一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统与流程

本发明属于电网材料应用
技术领域：
，涉及一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统。
背景技术：
：金属腐蚀是金属材料由于受到介质的作用而发生状态的改变、转变成新相，从而遭受破坏的现象。金属材料的腐蚀不仅使设备、设施和各种产品提前失效、寿命降低，导致维修成本增加，而且由于腐蚀产物生成、设备报废和各种次生事故，给人类和自然环境带来巨大的破坏。每年金属腐蚀都会直接或间接的造成重大经济损失。金属大气腐蚀是指其在服役过程中，与大气环境发生化学或电化学反应而失效的过程。相比其他类型的金属腐蚀，大气腐蚀是一种更加普遍的现象，无论是在室内还是室外，金属都会发生大气腐蚀。大部分金属都是在大气环境下存放和使用，金属因大气腐蚀造成的经济损失超过其他类型的总损失。现在大气污染对变电站金属材料的腐蚀导致的供电事故已经成为影响电网安全运行的一个重要问题。在电网资产管理中引入材料安全指数评估，健全必要的资产数据库，建立电网的材料安全评价体系，不仅可为变电站选址、为变电站金属材料的防护提供技术支持，以延长变电站金属部件的使用寿命，减少设备维护成本和检修工作量提供依据，为电网风险控制和设备管理策略提供重要信息，而且能够保证电力系统的整体可靠性，降低运维费用。目前，国内主要是针对大气环境对材料腐蚀的监测方法以及材料腐蚀寿命预测方法开展研究，尚未对材料腐蚀安全状况，材料腐蚀安全评估模型、解算方法等进行系统深入的研究，主要表现为大气环境腐蚀监测数据与材料腐蚀寿命之间，尚未建立统一的数据平台，缺乏支持材料腐蚀安全评估的模型以及相关软件。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统，其能够对材料腐蚀安全进行准确有效的评估，进而能够对材料的安全提供更加准确的分析和评价。为此，本发明采用如下的技术方案：一种大气环境对材料腐蚀安全评估方法，其包括：步骤101，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型；步骤102，针对大气环境对材料腐蚀的特点，设计材料安全的评估流程；步骤103，获取材料腐蚀数据，并且根据安全评估模型确定要进行评估的数据对象；步骤104，根据材料安全评估的需求选择评估指标；步骤105，结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则；步骤106，确定安全评估指标的权值，并赋予每个评估指标的期望值；步骤107，由每个评估指标的合格百分比计算出安全评分。本发明通过构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型并且设计材料安全的评估流程；然后进一步通过选定数据对象以及评估指标；在赋予不同权值的基础上能够实现对材料腐蚀的准确评估，基于上述过程具有标准的处理方式并且针对所选的材料腐蚀进行评估。进一步地，所述步骤101中，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法包括：利用环境因子法、暴露法和动态监测法对材料腐蚀进行监测，统一使用腐蚀速率表示材料腐蚀状况，通过数据归一标准化z-score标准化算法，确认大气环境对材料腐蚀安全评估基础数据。更进一步地，所述步骤101中，数据归一标准化z-score标准化算法为新数据＝(原数据-均值)/标准差。进一步地，所述步骤101中，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型的方法包括：通过断裂寿命、断裂时间法对腐蚀程度进行评定，计算被预测材料断裂寿命，应用灰色模型预测出腐蚀深度，计算出被预测材料的腐蚀速度，建立安全评估模型。更进一步地，计算被预测材料的腐蚀速度的方法为：腐蚀速度等于腐蚀深度除以测量时间，应用灰色模型预测出在不同的时间点腐蚀深度，通过计算进而得到不同时间点的腐蚀速度，v＝d/δt。更进一步地，所述构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型为p＝dp/dc，dp为材料预测的腐蚀深度，dc为被预测材料的最大允许腐蚀深度；dp采用灰色模型gm(1,1)求得，dc采用预测材料断裂寿命算法求得，计算函数表达式如式：式中，σc为被预测材料设计极限载荷，h为被预测材料原始厚度，kiscc为被预测材料应力腐蚀断裂韧性。给定σc、h和kiscc，即可通过解三角函数的方程，得到dc的值。进一步地，步骤105中，结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则，借鉴中国国家现行标准《钢制管道管体腐蚀损伤评价方法》sy/t6151的规定，将管壁腐蚀程度划分为轻度、中度、重度、严重、穿孔五种状态，对材料腐蚀也建立相应的安全评估原则：轻度，最大腐蚀深度<10％壁厚；中度，最大腐蚀深度为10-30％壁厚；重度，最大腐蚀深度为30-50％壁厚；严重，最大腐蚀深度为50-80％壁厚；穿孔，最大腐蚀深度>80％壁厚。进一步地，所述步骤106中，利用层次分析法对各安全评估指标赋予权重。层次分析法是美国运筹学家萨蒂教授提出的一种层次权重决策分析方法。此方法将定性和定量分析结合起来，计算每项评估指标的权重值。更进一步地，所述层次分析法：使用比率标度方法构建判断矩阵，通过数据归一化计算得到每个评估指标的权重，检验判断矩阵的一致性。进一步地，步骤103中，获取材料腐蚀数据的过程还包括查找并且排除数据中的异常点。本发明采用的另一种技术方案为：一种大气环境对材料腐蚀安全评估系统，其包括：模型构建模块，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型；流程设计模块，针对大气环境对材料腐蚀的特点，设计材料安全的评估流程；数据处理模块，获取材料腐蚀数据，并且根据安全评估模型确定要进行评估的数据对象；评估指标模块，根据材料安全评估的需求选择评估指标；参数设置模块，结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则，确定安全评估指标的权值，并赋予每个评估指标的期望值；计算评估模块，由每个评估指标的合格百分比计算出安全评分。本发明具有的有益技术效果如下：本发明所述大气环境对材料腐蚀安全评估方法及系统能够对大气环境下的材料安全进行准确有效的评估，进而能够对材料的安全提供更加准确的分析。附图说明图1为本发明提供的大气环境对材料腐蚀安全评估方法一个实施例的流程图；图2为本发明提供的大气环境对材料腐蚀安全评估系统一个实施例的结构图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。参照图1所示，为本发明提供的大气环境对材料腐蚀安全评估方法一个实施例的流程图。所述大气环境对材料腐蚀安全评估方法包括：步骤101，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型；步骤102，针对大气环境对材料腐蚀的特点，设计材料安全的评估流程；步骤103，获取材料腐蚀数据，并且根据安全评估模型确定要进行评估的数据对象；步骤104，根据材料安全评估的需求选择评估指标；步骤105，结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则，步骤106，确定安全评估指标的权值，并赋予每个评估指标的期望值；步骤107，由每个评估指标的合格百分比计算出安全评分。所述步骤101中，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法包括：利用环境因子法、暴露法和动态监测法对材料腐蚀进行监测，统一使用腐蚀速率表示材料腐蚀状况，通过数据归一标准化z-score标准化算法，确认大气环境对材料腐蚀安全评估基础数据。数据归一标准化z-score标准化算法为新数据＝(原数据-均值)/标准差。构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型的方法包括：通过断裂寿命、断裂时间法对腐蚀程度进行评定，计算被预测材料断裂寿命，应用灰色模型预测出腐蚀深度，计算出被预测材料的腐蚀速度，建立安全评估模型。腐蚀速度等于腐蚀深度除以测量时间。应用灰色模型预测出在不同的时间点腐蚀深度，通过计算进而得到不同时间点的腐蚀速度，灰色模型可以通过少量的数据，建立数学模型并且做出预测。选用一阶微分方程模型gm(1,1)，因为gm(1,1)能较好的表达单调递增的变化过程。后验差检验法可以对gm(1,1)模型的精度进行检验。精度检验等级参考表如下。精度等级小误差概率后验差比值优>0.95c<＝0.35良>0.80.35<c<＝0.5合格>0.70.5<c<＝0.65不合格<＝0.70.65<c后验差比值c定义为残差的标准差与原始数据标准差之比。后验差比值越小代表预测精度越高。给定一组5年的腐蚀速率的数据，灰色模型可以计算出后验差比和预测值dp。考虑到腐蚀深度逐年递增的特性，很适合灰色模型，其后验差比值小于0.35，精度等级处于优。以下列实际检测的腐蚀数据为例。其中，原始数据标准差s1＝0.707865，残差数据标准差s2＝0.045738，则c＝s2/s1＝0.065<0.35,处于优的等级。建立安全评估模型p＝dp/dc，dp为材料预测的腐蚀深度，dc为被预测材料的最大允许腐蚀深度；dp采用灰色模型gm(1,1)求得，dc采用预测材料断裂寿命算法求得，计算函数表达式如式：式中，σc为被预测材料设计极限载荷，h为被预测材料原始厚度，kiscc为被预测材料应力腐蚀断裂韧性。给定σc、h和kiscc，即可通过解三角函数的方程，得到dc的值。借鉴国家现行标准《钢制管道管体腐蚀损伤评价方法》sy/t6151的规定，将管壁腐蚀程度划分为轻、中、重、严重、穿孔五种状况，对材料腐蚀也建立相应的安全评估原则。状态最大腐蚀深度轻度<10％壁厚中度10％-30％壁厚重度30％-50％壁厚严重50％-80％壁厚穿孔>80％壁厚对一个壁厚为3mm的设备来说，将每年的腐蚀深度累加：从上面的数据中，可以看到从第一年到第五年，最大的腐蚀深度<10％壁厚，属于轻度腐蚀的状态，但是从第六年起，最大腐蚀深度>10％,开始进入中度腐蚀的状态。可以推算出来，到第15年的时候，会到达重度腐蚀的状态。在本发明一些可选的实施例中，所述步骤106中，利用层次分析法对各安全评估指标赋予权重：使用比率标度方法构建判断矩阵；通过数据归一化计算得到每个评估指标的权重；检验判断矩阵的一致性。在本发明一些可选的实施例中，准则包括正确性、完整性、准确性、有效性。更具体的，正确性描述材料腐蚀数据是否符合客观事实，材料腐蚀数据采集、传输及存储等过程中是否发生错误；完整性描述材料腐蚀数据是否存在缺失记录；一致性描述材料腐蚀数据计算单位是否一致；准确性描述材料腐蚀数据的精度是否符合要求；有效性描述材料腐蚀数据数值大小是否有效。进一步，完整性评估：大气环境对材料腐蚀的数据监测方法分为暴露法、环境因子法以及动态监测法；在使用这些监测方法过程中会出现信息遗漏、丢失或无法获取等原因而造成数据缺失。数据缺失不仅会造成游泳信息的丢失、增加数据集的不稳定型，甚至可能会影响决策分析结果。目前，缺失数据的检测有多种方法，如spss缺失值分析模块等具有较高的准确性。准确性评估：大气环境对材料腐蚀的数据统一使用腐蚀速率作为数据计量单位，通过不同的大气环境对材料腐蚀监测方法，对监测数据进行归一化算法，对数据进行准确性评估。有效性评估：包括数值有效性。数值有效性通常分析的是数据大小是否在某个值域范围内。在本申请一些可选的实施例中，所述获取材料腐蚀数据的过程还包括：查找并且排除数据中的异常点。具体方法为：当大气环境突变，潮湿或雨天等环境时，材料腐蚀数据进行突变，进行回归分析，建立回归方程，利用回归方程对突变数据进行预测，并根据预测值与实际之间的偏离的来定位异常点。由上述实施例可知，本发明所述大气环境对材料腐蚀安全评估方法，通过构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型并且设计材料安全的评估流程；然后进一步通过选定数据对象以及评估指标；在赋予不同权值的基础上能够实现对材料腐蚀的准确评估，基于上述过程具有标准的处理方式并且针对所选的材料腐蚀进行评估。因此，本发明所述大气环境对材料腐蚀安全评估方法能够对大气环境下的材料安全进行准确有效的评估，进而能够对材料的安全提供更加准确的分析。参照图2所示，为发明提供的大气环境对材料腐蚀安全评估系统一个实施例的结构图。所述大气环境对材料腐蚀安全评估系统包括：模型构建模块，基于大气环境对材料腐蚀的检测方法，构建大气环境对材料腐蚀的安全评估模型；流程设计模块，针对针对大气环境对材料腐蚀的特点，设计材料安全的评估流程；数据处理模块，获取材料腐蚀数据，并且根据安全评估模型确定要进行评估的数据对象；评估指标模块，根据材料安全评估的需求选择评估指标；参数设置模块，结合材料腐蚀寿命预测方法设计相应的评估规则，确定安全评估指标的权值，并赋予每个评估指标的期望值；计算评估模块，由每个评估指标的合格百分比计算出安全评估频分。该评估系统具有与评估方法同样的效果，此处不再重复描述。当前第1页12