歐新偉 陳朋超 王立輝 裴東波

中國石油管道公司

摘 要： 通過數(shù)據(jù)對齊，實(shí)現(xiàn)對疑似黑口的初步識別，比對焊口建設(shè)期底片與內(nèi)檢測信號時鐘方位等信息進(jìn)行精確確認(rèn)。借助坐標(biāo)信息實(shí)現(xiàn)對疑似黑口定位開挖，獲取開挖后焊口時鐘方位信息，計算交角間距，確定開挖焊口的準(zhǔn)確性。通過整套操作流程，最終實(shí)現(xiàn)對疑似黑口的質(zhì)量風(fēng)險識別。

關(guān)鍵詞： 疑似黑口；數(shù)據(jù)對齊；時鐘方位；定位

油氣管道進(jìn)行管段焊接時，要求在管體上給每道焊口刷上唯一編號，并在施工記錄中記錄該焊口的里程值、管節(jié)長度、施工日期等相關(guān)信息，便于日后查找、使用。由于各種原因，導(dǎo)致在記錄中部分焊口信息缺失，給管道帶來潛在安全隱患，這些焊口統(tǒng)稱為疑似黑口。本文通過對疑似黑口的識別研究，提出了疑似黑口的識別、確認(rèn)方法以及現(xiàn)場定位技術(shù)。

1 疑似黑口的類型及確認(rèn)流程

1.1 疑似黑口的類型

（1）截管

為方便施工，把較長的管段分為多個小段即為截管，且截管前后管長一致（圖 1）。大部分管段在進(jìn)行截管之后，沒有進(jìn)行正常的無損檢測和底片拍攝，沒有及時識別焊接過程中可能存在的缺陷，對潛在的風(fēng)險不能及時排查，為運(yùn)營期管道的安全帶來隱患。

圖1 截管示意圖

（2）合管

合管指用較長的管段替換多個小段，且替換前后管長一致（圖 2）。合管完成之后如果對焊口重新進(jìn)行無損檢測和底片拍攝，識別焊口缺陷，也能消除合管帶來的風(fēng)險。

圖2 合管示意圖

（3）焊縫缺失

焊縫缺失主要指有內(nèi)檢測記錄無施工安裝記錄，無法通過焊口編號查找與之對應(yīng)的檢測報告、 RT射線圖，從管長上難以判斷（圖 3）。從建設(shè)期數(shù)據(jù)中無法查找焊口信息，在做內(nèi)檢測之前對焊口的質(zhì)量狀況是不確定的。

圖3  焊縫缺失示意圖

1.2疑似黑口的確認(rèn)流程

疑似黑口在正式開挖驗證之前，需要查找檢測報告和底片，確認(rèn)該焊口信息是否存在。①核實(shí)原始施工記錄、無損檢測申請（委托單）、無損檢測記錄（報告）、底片上的焊口編號是否一致，不同資料的時間關(guān)系是否合乎邏輯并滿足建設(shè)期施工要求。②核實(shí)疑似黑口與上下游焊口同種資料的責(zé)任人是否一致。③核實(shí)施工單位提交底片的交角間距與內(nèi)檢測信號交角間距是否一致。如果都能滿足要求，需要對疑似黑口進(jìn)行銷項，不再進(jìn)行現(xiàn)場開挖驗證。否則，需要進(jìn)行現(xiàn)場開挖驗證，根據(jù)開挖結(jié)果判斷焊口是否屬于黑口（圖 4）。

圖4 疑似黑口識別和銷項流程

2 數(shù)據(jù)對齊

數(shù)據(jù)對齊是將建管數(shù)據(jù)與內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對應(yīng)[1]，以數(shù)據(jù)中相同且固定的特征標(biāo)識（閥門、三通、彎頭）為起始點(diǎn)，比對每一根管節(jié)長度，通過管長最小差實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)的對齊。對施工記錄、檢測記錄、監(jiān)理記錄、底片中的焊口信息（如：焊口編號、施工日期、檢測日期、監(jiān)理旁站日期等）進(jìn)行一致性和邏輯關(guān)系復(fù)核。數(shù)據(jù)對齊對于疑似黑口的準(zhǔn)確定位至關(guān)重要，一旦出錯，后續(xù)工作均會受到影響。在數(shù)據(jù)對齊表中需要記錄管線名稱、標(biāo)段、壁厚、樁號里程、管號、焊口編號、施工管長、施工日期，以及內(nèi)檢測的焊縫編號、管長、檢測里程、設(shè)備和缺陷等信息，從中可以直觀查看施工記錄和內(nèi)檢測的對應(yīng)關(guān)系（圖 5）。

圖5 數(shù)據(jù)對齊流程

3 時鐘方位信息提取

在建設(shè)期，按照規(guī)定會對每道焊口進(jìn)行RT掃描，作為焊口的信息載體之一[2]。從底片上既能查看焊縫缺陷信息，也會記載每道焊口上下游管道焊縫與該焊口交點(diǎn)時鐘方位，通過時鐘方位計算，可以得到焊口交角間距信息。對于內(nèi)檢測信號數(shù)據(jù)，可以在PipeImage軟件中讀取、識別，讀取上下游管道螺旋焊縫或直焊縫與環(huán)焊縫的時鐘方位，通過計算交點(diǎn)間距，與建設(shè)期焊口交點(diǎn)間距進(jìn)行比對，可以精確定位對應(yīng)關(guān)系。交角間距可通過下式計算：

式中： D 為管徑， mm； Δx 為小時差； Δy 為分鐘差。

通過計算如果發(fā)現(xiàn)相鄰幾根管段的螺旋焊縫與環(huán)焊縫交點(diǎn)的交角間距都比較接近，就需要借助相鄰環(huán)焊縫的交角間距信息進(jìn)一步確認(rèn)。

4 現(xiàn)場定位

在確認(rèn)疑似黑口之后，需要進(jìn)行現(xiàn)場開挖確認(rèn)是否屬于黑口。現(xiàn)場開挖最難的是焊口定位，定位準(zhǔn)確，可以避免誤開挖，否則，會導(dǎo)致過量開挖。在內(nèi)檢測過程中，如果同步進(jìn)行了慣性導(dǎo)航測量，可以得到每個焊口的坐標(biāo)，并通過一定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，把焊口坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到GPS設(shè)備中。現(xiàn)場坐標(biāo)定位，也就是內(nèi)檢測數(shù)據(jù)定位。內(nèi)檢測數(shù)據(jù)定位實(shí)質(zhì)是采用地面標(biāo)記將長輸管道分段（1 千米左右），以減少里程輪定位的累積誤差[3-4]。由于檢測器里程輪打滑[5]及地面地形、作物、建筑物等的影響，利用內(nèi)檢測數(shù)據(jù)定位可能會造成一定偏差[6-8]，實(shí)施過程中需要根據(jù)現(xiàn)場具體情況判斷疑似黑口可能偏移的方向。可利用管道某些特征點(diǎn)（三通、彎頭、閥門）作為參照物進(jìn)行地面定位，一定程度削減了地面定位的誤差[9-12]。

而沒有進(jìn)行慣性導(dǎo)航測量的管線，需要從PipeImage軟件中讀取環(huán)焊縫的里程值，與管道沿線樁號里程值進(jìn)行比對，找出與疑似黑口最近的樁號，根據(jù)里程值差通過拉尺進(jìn)行查找。如果現(xiàn)場地形條件導(dǎo)致拉尺受限，拉尺的累積誤差加大，則定位誤差較大。此時，可分析內(nèi)檢測數(shù)據(jù)，查找疑似黑口附近的特征點(diǎn)（如彎頭、閥門等），通過樁號及距離進(jìn)行初步定位，然后再通過該特征點(diǎn)與環(huán)焊縫的距離完成疑似黑口的準(zhǔn)確地面定位。

5 現(xiàn)場測量

為保證開挖的準(zhǔn)確性，需要借助每道開挖焊口的時鐘方位信息進(jìn)行確認(rèn)。同時，由于螺旋焊縫與環(huán)焊縫交點(diǎn)位置的不固定性，給現(xiàn)場讀取交點(diǎn)時鐘方位帶來不便。借助螺旋焊縫時鐘位置和環(huán)焊縫時鐘位置1 小時變化情況，通過推算，可以計算出時鐘位置，其計算公式為：

式中： L 為螺旋焊縫時鐘位置變化1小時的軸向距離， mm； L` 為環(huán)焊縫時鐘位置變化1小時的環(huán)向長度， mm； D 為管徑， mm； α 為螺旋焊縫與管道軸向的交角； d 為防腐層厚度， mm。

現(xiàn)場借助拉尺，可準(zhǔn)確定位螺旋焊縫與環(huán)焊縫交點(diǎn)的時鐘位置。

6 結(jié)論

疑似黑口存在很大安全風(fēng)險，需要企業(yè)花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行排查，降低其對管道安全的影響。通過資料收集、數(shù)據(jù)對齊、信息提取、開挖驗證等技術(shù)手段，準(zhǔn)確識別疑似黑口，進(jìn)而采取措施以保障管道本體安全。

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作者：歐新偉，男， 1984年生，工程師， 2009年畢業(yè)于武漢大學(xué)攝影測量與遙感專業(yè)，現(xiàn)從事管道完整性管理研究工作。