呂 浩,謝柳輝,侯冀川,楊中志
(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院,廣東 東莞 523120)
2019年3月,我單位對(duì)某石化有限公司某煉油部420萬(wàn)噸/年延遲焦化裝置共1129條約30.19 km壓力管道進(jìn)行基于RBI的定期檢驗(yàn)。這些壓力管道的直徑涵蓋?97、?102、?154、?205、?257、?297、?320、?478、?586、?734、?886、?1176等二十多種不同規(guī)格。在檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)許多條管道實(shí)際直徑與資料有出入,需要對(duì)這二十多種不同直徑規(guī)格的壓力管道一一測(cè)量核實(shí),才能準(zhǔn)確確定檢驗(yàn)對(duì)象及檢驗(yàn)方案。
對(duì)壓力管道直徑的測(cè)量有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法,直接測(cè)量法一般適用于中小尺寸(<500 mm)管道直徑的測(cè)量,間接測(cè)量法一般用于大尺寸(≥500 mm)管道直徑的測(cè)量[1]。直接測(cè)量方法主要有大型千分尺法、п尺法、圍線法等[2],大型千分尺法和п尺法因測(cè)量?jī)x器較大,不便攜帶,不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。圍線法測(cè)量精度受拉緊力影響較大,且對(duì)大尺寸直徑測(cè)量不便操作,也不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。有些管道因操作空間限制,沒(méi)有完整的兩直徑測(cè)量點(diǎn)供大型千分尺法和п尺法進(jìn)行測(cè)量,圍線法也無(wú)法繞管道一周進(jìn)行測(cè)量[3]。間接測(cè)量法主要有弓高弦長(zhǎng)法、激光相切法[4]。激光相切法量具造價(jià)高且便攜性差,不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[5]。
針對(duì)檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)壓力管道具有直徑大,部分管道測(cè)量空間受限,數(shù)量大的特點(diǎn)。本文提供一種基于弓高弦長(zhǎng)法的壓力管道直徑測(cè)量的便攜儀器及方法,可以實(shí)現(xiàn)大尺寸管道直徑、測(cè)量空間受限管道直徑的便捷測(cè)量。
圖1 測(cè)量原理示意圖
測(cè)量原理如圖1所示,圓ABC為以點(diǎn)O為圓心2R為直徑的管道圓周示意,PA=PB=L,AD=DB=L1/2,OD=OC-CD=R-h,∠APO=θ?!鰽DO和△ODB為直角三角形,根據(jù)勾股定理可得關(guān)系式:OB2=OD2+DB2。
帶入并整理關(guān)系式可得:
直徑D=2R=h+(L12)/(4h)=h+(LSinθ)2/h
由上列關(guān)系式可知,通過(guò)測(cè)量h和θ值,便可間接計(jì)算出直徑值D。下面介紹一種可測(cè)量h和θ值,并顯示出直徑D值的測(cè)量工具及測(cè)量方法。
圖2 總體結(jié)構(gòu)
測(cè)量尺主要由主尺(1)、位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)(2)、游標(biāo)尺(3)、緊固件(4)、角度傳感器數(shù)顯系統(tǒng)(5)、滑動(dòng)件(6)和副尺(7)七部分組成,總體結(jié)構(gòu)如圖2。主尺和副尺通過(guò)緊固件相鉸接,主、副尺尺尖到鉸接中心點(diǎn)的長(zhǎng)度相等,設(shè)定為L(zhǎng),零刻度值位于主尺尺尖處。主、副尺均設(shè)計(jì)有凹槽導(dǎo)軌,位移傳感器系統(tǒng)和滑動(dòng)件通過(guò)凹槽分別與主尺和副尺連接,且可以沿著凹槽導(dǎo)軌滑動(dòng)。角度傳感器固定在副尺上,可隨著副尺通過(guò)鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。游標(biāo)尺通過(guò)位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)上的緊固螺栓與位移傳感器系統(tǒng)連接并隨其運(yùn)動(dòng)。
圖3 位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)
位移傳感器系統(tǒng)主要由緊固件、數(shù)顯屏、功能鍵、定位孔、滑動(dòng)裝置、微計(jì)算器組成,結(jié)構(gòu)如圖3所示。位移傳感器系統(tǒng)設(shè)置了編號(hào)從0至6的七個(gè)定位孔,0至5編號(hào)的定位孔中心連線平行于主尺,0號(hào)和6號(hào)定位孔的中心連線垂直于主尺,其位置關(guān)系為∠061=10°,∠062=20°,∠063=30°,∠064=40°,∠065=50°,定位孔的作用是調(diào)節(jié)游標(biāo)尺的位置,使游標(biāo)尺與主尺的夾角呈10°、20°、30°、40°、50°,通過(guò)定位孔的設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)尺尖的刻度,從而實(shí)現(xiàn)不同管道直徑弦長(zhǎng)的測(cè)量。位移傳感器系統(tǒng)還設(shè)置了“ON/OFF”“0”“D”“H1-5”四個(gè)功能鍵,“ON/OFF”功能鍵的作用是控制位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的開(kāi)/關(guān),“0”功能鍵的作用是清零,“D1-5”鍵的作用是循環(huán)顯示游標(biāo)尺分別定位在1~5定位孔時(shí)的直徑值,“H1-5”功能鍵的作用是循環(huán)顯示游標(biāo)尺分別定位在1~5定位孔時(shí)的高度值。
圖4 直徑測(cè)量初始狀態(tài)
圖5 直徑測(cè)量狀態(tài)
通過(guò)測(cè)量尺主尺、副尺、游標(biāo)尺和位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的配合使用,可實(shí)現(xiàn)管道直徑的測(cè)量,如圖4、圖5所示。測(cè)量過(guò)程如下:①將游標(biāo)尺3與部件2和部件6上的6號(hào)定位孔上的螺栓連接;②從部件2和部件6上的1號(hào)定位孔開(kāi)始,逐步向2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)定位孔進(jìn)行調(diào)節(jié),使主、副尺兩尺尖位于管道同一截面圓表面,且使得兩尺尖的跨度最大時(shí),用螺栓選定所調(diào)節(jié)到的兩定位孔,此時(shí),四個(gè)限位孔共同限定了游標(biāo)尺與主尺、副尺法線的夾角值θ;③調(diào)節(jié)測(cè)量尺至圖4狀態(tài),使游標(biāo)尺的下邊緣與主尺的“0”刻度線重合;④按下部件2上的“ON/OFF”功能鍵,打開(kāi)位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng);⑤按下部件2上的“0”功能鍵,將位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)清零;⑥調(diào)節(jié)測(cè)量尺至圖8狀態(tài),使游標(biāo)尺與管道截面圓相切;⑦按下部件2上的“H1-5”功能鍵,數(shù)顯屏上即可顯示此次測(cè)量的鼓包高度值h,h值是通過(guò)位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的微計(jì)算器進(jìn)行數(shù)值處理得來(lái),原理是h= L2cosθ;⑧按下部件2上的“D1-5”功能鍵,數(shù)顯屏上即可顯示此次測(cè)量的管道直徑值D,D值是通過(guò)位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的微計(jì)算器進(jìn)行數(shù)值處理得來(lái),原理是D= h+(LSinθ)2/h。
此種壓力管道測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法有以下功能及特點(diǎn):
(1)測(cè)量范圍廣,不僅適用于中小尺寸(<500 mm)管道直徑的測(cè)量,也可用于大尺寸(≥500 mm)管道直徑的測(cè)量,可以滿足石化公司煉油部不同管徑壓力管道直徑測(cè)量的需要。
(2)可用于因多條管道并排等不能直接測(cè)量管道直徑情況下的測(cè)量空間受限的管道直徑測(cè)量。
(3)方便攜帶,操作簡(jiǎn)單,適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管道直徑的測(cè)量。