基于CART的长输管道腐蚀速率计算方法_闻亚星.pdf

应用技术D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 1 2基于C A R T的长输管道腐蚀速率计算方法闻亚星1,韩 彬1,王 锋2,陈金忠1,马义来1(1.中国特种设备检测研究院,北京 1 0 0 0 1 3;2.中特检管道工程(北京)有限公司,北京 1 0 0 0 2 9)摘 要:管道腐蚀速率评估是管道完整性管理的重要部分,为了得到比较准确的管道腐蚀速率,利用连续两轮内检测(I L I)的数据计算管道局部腐蚀速率,以局部腐蚀速率为依据,采用分类与回归树(C A R T)将管道划分为若干管段,通过对管段腐蚀速率的评估,建立管道腐蚀速率计算模型,并结合工程实例,比较分析了局部腐蚀速率、管段最大腐蚀速率、管线最大腐蚀速率对制定维修计划的影响。结果表明:该模型确定了腐蚀最严重的管段为1、6、1 2、2 5、3 8号管段,便于业主对这些管段进行重点监测和维护,并检查相关防腐蚀设施的有效性;基于C A R T管道划分的管段最大腐蚀速率方法最适用于作为管道评估腐蚀速率,该方法在确保管道安全的前提下,既能很好地表征各管段的腐蚀速率,又能防止管道的过度维修。关键词:分类与回归树(C A R T);腐蚀速率;管段划分;内检测(I L I)中图分类号:T E 9 8 8 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 7 8-0 5C a l c u l a t i o n M e t h o d o f C o r r o s i o n R a t e o f L o n g D i s t a n c e P i p e l i n e B a s e d o n C A R TWE N Y a x i n g1,HAN B i n g1,WANG F e n g2,CHE N J i n z h o n g1,MA Y i l a i1(1.C h i n a S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t i o n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a;2.S p e c i a l I n s p e c t i o n P i p e l i n e E n g i n e e r i n g(B e i j i n g)C o.,L t d.,B e i j i n g 1 0 0 0 2 9,C h i n a)A b s t r a c t:E v a l u a t i o n o f p i p e l i n e c o r r o s i o n r a t e i s a n i m p o r t a n t p a r t o f p i p e l i n e i n t e g r i t y m a n a g e m e n t.I n o r d e r t o o b t a i n a m o r e a c c u r a t e c o r r o s i o n r a t e o f p i p e l i n e s,t h e l o c a l c o r r o s i o n r a t e o f p i p e l i n e w a s c a l c u l a t e d b y u s i n g t h e d a t a o f t w o c o n s e c u t i v e r o u n d s o f i n l i n e i n s p e c t i o n(I L I).B a s e d o n t h e l o c a l c o r r o s i o n r a t e,t h e p i p e l i n e w a s d i v i d e d i n t o s e v e r a l s e c t i o n s b y c l a s s i f i c a t i o n a n d r e g r e s s i o n t r e e(C A R T),a n d t h e c a l c u l a t i o n m o d e l o f p i p e l i n e c o r r o s i o n r a t e w a s e s t a b l i s h e d b y e v a l u a t i n g t h e c o r r o s i o n r a t e o f p i p e l i n e s e c t i o n s.C o m b i n e d w i t h a n e n g i n e e r i n g e x a m p l e,t h e i n f l u e n c e o f l o c a l c o r r o s i o n r a t e,m a x i m u m c o r r o s i o n r a t e o f p i p e l i n e s e c t i o n s a n d m a x i m u m c o r r o s i o n r a t e o f p i p e l i n e o n m a k i n g m a i n t e n a n c e p l a n w a s c o m p a r e d a n d a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e m o d e l d e t e r m i n e d t h e m o s t s e r i o u s c o r r o s i o n p i p e s e c t i o n s a s N o.1,N o.6,N o.1 2,N o.2 5,N o.3 8,w h i c h w a s c o n v e n i e n t f o r t h e o w n e r t o m o n i t o r a n d m a i n t a i n t h e s e p i p e s e c t i o n s a n d c h e c k t h e e f f e c t i v e n e s s o f r e l e v a n t a n t i-c o r r o s i o n f a c i l i t i e s.T h e m a x i m u m c o r r o s i o n r a t e m e t h o d b a s e d o n C A R T p i p e l i n e d i v i s i o n w a s m o s t s u i t a b l e f o r p i p e l i n e e v a l u a t i n g c o r r o s i o n r a t e.T h i s m e t h o d c o u l d n o t o n l y w e l l c h a r a c t e r i z e t h e c o r r o s i o n r a t e o f e a c h p i p e l i n e,b u t a l s o p r e v e n t e d t h e e x c e s s i v e m a i n t e n a n c e o f p i p e l i n e o n t h e p r e m i s e o f e n s u r i n g t h e s a f e t y o f p i p e l i n e.K e y w o r d s:c l a s s i f i c a t i o n a n d r e g r e s s i o n t r e e(C A R T);c o r r o s i o n r a t e;p i p e s e g m e n t d i v i s i o n;i n l i n e i n s p e c t i o n(I L I)随着经济的快速发展,我国对油气资源的需求量越来越大,管道作为油气资源输送的主要工具,总里程1-2已达到1 3.61 04 k m,如何保障管道安全成为政府及油气管道企业关注的重要问题。目前,收稿日期:2 0 2 1-0 1-0 7基金项目:国家重点研发计划(2 0 1 8 Y F F-0 2 1 5 0 0 0);国家市场监管局科技计划(2 0 2 0 MK 1 7 7)通信作者:韩 彬(1 9 8 6-),工程师,硕士,主要从事管道检验与评价相关工作,1 8 6 1 2 9 2 9 2 7 9,h a n b i n 0 5 7 11 6 3.c o m管道检测是管道完整性管理的重要技术手段,常用的管道检测方式包括管道外部检测及管道在线内检测(I L I)。腐蚀增长速率是确定管道检验周期、制定维修计划、进行完整性管理的重要依据,科学准确地计算管道腐蚀增长速率是保证管道安全运行、防止过度维修、节约企业资金和人员成本的关键。针对管道腐蚀速率的预测方法有很多3-5,如试验法(实验室挂片法、土壤埋地法等)、单值腐蚀速率模型、线性腐87第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2蚀增长率模型、非线性腐蚀增长率模型、蒙特卡洛方法、马尔可夫模型、T D-G E V D和T I-G E V D模型、伽玛过程和BMWD模型等。通常在同一地理环境中的管道腐蚀情况具有相似性,因此本工作利用分类与回归树(C A R T)算法,将管道划分为若干管段,将具有相似腐蚀特性的管道沿里程划分为一个管段,然后用每个管段的最大腐蚀速率表征该管段的腐蚀速率,计算得到的腐蚀速率不仅具有统计意义,而且能反映管道的区段腐蚀情况,同时确保评估腐蚀速率的保守性。1 分类与回归树模型C A R T类似于流程图的树结构,其中内部节点表示对属性变量的测试6-8。每个分支代表测试的结果,叶节点(或终端节点)代表以目标变量为特征的组。通常,决策树有两种类型:分类树和回归树,是一种广泛应用于分类和决策的算法,其内部是一种二叉树结构,在每个节点利用最优划分依据将数据划分成两个不同的子集,通过不断迭代,将数据划分至更均匀的子集中,直至满足停止条件。本工作结合长输管道沿里程腐蚀速率变化与C A R T回归树特点,实现对管段的划分并建立腐蚀速率计算模型。1.1 构造C A R T回归树模型C A R T回归树9对输入空间的划分采用一种启发式的方法,会遍历所有输入变量,找到最优的切分变量j和最优的切分点s,即选择第j个特征向量x(j)和他的取值s,将输入空间划分为两部分,然后重复这个操作。而如何找到最优的j和s是通过比较不同的划分误差来得到的。一个输入空间的划分误差是用真实值和划分区域的计算值的最小二乘来衡量,通过式(1)计算得到的。xiRmyi-f(xi)2(1)式中:f(xi)是每个划分单元的计算值,这个计算值是该单元内每个样本点计算值的均值,由式(2)计算得出。f(xi)=cm=a v e(yi|xiRm)(2)生成最小二乘回归树的方法如下,在训练数据集所在的输入空间中,递归地将每个区域划分为两个子区域,并决定每个子区域的输出值,构建二叉决策树。(1)选择最优切分变量j与切分点s,求解变量j,对固定的切分变量j扫描切分点s,选择使式(3)取得最小值的(j,s)对。m i nj,sm i nc1xiRi(j,s)(yi-c1)2+m i nc2