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Acuren公司開發(fā)3D管道結(jié)構(gòu)掃描工具用于管道缺陷可靠性評(píng)價(jià)

隨著管道運(yùn)行年限逐年增長(zhǎng)，運(yùn)營商將面臨來自管道失效風(fēng)險(xiǎn)不斷增長(zhǎng)的管理壓力。缺陷的可靠性評(píng)估是降低管道失效風(fēng)險(xiǎn)的重要方法，其主要基于對(duì)管道缺陷的力學(xué)性能分析。

Acuren公司開發(fā)的3D管道結(jié)構(gòu)掃描工具，通過光學(xué)掃描對(duì)管道外表面腐蝕和凹陷等缺陷進(jìn)行掃描，能夠精確的捕獲管體缺陷的結(jié)構(gòu)特征，為接下來的力學(xué)性能評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，掃描數(shù)據(jù)還將錄入運(yùn)營商的管道可靠性數(shù)據(jù)庫中，為管道完整性管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

Acuren公司3D管道掃描工具分為手持激光型、結(jié)構(gòu)光掃描型和機(jī)械自動(dòng)激光型，如圖1所示。掃描儀通過扇形激光束對(duì)管道缺陷的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐行測(cè)量，并利用配套軟件分析腐蝕深度，修正管道圓周造成的誤差，得出管道焊縫、凹陷、波紋表面及對(duì)接錯(cuò)位的焊接點(diǎn)等異常位置精確的腐蝕情況3D繪圖。

圖1 手持型激光掃描儀（左）、結(jié)構(gòu)光型掃描儀（中），機(jī)械型激光掃描儀（右）

手持型掃描儀的掃描速度與分辨率設(shè)置有關(guān)，分辨率越高掃描速度越慢，掃描結(jié)果的數(shù)據(jù)量也越大，通過設(shè)置參照物可以實(shí)現(xiàn)不同掃描系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)對(duì)比。機(jī)械自動(dòng)型適用于大口徑管道上的大面積掃描，掃描儀通過馬達(dá)沿管壁自動(dòng)移動(dòng)，遇到管道正下方缺陷也無需操作人員躺在管道下面正對(duì)缺陷。結(jié)構(gòu)光掃描儀可在1秒內(nèi)對(duì)面積小于1m2的缺陷進(jìn)行快照式掃描，可通過數(shù)據(jù)拼接實(shí)現(xiàn)大面積掃描。

掃描精度方面，目前尚無國際或國家標(biāo)準(zhǔn)涉及到管道光學(xué)掃描。測(cè)量復(fù)現(xiàn)性是指同一對(duì)象通過不同的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量所得結(jié)果的一致性，是評(píng)價(jià)掃描儀標(biāo)準(zhǔn)性的重要指標(biāo)。通常，其他測(cè)量工具往往難以確定腐蝕的最深點(diǎn)，而對(duì)于光學(xué)掃描儀來說，掃描結(jié)果的差異，主要來自于對(duì)大面積缺陷相互作用的機(jī)理分析差異，而不是某一點(diǎn)處腐蝕的深度。

掃描儀制造商通用的長(zhǎng)度校準(zhǔn)件并不適用于管道的實(shí)際腐蝕表面，如果掃描結(jié)果的腐蝕深度不準(zhǔn)確，對(duì)于管道的最大操作壓力的確定會(huì)造成嚴(yán)重影響。因此，掃描儀測(cè)量精度的評(píng)估應(yīng)該基于自然腐蝕缺陷和人工制造缺陷的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合考慮。

通過借鑒工業(yè)上的通用做法，如果掃描儀的腐蝕深度測(cè)量結(jié)果與傳統(tǒng)手動(dòng)測(cè)量工具或者超聲波測(cè)量結(jié)果的差值小于0.1mm，說明掃描儀的測(cè)量精度非常高，如果差值大于0.25mm，需要分析測(cè)量差值產(chǎn)生的原因，以上標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)壁厚在9.5mm以上的管道，如果管壁小于9.5mm，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該更加嚴(yán)格。

實(shí)際測(cè)量結(jié)果測(cè)試方面，Acuren公司用四套掃描系統(tǒng)（手持型1代、手持型2代、機(jī)械自動(dòng)型和結(jié)構(gòu)光型）分別對(duì)腐蝕缺陷進(jìn)行三次掃描，測(cè)量結(jié)果的誤差如下：（1）手持型1代。誤差0.133mm，分辨率1.5mm；誤差0.041mm，分辨率1mm。（2）手持型2代。誤差0.017mm，分辨率1mm。（3）機(jī)械自動(dòng)型。誤差0.043mm。（4）結(jié)構(gòu)光型。0.150mm。

結(jié)果顯示，手持型2代的精確度最高，且較1代有很大改善，機(jī)械自動(dòng)型和手持型2代小面積缺陷掃描最快速，結(jié)構(gòu)光型的掃描精度偏低的原因，可能是由于快照曝光時(shí)的輕微移動(dòng)所致，建議條件允許的情況下可架設(shè)三腳架等固定設(shè)備。

祝愨智 編譯自《World Pipeline》2015年10月