戴聯雙¹  常青²  郭永華³ 陳朋超¹  張海亮¹

1. 中國石油管道公司；2. 中國石油北京天然氣管道分公司石家莊管理處；

3. 中國石油北京油氣調控中心

摘  要：管道內檢測識別出缺陷后，需要進行開挖定位，以便后期進行修復或者采取防控措施。但是電阻焊直縫管僅靠內檢測結果很難給出焊縫交角位置從而確定缺陷位置。提供了一種結合管道埋深和地面測量構建直角梯形或者平行四邊形的幾何測量微積分缺陷定位方法。

關鍵詞：幾何測量；微積分；缺陷定位

目前，國內大口徑長輸管道干線基本采用螺旋焊縫埋弧焊管道，經內檢測后可以清晰地看到螺旋焊縫和環焊縫信號（圖1）。內檢測缺陷定位時，通常先開挖參考環焊縫（也就是距離缺陷點最近的上游或者下游的環焊縫），通過螺旋焊縫與環焊縫的交角來判定開挖的參考環焊縫是否準確，缺陷定位開挖較方便。

而小口徑長輸管道干線基本采用直焊縫電阻焊管道，經內檢測后可以清晰地看到環焊縫信號，但是很難識別直焊縫的信號（圖2）。現場開挖后從外觀也判定不出直焊縫的時鐘方位，因此也無法判定參考環焊縫的位置。通常，一是采取定位缺陷位置開挖方式、二是通過減少測量誤差預估參考環焊縫位置方式，以確定內檢測缺陷位置，但是往往導致開挖量較大，而且現場很難判定開挖方案是否可行^[1,2]。

圖 1  埋弧焊螺旋焊縫管漏磁信號

圖2  電阻焊直縫管漏磁信號

針對直焊縫電阻焊管道內檢測缺陷定位難題，實踐中通過降低地面測量誤差以減少開挖量^[3-5]。筆者采用改良的基于幾何測量微積分的缺陷定位方法，減少定位誤差，提高開挖準確率。

1  基于幾何測量微積分的缺陷定位方法

基于管道彈性敷設的特點，為了減小地面皮尺測量的誤差，可分別采取直角梯形微積分和平行四邊形微積分缺陷定位方法。使用中需注意以下幾點：：①測量埋深的間距越小，則定位的誤差越小。②必須測量埋深位置發生變化的埋深。③需要考慮埋深測量工具（如雷迪）的測量誤差。④在測量垂直于埋深的地面平行線的時候，需要保證構成直角梯形或平行四邊形。

1.1  直角梯形微積分法

直角梯形微積分法按公式（1）計算：

                       （1）

式中：代表地面測量的埋深發生變化的兩點的垂直距離；代表位置上游的管道埋深值；代表兩端的管道埋深值頂點保持在同一水平線做的高度補償值；代表由內檢測結果計算的缺陷距離參考特征位置的管道長度（圖 3）。

圖 3  直角梯形測量示意

該方法中的梯形具有如下特征：（1）兩邊平行，即所測埋深均為垂直距離；（2）梯形中做平行四邊形，結合三角形兩邊之和大于第三邊定理，可以推導出梯形微積分計算結果。

1.2  平行四邊形微積分法

平行四邊形微積分法按公式（2）計算：

                                                  （2）

式中：代表地面測量的埋深發生變化的兩點在做高度補償后的距離；代表位置的高度補償值；代表由內檢測結果計算的缺陷距離參考特征位置的管道長度（圖 4）。

圖 4 平行四邊形測量示意

該方法中的平行四邊形具有如下特征：（1）兩邊平行，即所測埋深均為垂直距離；（2）當將埋深值在地面做相等處理的時候，得到兩邊平行且相等，即為平行四邊形，據此可以推導出微積分計算結果。

1.3  幾何測量微積分法要點

（1）內檢測缺陷特征與管道地面特征匹配，主要指缺陷特征上下游水平轉向彎頭（通常指熱煨彎頭）轉向比較明顯，在地面易于識別。

（2）缺陷參考特征（通常為臨近的水平彎頭）與缺陷位置之間的埋深調查間隔以內檢測報告的管節長度為依據，一般不大于12米，且冷彎彎管位置或地形起伏較大的區域應進行加密測量。

3  缺陷定位現場操作

實際工作中，先找出內檢測缺陷位置上下游最近的可識別特征，再用幾何測量微積分法確定參考環焊縫位置及內檢測缺陷位置。某內檢測缺陷開挖定位現場作業如圖5和圖6所示。

圖5 現場開挖坑

圖6  參考環焊縫測量和內部缺陷測量

圖5中第一個開挖坑是以內檢測缺陷位置最近的環焊縫，找出了正確的參考環焊縫；第二個開挖坑是根據參考環焊縫找到的準確的缺陷位置。圖6為剝離外防腐層并打磨光滑，畫網格精確測量管壁厚度，以確定內腐蝕缺陷位置。

4 結語

基于幾何測量微積分的缺陷定位方法現場操作簡單，所用工具只需要50米皮尺和兩根帶有刻度的5米標桿。經現場實際應用，誤差比常規的直接測量法明顯降低，尤其是距離內檢測缺陷參考特征較遠的位置，效果更加明顯。相比較而言，現場應用時采用平行四邊形法更加便捷，準確性更高。

同時，間隔測量的距離越短，則定位誤差也越小，但是測量的工作量相應增加。對于開挖量大或者地形復雜的缺陷位置，應加密測量間隔，從而減少開挖量，降低開挖成本。如果管道內檢測結果能夠提供冷彎彎管的詳細信息，那么該方法的使用效果還會進一步提高。

參考文獻：

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[5]劉成海, 歐新偉, 賈光明. 坐標轉換技術在管道開挖定位中的應用[J]. 科技創新導報, 2012(29):94-95.

作者：戴聯雙，男，主要從事管道風險評價、管道內檢測和清管等完整性管理工作。