D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.02.026 第23卷第2期 北京科技大学学报 Vol.23 No.2 2001年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2001 炼油设备腐蚀与防护管理规范化专家系统 付冬梅) 李晓刚)董超芳)李明) 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要本系统采用先进的神经网络理论和设备适应性评估技术实现对设备腐蚀状况的评 判，对评估不合格的腐蚀缺陷，并提供降低运行条件的具体建议.另外，系统给出了炼油设备腐 蚀类型的基本特性概述、腐蚀机理说明、各腐蚀类型易发生的部位说明以及影响这些腐蚀类型 的腐蚀速率的主要影响因素， 关键词专家系统；神经网络；腐蚀：数据库；炼油 分类号TG182 4 1软件总体设计结构 络元；(3)带发纹、鼓包和局部缺陷的F℉S评估推 理机；（④）带点蚀缺陷的FFS评估推理机.编制建 本系统依据现有的设备腐蚀档案、设备结 立在以上推理机上的专家系统，整个系统设置 构和参数以及设备生产状态参数数据库，即用 在Window'95下.除推理机外，知识库还包含与 Visual Foxpro3..0开发的“炼油厂设备腐蚀与防 以上分析相关的腐蚀术语、机理、影响因素分析 护管理的规范化单机版数据库”四建立该专家系 和防护措施等内容，为炼油厂现场工程师提供 统.系统主要由动态数据库、推理机（包括神经 与此相关的基本腐蚀知识. 元)和知识库3部分组成.动态数据库部分利用 1.2BP神经网络构造与训练过程 接口技术，从规范化管理数据库中动态提取与 本软件在高温硫腐蚀和环烷酸腐蚀预测中 腐蚀分析相关的字段，并将这些字段存放在本 使用了BP神经网络. 系统下的数据库中，该数据库动态从基础数据 (I)高温硫腐蚀.高温硫腐蚀主要与介质 库中提取数据并将分析结果也存入其中，这些 中的硫含量、介质温度、材质以及介质流速等有 数据又将为下一次分析所用. 关（其中介质流速与高温硫腐蚀的关系相对较 1.1推理机的建立 弱).而所关心的是介质的年腐蚀速率.经过反 推理机部分收集炼油厂有关腐蚀的理论研 复多次的实验与分析，最终我们设计的神经网 究成果和工程使用经验，将炼油厂的设备腐蚀 络是1个3层神经网络，其中有3个输人节点， 分为氯离子腐蚀、环烷酸腐蚀、S腐蚀和氢损伤 1个输出节点，5个隐层节点；初始权值设定为 以及其他腐蚀等基本腐蚀类型，以及建立在这 一组0.5的随机数值；训练数据是从已有的实 些类型上的复合腐蚀类型，对每一类型建立腐 验数据中采集到的300余组数据；算法采用改 蚀数据和条件之间的因果对应关系冈.由于氢损 进的BP反向误差传播算法；网络的训练是用 伤和复合类腐蚀数据积累少且系统复杂，在研 MATLAB语言编程实现的.将训练好BP神经 制该系统时，重点考虑盐腐蚀、环烷酸腐蚀和S 网络VB语言编程实现，并嵌入到VB应用程序 腐蚀.在现有的有关盐腐蚀、环烷酸腐蚀和$腐 中，从而实现BP神经网络的在线应用. 蚀的理论研究成果和工程使用经验的基础上， (②)环烷酸腐蚀.环烷酸腐蚀较高温硫腐蚀 编制建立这3类腐蚀因果关系上的推理机. 要复杂，环烷酸的年腐蚀速率主要与介质工作 椎理机由以下部分构成：(1)环烷酸腐蚀的 温度、腐蚀介质、酸值大小、介质流速等参数有 神经网络元；(2)高温硫和硫化氢腐蚀的神经网 关.经过反复多次的实验与分析，最终我们所设 收稿日期2000-08-28付冬梅女，37岁，副数授，硕士 计的神经网络是1个3层神经网络，其中有4个 *国家"973"计划资助项目(No.19990650) 输入节点，1个输出节点，5个隐层节点；初始权 *中国石化集团"九五"重点项目QNo.￡-9705) 值设定为一组05的随机数值；训练数据是从第 23 卷 第 2 期 2 00 1 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s e le . e e a n d eT c h n ol gy B iej ign Vb l . 筋 N 心 . 2 AP .r 20 0 1 炼油设备腐蚀与防护管理规范化专家系统 付冬梅 ” 李晓刚 ” 1)北京科技大学信息工程学 院 , 北京 10 0 83 董超芳 2 , 李 明 2 , 2) 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 00 8 3 摘 要 本系统采用先进的 神经网络理论和设备适 应性评估技 术实现对设备腐蚀状况 的评 判 , 对评估不合格的腐蚀缺陷 , 并提供降低运行条件的具体建议 . 另外 , 系统给 出了炼油设备腐 蚀类型的基本特性概述 、 腐蚀机理说明 、 各腐蚀 类型 易发 生的部位说明以及影响这些腐蚀类型 的腐蚀速率的主 要影 响因素 . 关健词 专家系统 ; 神经 网络 ; 腐蚀 ; 数据库 ; 炼油 分类 号 T G 182 1 软件总体设计结构 本系统依据现有 的设备腐蚀档案 、 设备结 构和参数 以及设备 生产状态参数数据库 , 即用 劝 su al F o x rP 0 3 .0 开发 的 “ 炼 油厂设备腐蚀与 防 护管理的规范化单机版数据库 ” `月建立该专家 系 统 . 系统 主要 由动态数据库 、 推理 机 ( 包括神经 元 )和知识库 3 部分组成 . 动态数据库部分利 用 接 口技术 , 从规范化管 理数据库 中动态提取 与 腐蚀分 析相关的字段 , 并 将这些字段存放在 本 系统下的数据库 中 , 该 数据库动态从基础数 据 库 中提取数据并将分析结果 也存人其中 , 这 些 数 据又将为下一次分 析所用 . L l 推理机的建立 推理机部分收集炼油厂有关腐蚀 的理论研 究成果和工程使用 经验 , 将炼油 厂的设备腐蚀 分为氯离子腐蚀 、 环烷酸腐蚀 、 S 腐蚀和 氢损伤 以及其他腐蚀等基 本腐蚀类型 , 以及建立在这 些类型上 的复合腐蚀类型 , 对 每一类型建立腐 蚀数据和条件之 间的因果对应关系 价〕 . 由于氢损 伤和复合类腐蚀 数据积累少且 系统 复杂 , 在研 制该 系统 时 , 重点考虑盐腐蚀 、 环烷酸腐蚀和 S 腐蚀 . 在现有 的有关盐腐蚀 、 环烷酸腐蚀 和 S腐 蚀 的理 论研究成果 和工程使用 经验 的基础 上 , 编制建 立这 3 类腐蚀 因果关系上 的推理机 . 推理机 由以 下部分构成 : ( l) 环烷 酸腐蚀的 神经网络元 ; (2) 高温硫 和硫化氢腐蚀 的神经 网 收稿 日期 2 0 0刁 8一8 付冬梅 女 , 37 岁 , 副教授 , 硕 士 * 国家 ” 9 73 ” 计划资助项 目( No . 19 9 06 5 0) * 中国石 化集团 ” 九五 ” 重点项 目 伽。 . 〔 - 9 7 0 5) 络元 ;(3 )带 发纹 、 鼓 包和局部缺 陷的 F F S 评估推 理机 ; (4 )带点蚀缺陷 的 FF S 评估 推理机 . 编制建 立 在以 上推理机 上的专家系统 , 整个 系统设置 在 W i n d o w , 95 下 . 除推理机 外 , 知识库还包含 与 以上分析相关的腐蚀术语 、 机理 、 影响 因素分析 和 防护措施等 内容 , 为炼 油厂现场工程 师提供 与此相关的基本腐蚀 知识 . 1 .2 B P 神经网络构造与训练过程 本软件在高温硫腐蚀和环烷酸腐蚀预测 中 使用 了 B P 神经 网络 . (1 ) 高温硫 腐蚀3’[,] . 高温硫腐蚀 主要与介质 中的硫含量 、 介质温度 、 材质以及介质 流速等有 关 (其中介质流速 与高温硫腐蚀 的关系相对较 弱 ) . 而所关心 的是介 质的年腐蚀 速率 . 经过反 复 多次的实验与分析 , 最终我们 设计的神 经网 络是 1 个 3 层神 经网络 , 其 中有 3 个输 人节点 , 1 个输 出节点 , 5 个 隐层节点 ; 初始权值设定 为 一组 .0 5 的随机数值 ; 训 练数据是从已有 的实 验数据 中采集 到的 3 0 余组数 据 ; 算法采 用改 进的 B P 反向误差传播算 法 ; 网络 的训练是用 M AI L A B 语 言编程实现 的 . 将 训练好 B P 神经 网络 V B 语 言编程实 现 , 并嵌 人到 V B 应用程序 中 , 从而实现 B P 神经 网络的在线应 用 . (2 )环烷酸腐蚀 . 环烷 酸腐蚀较高温硫腐蚀 要复杂 . 环烷酸 的年 腐蚀速率 主要 与介质工作 温度 、 腐蚀 介质 、 酸值大小 、 介质 流速等参数有 关 . 经过反复多次 的实验 与分析 , 最终我们所设 计 的神经 网络是 l 个 3 层神经 网络 , 其 中有 4 个 输人节点 , 1 个输 出节 点 , 5 个 隐层 节点 ;初 始权 值设定 为一组 .0 5 的 随机数值 ; 训练数据 是从 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 02. 026