K={1，2，…，7}所以，

通过对因子的定义可知：

（1）土壤电阻率是土壤/地下水体系的电化学特征参数。它影响腐蚀电流通过电解质（土壤/地下水）的能力，一般情况下，土壤电阻率越低，腐蚀性越强。故为极大值极性。

（2）酸度（以pH值表示）是土壤/地下水体系的另一个表征腐蚀性的因子。pH值越低（更强的酸性环境）对埋地金属结构的腐蚀性越强。当pH值增加到＞7（pH=7表示中性）时，土壤条件碱性增加，对埋地结构的腐蚀性降低。故pH值为适中值极性。

（3）氧化还原电位、氯离子含量、硫酸根含量、含水量、含盐量越小，表明管道在土壤介质中的宏腐蚀越小。因此，它为极小值极性。

因子极性归纳为表2。

表2 因子的极性Table 2 The results of factor polarity

构造标准模式 w0，w0={22.51，7，170，0.001，0.01 1，10，0.105}

进行灰靶变换xi=（xi（1），xi（2），…，xi（n）），x0=（1，1，1，1，1，1，1）

得出

灰关联差异信息空间

由上式知：△0i（max）=0.892 5，△0i（min）=0

求灰关联系数

归纳子因素对母因素的灰关联系数数列。

表3 灰关联系数数列Table 3 The results of grey connection factor

表4 灰关联度列表Table 4 The results of grey connection degree

因此，[0.3，0.4]以下各档无意义。

所以，靶心度分级为表5。

表1，表4结合表5可知：林源、农安、铁岭段属于第5级，新庙段属于第6级，垂阳段属于第2级，昌图段属于第3级。

表5 靶心度等级Table 5 The rank of bull’s eye degree

从关联度可以看出：林源、农安、铁岭与新庙段土壤腐蚀性强，垂阳与昌图段土壤腐蚀性较弱。

4 结论

工程实例证明应用灰关联模式评估土壤腐蚀性具有方便准确的效果。影响因素多且复杂，腐蚀规律不清楚的情况下，灰关联评估使用较少的数据样本，对有限的数据进行处理，可以得出较为准确的腐蚀性。

[1][美]A.W.皮博迪.管线腐蚀控制[M].北京:化学工业出版社，2004：85-91.

[2]肖新平，宋中民，李峰.灰技术基础及其应用[M].北京：科学出版社，2005：248-257.

[3]Mandke J S.Corrosion causes most pipeline failures in Gulf of Mexico[J].Oil&Gas，1990，88（4）：40-44.

[4]Gary E.Congram.Continuous inspection needed to tame pipeline corrosion[J].Pipeline&Gas，1994，221（12）：30-34.

[5]刘思峰，党耀国，方志耕，等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2005：50-84.

Application of Gray Connection Mode in Evaluation of Soil Corrosiveness

WEI Yan-yan1，WU Ming2，ZHAO Ning2
（1.Shandong Zhenghe group，Shandong Dongying 257342，China；2.Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

The soil corrosiveness rank is closely related to the safe operation of underground pipeline，it is important to evaluate the soil corrosiveness accurately and scientifically.There are many factors to influence soil corrosiveness，so only the soil electrical resistivity to evaluate soil corrosiveness is not dependable.In this paper，grey connection pattern was used to evaluate the soil corrosiveness and obtain the grey connection coefficient and the grey connection degree.The results show that this method is scientific and advisable，and the grey connection pattern in soil corrosiveness evaluate system has good applicability.

Grey connection mode；Soil corrosiveness；Underground pipeline,Evaluation

TE 980.41

A

1671-0460（2010）05-0556-04

2010-03-12

魏艳艳（1983-），女，山东东营人，2010年毕业于辽宁石油大学油气储运专业，现从事石油化工方面的工作，公开发表论文3篇。E-mail：weiyan-1012@163.com。