胡 朋，史冠男，張慶保，陳金忠，馬義來，何 俊

(中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100029)

為了滿足我國(guó)油氣能源在工業(yè)和民生方面的大量需求，長(zhǎng)輸油氣管道的總數(shù)量和總長(zhǎng)度快速增長(zhǎng)。由于近些年管道事故頻發(fā)，長(zhǎng)輸油氣管道的安全風(fēng)險(xiǎn)管控愈發(fā)受到重視?，F(xiàn)今管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是獲取管道數(shù)據(jù)的主要手段之一，為管體狀況分析和完整性管理提供了重要的數(shù)據(jù)支撐[1-2]。隨著管道內(nèi)檢測(cè)作業(yè)的廣泛開展，各管道檢測(cè)公司和運(yùn)行公司逐步加強(qiáng)了多輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和比對(duì)、深度挖掘和分析等方面的研究，這些研究能夠完善管道基礎(chǔ)信息、掌握管道缺陷狀況、預(yù)測(cè)管道的剩余強(qiáng)度和剩余壽命以及管道中心線的位置變化，可為管道的安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)[3-5]。

1 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)特征

管道內(nèi)檢測(cè)器不僅能夠檢測(cè)焊縫、閥門、三通、法蘭、彎頭等管道基本結(jié)構(gòu)，而且能夠識(shí)別出變形、金屬損失、焊縫異常等管體和焊縫的關(guān)鍵缺陷特征[6]。隨著慣性檢測(cè)單元(IMU)與內(nèi)檢測(cè)器的結(jié)合應(yīng)用，管道中心線和檢出的管道特征坐標(biāo)已經(jīng)能夠得到精確檢測(cè)。

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)內(nèi)容按照流程(見圖1)主要包含5部分：① 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；② 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊軟件處理；③ 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)人工干預(yù)對(duì)齊；④ 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊成果表；⑤ 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)報(bào)告。

圖1 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)流程圖

管道特征及其坐標(biāo)信息是兩次或多次內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)的主要對(duì)象，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)的主要對(duì)象如表1所示。

表1 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)的主要對(duì)象

內(nèi)檢測(cè)承包商提交的報(bào)告中包含了詳細(xì)的檢測(cè)過程和檢測(cè)數(shù)據(jù)。報(bào)告檢測(cè)數(shù)據(jù)總表中一般主要包括特征名稱、絕對(duì)里程、定位點(diǎn)、相對(duì)距離、管節(jié)長(zhǎng)度、距上/下游環(huán)焊縫距離、長(zhǎng)度、寬度、相對(duì)深度、鐘點(diǎn)方位、表面位置、備注、坐標(biāo)等特征信息，這些信息可為兩輪及以上內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)提供數(shù)據(jù)支撐，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)的特征信息如表2所示。

表2 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊和比對(duì)的特征信息

2 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和比對(duì)

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和比對(duì)是需要對(duì)兩輪或以上管道內(nèi)檢測(cè)的全部特征數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊，對(duì)齊完成后再對(duì)缺陷的尺寸參數(shù)及坐標(biāo)和管道中心線坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，從而了解缺陷數(shù)量和深度的發(fā)展情況，掌握管道精確的坐標(biāo)信息以及管道中心線發(fā)生彎曲或位移的數(shù)據(jù)，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊結(jié)構(gòu)圖

2.1 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊

內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)齊的內(nèi)容如下：① 首先進(jìn)行管道基礎(chǔ)特征的對(duì)齊，主要為環(huán)焊、閥門、三通等明顯特征的對(duì)齊，在對(duì)齊的過程中，通過對(duì)比彎頭/彎管、直焊縫和螺旋焊縫與環(huán)焊縫交點(diǎn)方位等的數(shù)據(jù)信息來校正環(huán)焊縫等是否正確對(duì)齊，部分內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息對(duì)齊結(jié)果如圖3所示；② 基礎(chǔ)特征完成對(duì)齊后，通過對(duì)比所在管節(jié)的長(zhǎng)度和距前/后環(huán)焊縫的距離進(jìn)行缺陷特征對(duì)齊，然后通過鐘點(diǎn)方位、長(zhǎng)度、寬度、相對(duì)深度、表面位置等信息完成缺陷的精確對(duì)齊，部分內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)缺陷信息對(duì)齊結(jié)果如圖4所示；③ 由于管道特征和相應(yīng)的坐標(biāo)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，管道的全部特征對(duì)齊完成后，相應(yīng)的特征坐標(biāo)和管道中心線坐標(biāo)也就完成了對(duì)齊。

圖3 部分內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息對(duì)齊結(jié)果

圖4 部分內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)缺陷信息對(duì)齊結(jié)果

2.2 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)

2.2.1 缺陷活性判定

兩輪內(nèi)檢測(cè)缺陷數(shù)據(jù)在對(duì)齊和比對(duì)之前，首先用缺陷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，然后對(duì)修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，將缺陷分類成活性缺陷、非活性缺陷、新增缺陷和其他缺陷(漏檢、誤檢已修復(fù)等)4類缺陷[7]，最后根據(jù)缺陷的增長(zhǎng)情況進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)[8]，缺陷活性判定和比對(duì)結(jié)構(gòu)流程圖如圖5所示。

圖5 缺陷活性判定和比對(duì)結(jié)構(gòu)流程圖

2.2.2 金屬損失增長(zhǎng)速率的計(jì)算

金屬損失增長(zhǎng)速率計(jì)算式為

(1)

式中：RML為金屬損失的增長(zhǎng)速率；D2為最近一輪檢測(cè)的金屬損失深度；D1為前一輪檢測(cè)的金屬損失深度；T2為最近一輪檢測(cè)的日期；T1為前一輪檢測(cè)的日期。

若采用全壽命法，時(shí)間間隔為此次檢測(cè)日期與上一輪檢測(cè)日期間隔；若采用半壽命法時(shí)間間隔為此次檢測(cè)日期與上一輪檢測(cè)日期間隔的一半。

活性金屬損失的增長(zhǎng)速率計(jì)算完成后，采用標(biāo)準(zhǔn)TSG D7003—2010 《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則—長(zhǎng)輸(油氣)管道》 中的方法來進(jìn)行管道腐蝕剩余壽命預(yù)測(cè)。

目前關(guān)于變形和焊縫異常缺陷比對(duì)方面的研究和資料相對(duì)較少，但是變形和焊縫缺陷作為管道失效的主要形式，很有必要對(duì)其進(jìn)行比對(duì)研究，其比對(duì)方法暫時(shí)可以參考金屬損失的比對(duì)方法。

2.2.3 管道中心線坐標(biāo)的比對(duì)計(jì)算

內(nèi)檢測(cè)搭載慣性測(cè)繪單元(IMU)在對(duì)管道特征進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)也能夠獲取管道的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。通過修正點(diǎn)坐標(biāo)、放樣坐標(biāo)校正數(shù)據(jù)等對(duì)中心線坐標(biāo)進(jìn)行修正，即可獲取管道中心線的精確坐標(biāo)，坐標(biāo)比對(duì)計(jì)算流程圖如圖6所示。

圖6 坐標(biāo)比對(duì)計(jì)算流程圖

通過對(duì)比和分析兩輪坐標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠計(jì)算出管道發(fā)生彎曲應(yīng)變和管道位移數(shù)據(jù)，筆者采用了以下計(jì)算方法。

設(shè)最近一輪和前一輪同一特征點(diǎn)A、B以及其坐標(biāo)分別為A(x1，y1，z1)和B(x2，y2，z2)，則對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸方向的偏差分別為(Δx，Δy，Δz)，那么A和B兩點(diǎn)之間的距離LAB為

(2)

3 應(yīng)用案例

以廣東省某條天然氣管道為例進(jìn)行檢測(cè)，該管道參數(shù)如表3所示，兩輪內(nèi)檢測(cè)比對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

通過對(duì)兩輪內(nèi)檢測(cè)結(jié)果的對(duì)齊和比對(duì)，得出了以下結(jié)論。

(1) 兩輪內(nèi)檢測(cè)的最終檢測(cè)里程基本一致，僅相差0.06 km。

(2) 變形缺陷新增數(shù)量為1處，變形深度最大增長(zhǎng)為1.0% OD(外徑)。

表3 其管道參數(shù)

表4 某管道兩輪內(nèi)檢測(cè)比對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(3) 金屬損失缺陷比對(duì)結(jié)果為活性缺陷為23處，金屬損失深度增加量和增長(zhǎng)速率分別為壁厚的6.4%和0.092 mm/a；新增缺陷53處；非活性缺陷85處，其他(漏檢和誤檢)缺陷為8處。

(4) 焊縫缺陷新增數(shù)量為7處，由于前一輪內(nèi)檢測(cè)焊縫異常未做分級(jí)，增長(zhǎng)量暫不計(jì)算。

(5) 對(duì)金屬損失缺陷進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果為在5 a的再檢測(cè)周期內(nèi)沒有需要計(jì)劃維修的金屬損失點(diǎn)。

(6) 通過對(duì)兩輪內(nèi)檢測(cè)的坐標(biāo)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，最大的坐標(biāo)偏移量為0.4 m，考慮到慣性檢測(cè)單元(IMU)的檢測(cè)誤差，未發(fā)現(xiàn)發(fā)生彎曲應(yīng)變和位移變化較大的管段。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 多輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和比對(duì)主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容：① 梳理同一檢測(cè)商或者不同檢測(cè)商提供的檢測(cè)成果表中的數(shù)據(jù)判讀方式和特征描述，形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；② 確認(rèn)多輪內(nèi)檢測(cè)采用的相同檢測(cè)器或者不同檢測(cè)器的精度和運(yùn)行工況及環(huán)境，為處理數(shù)據(jù)的比對(duì)提供依據(jù)。

(2) 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和比對(duì)不但能夠?qū)Ρ炔煌瑱z測(cè)商檢測(cè)器的性能和檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而且能夠通過數(shù)據(jù)質(zhì)量互查來提高和完善數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

(3) 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊目前主要采用人工對(duì)齊的方式來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)對(duì)齊質(zhì)量較高但耗時(shí)較長(zhǎng)，效率較低；雖然對(duì)齊算法和軟件得到了應(yīng)用，考慮到多方面的因素，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的完全自動(dòng)對(duì)齊相對(duì)困難，故自動(dòng)對(duì)齊+人工對(duì)齊的方式更為適用。內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)對(duì)象主要為缺陷和坐標(biāo)數(shù)據(jù)，關(guān)鍵內(nèi)容為核實(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和選擇缺陷活性的判定原則。

(4) 內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)齊和對(duì)比在管道完整性管理中作用突出，對(duì)全面掌握缺陷的致因和增長(zhǎng)情況、管線位置的變化等有重要的指導(dǎo)作用，有利于保障管道安全和提高管道的管理水平。