埋地钢质管线腐蚀与防护地理信息系统CPGIS

1埋地钢质管线腐蚀与防护地理信息系统CPGIS林守江解晓飞天津市嘉信技术工程公司，天津300204摘要埋地钢质管线腐蚀防护是城镇燃气、石油化工行业工作中的重要内容。天津嘉信在总结多年推广管道检测设备及腐蚀与防护综合评价技术应用的经验的基础上，开发出了埋地钢质管道腐蚀与防护综合评价技术及专业地理信息系统CPGIS，为用户提供了腐蚀与防护管理的工作模式及管理手段。一、引言近年来广泛应用的综合管理地理信息系统，是集计算机科学、测绘科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学于一体的综合管理信息平台，应用的是以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与地理分布有关的数据的综合性技术。把埋地管线的空间位置以及有关的属性信息存入地理数据库中，建立起相互联系，提供查询和分析功能，并以多种方式表达出来，是GIS技术的核心。管线地理信息系统作为地理信息系统的一个重要分支已被视为是当代城市建设中一项重要的基础设施。管线地理信息系统是将反映城市现状、规划、变迁的各类空间数据(地形、地貌、建筑、道路、管线等)以及描述这些空间特征的属性数据通过计算机进行输入、存贮、查询、统计、分析、输出的一门综合性空间信息系统。它具有能把城市各类信息置于其客观的空间分布中进行管理和综合分析的能力，十分符合城市信息的多尺度、大空间的管理特点，与基于统计分析的传统管理型信息系统相比，具有更大的优越性。同时，由于它采用了计算机网络、数据库管理、图形图像学、多媒体技术等最新科技成果，能共享多部门之间的数据，对多时态的空间信息能做出生动、直观的描述，并能运用各种数学手段进行辅助决策，把处理结果迅速地以图、文、表、声、像一体化的形式提供给用户。因此，城市地理信息系统已成为城市建设、规划和管理迈入现代化行列的一个标志。近年来，埋地管道的检测技术有了长足的进步，为及时、便捷地了解在役管道的腐蚀与防护现状提供了可能的技术手段。然而，由于管线检测的技术设备多种多样，检测单位耗费大量人力物力，得到的检测结果往往只能说明某一方面的问题，缺乏总体性和可比性，要解决生产中的实际问题必须将各方面检测数据和运行记录，结合工作中的实际经验进行综合分析和总体评价，才能得出准确合理的评价结果，进而采取相应对策。在实际工作中，受管理人员的水平和工作条件的局限，未能做到科学决策，往往流于粗放式管理；同时，由于当前很多业主单位管理理念，技术手段的落后，付出巨大代价而得到的管线数据因缺乏合理的存储手段而未能发挥应有的作用。因此，各类管线单位迫切需要一种面向城市燃气、市政工程、油田、输油公司、石油化工等领域，覆盖工程规划、设计、生产管理等各阶段，具有地理信息系统的一般功能，且可以实现特定管理功能、进行腐蚀现状及保护效果评价、安全风险评估、辅助决策支持系统等多方面功能的综合空间地理信息系统。2二．CPGIS系统概述天津嘉信技术工程公司多年来利用英国雷迪管线电流测绘仪及嘉信公司的GDFFW防腐数据处理系统，进行了大量的埋地管线外防腐层检测技术的研究，结合相关的行业标准开发了埋地管线腐蚀与防护综合评价技术，并在此基础上开发了埋地管线腐蚀与防护信息系统（CPGIS），力图为强化相关行业的工程建设、生产运行管理、安全管理，为管线的科学化、规范化、制度化、信息化的管理提供重要技术手段。CPGIS系统是利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据,结合现有的GIS数据库，将管线的管体腐蚀损伤、防腐层状况、土壤腐蚀性、电保护设施等基础资料及检测数据建立管线腐蚀与防护数据库，在对管线的基础数据、动态数据进行分析处理、综合，按相应数学模型对管线现状进行综合评价，对防腐层趋势进行预测。使管理的信息共享，以相应的数学模型为主导，做到防检结合，以防为主，贯穿管线的施工、运行、维护、大修等多个环节，为管线管理提供决策性的技术支持。CPGIS系统开发的目标是：根据行业标准SY/T0087-95《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准》及CJJ95-2003《城镇燃气埋地管道腐蚀控制技术规程》，采用规范中现场调查仪器及埋地管线防腐检测系统，按项目规定范围对地下管网进行现场调查；对检测数据进行归纳、整理、建立相应的评估及管理数学模型，实现埋地管线腐蚀及防护设施的动态管理、现状科学评估及维护预测。CPGIS系统已经获得国家版权局的软件注册权证书，天津市软件产品证书，在大庆油田、中原油田、新疆油田等单位应用，取得了良好的应用效果。三．CPGIS系统功能1.数据库系统结构CPGIS系统的数据库中数据可分为基础数据（一般不随时间更新）、设施运行数据（需要定期采集数据、更新）、环境数据（不更新或不定期更新）、评价数据（由系统提供的功能自动更新）。按功能分为四个模块，腐蚀与防护地理信息数据库的结构如下图所示：2.系统的功能腐蚀与防护软件系统除了具有一般GIS系统的基础数据、空间信息、图形、图像等通用管油燃气自来水污水管线系统空间信息基础库基础数据运行数据环境数据评价数据腐蚀与防护数据库3理功能之外，还提供专业管线腐蚀与防护的分析评价功能：土壤腐蚀性评价如土壤pH值、电阻率、氧化还原电位、含水率、微生物、含盐量等在管线分布范围内的状况图及数据表。自然电位分布，保护状况评价管线沿线上的自然电位分布带状图，阴极保护、牺牲阳极保护状况分布带状图．以及阴极保护效果评价。管体腐蚀评价根据规范，按流程进行各种计算，按管线生命期模型划分管体腐蚀损伤的程度，并生成不同管体腐蚀损伤级别在管线上的分布图。4防腐层状况评价根据规范按仪器的外业检测数据结果，划分防腐层完好状态的级别，并得出不同级别的管线分布。管线安全性评估和运行风险分析根据管线运行年限、防腐层绝缘电阻值、土壤腐蚀级别、防腐层类别、管体状况等检测数据及历史数据、趋势预测数学模型对管线进行安全性评估和运行风险评价分析。数据综合评价处理功能管线的运行状况及防腐层状况按照相关行业标准以及公司自行研发的相应成果中提出的评价算法及指标分别进行单项评价和综合评价。对管线腐蚀调查记录进行极值统计分析并进行安全状况的评估。5对有阴极保护系统的管线绘出管线敷设土壤自然电位和保护电位曲线图，并根据综合评价功能要求绘出沿管线的土壤腐蚀性、自然电位状况、防腐层绝缘电阻等级、阴极保护状况等级四项指标状况的带状图及区域分布图，输出管道腐蚀及防护状况的综合评价报告。四．CPGIS系统的实现与特点实现语言及开发技术:CPGIS系统是以WindowsNT作为网络操作环境，Client/Server的工作方式，以美国MapInfo公司MapInfo作为应用平台，进而拓展到美国INTERGRAPH公司的GeoMediaProfessional等其他GIS平台；数据库管理系统支持ACCESS，ORACLE以及应用平台自身的数据库管理系统等。采用Microstation的开发语言(MDL)、VB、VC++等编程语言进行开发，实现在WIN2kServer/Professional微机网络环境下的地理信息系统开发，使GIS的工程解决方案得以完善和扩展。应用开发采用OLE/COM编程技术，组件结构，关系型数据库管理模型，用户友好的图形界面，下拉式菜单，事件驱动的操作方式。腐蚀与防护地理信息系统灵活的模块式结构会适应不同用户的网络环境。6CPGIS具有以下特点：1．友好的用户界面CPGIS的界面设计采用流行的Win9X风格，大量使用各种类型的对话框和图标，使软件有良好的可用性。由于管线的各种参数均在数据字典中列出，因此用户输入数据多数情况下只用鼠标选择即可完成。2．模块化结构CPGIS系统设计遵循软件工程原则，模块清晰、功能完备、并预留接口，使系统易于升级，方便优化。3．充分利用数据资源，实现资源共享CPGIS中多种数据资源通过OLE可以为其它软件调用，同样通过OLE它可以调用其它软件的数据。下图展示了CPGIS调用GDFFW检测和分析结果：CPGIS与GDFFW共享检测数据，图中显示所选择管线的检测分析结果4．完善的检索查询功能CPGIS设有许多图、表相互查询的功能模块，既可单管线查询，也可多管线或区域查询，也可多库组合查询。a.管线属性查询:从图可查询管线属性,也可从管线属性查询图形,实现双向查询.7b.从土壌分布图可查询厂区任一点或任一管线的土壌腐蚀性分布.c.查询全厂已检测管线的防腐层状况.d.查询一条管线的防腐层状况.e.查询所选管线的自然电位,保护电位的分段分布状况.f.综合分析管线的绝缘层电阻,自然电位,保护电位及土壌腐蚀性的分段分布状况.五．综合评价技术1.综合检测的内容规范中规定：埋地管道腐蚀与防护调查范围分为：全线普查、重点调查以及日常调查三类。其中全线普查涉及到检测的范围最为广泛，应用的仪器最多，进而要求检测人员的技术也最为全面。而重点调查是在普查的基础上加深、细化、和扩展。此外，近年来随着管道安全评价技术的发展，很多单位开展了重要管道的安全评价工作，进行的检测则更具针对性。一般进行全线的综合检测应包含以下内容：土壤环境的检测：土壤电阻率的测定、氧化还原电位(细菌腐蚀)的测定、管地电位测定、土壤及水的pH值测定、土壤含盐量的测定、直流杂散电流干扰的测定；外防腐层检测：绝缘电阻率的测定、破损点的精确定位、防腐层机械性能的测定；管体的检测：腐蚀损伤状况及穿孔点的检测、材料机械损伤及缺陷、平均减薄测量；保护状况的调查：保护电位的测量、运行状况调查、牺牲阳极电流的检测；介质腐蚀性的测量：通过对输送介质成分的分析，确定对管道的腐蚀危害程度。2．综合评价方法腐蚀与防护综合评价技术是将多个检测项目，多种检测方法的检测数据加以综合、规范、分析得出一个有针对性地评价结果的方法。现有的规范多采用腐蚀势态图的方法，该方法具有直观，简便的优点，但未能对整个管道得出一个可以量化、可以对比的结论，有一定的局限性。通过建立综合评价模型，利用计算机技术，可以得出一个量化的评价指标。专家评分方法是综合评价模型中较为典型的方法，也是应用最广泛的方法。其原理是以不同项目构成的影响程度指标为基础为每一个参加评价的项目分配权重值，然后按项目的评价级别得出等级因子进行组合，从而形成一个量化的综合技术评价指标。下表给出综合评分的计算方法。权重项目因子1因子2因子3因子4因子4综合评分项目因子土壤腐蚀等级12345项目权重介质运行状况条件12345项目权重防腐层状况等级12345项目权重保护状况等级12345项目权重管体腐蚀等级12345项目权重专家评分法的关键是各项目因素权重的确定，不同的国家和不同的地域及环境条件，对管道的同一因素有着不同的权重。专家的水平也会较大地影响分析的准确性，专家的影响可通过对专家的权威性确定一个权重值来修正最后的评价值。由于管道沿线所处的各种条件不同，整条管线各段的风险程度差异很大，需要进行分段处理。分段越细，结果越精确，但成本也随之增加。评价者在进行分段时，要综合考虑评价结果的精确度与数据采集的成本。分段数过少，虽然减少了数据采集的成本，但同时也降低了评价结果的精确度；分段数过多，提高了各管段的评价精度，但会导致数据采集、处理和维护等成8本的增加。最佳的分段原则是在管道上有重要变化处插入分段点，一般应根据几类环境状况变化的优先级来确定管道分段的插入点。六、结语埋地管线的管理是一个极为庞杂的系统工程，作好这项工作具有十分可观的社会、经济效益；对管理者来说，不但要有极强的责任心，还要有较高的技术条件，开发埋地管线腐蚀与防护信息系统是为企业提供现代化的管理工具的一种有意的尝试。此外，企业领导的重视及支持则是这项工作成败的关键。因此，为提高我国的埋地管道的管理水平提出如下建议：1．尽快改变重建设轻管理的工作思路长期以来，企业中一直存在着对管线重建设轻管理的情况，这不仅使我国的埋地管道使用寿命普遍低于国外；管道建设、使用、维护等环节也存在着巨大的浪费；提高管理水平是相关行业技术进步的当务之急，提高企业效益的必由之路。2．提高管道施工的质量，加强质量监督优质的工程会给管线使用及维护提供良好的基础。提高管道施工的