肖志

西部管道酒泉輸油氣分公司酒泉維搶修中心

摘要：換管作業(yè)作為油氣管道失效后的一種永久修復(fù)方式被廣泛采用。換管作業(yè)輔助平臺(tái)集合換管作業(yè)所需物資、設(shè)備、焊接工藝評(píng)定、下料計(jì)算方法、作業(yè)規(guī)范等數(shù)據(jù)，采用VB編程語(yǔ)言開發(fā)。系統(tǒng)可安裝在手機(jī)或平板終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、下料計(jì)算、自動(dòng)生成記錄等功能，縮短作業(yè)時(shí)間，提升搶修效率。

關(guān)鍵詞：油氣管道；搶險(xiǎn)；換管作業(yè)輔助平臺(tái)；下料計(jì)算；作業(yè)記錄；搶修效率

換管作業(yè)前期需要查詢失效管道規(guī)格及材質(zhì)、對(duì)應(yīng)的管材焊材儲(chǔ)備、支持的焊接工藝規(guī)程、搶修設(shè)備等是否滿足斷管需求，以往人工核查數(shù)據(jù)耽誤較多時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)采用人工計(jì)算下料尺寸存在計(jì)算偏差等問題，影響組對(duì)質(zhì)量。通過研發(fā)管道換管作業(yè)輔助平臺(tái)，可以幫助員工在搶修作業(yè)時(shí)快速查閱數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算下料尺寸，提升工作效率。

1  平臺(tái)功能與框架

1.1  功能開發(fā)

（1）方便用戶查詢管道規(guī)格、材質(zhì)、焊材儲(chǔ)備情況、管材儲(chǔ)備及斷管設(shè)備配置情況，選擇確定焊接工藝規(guī)程及斷管所用設(shè)備。

（2）用戶只需簡(jiǎn)單輸入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)便可快速查詢換管作業(yè)所需參數(shù)。

（3）為用戶提供按4、8、12三種等分方式確定管口圓周等分?jǐn)?shù)量。

（4）平臺(tái)根據(jù)所選焊接工藝規(guī)程組對(duì)尺寸要求、管口等分?jǐn)?shù)量、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值等，自動(dòng)計(jì)算管道下料尺寸。

（5）自動(dòng)生成換管作業(yè)記錄。

1.2  框架結(jié)構(gòu)

平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程見圖 1。

2  平臺(tái)搭建  

2.1  數(shù)據(jù)收集及整理

搶修業(yè)務(wù)范圍包括西氣東輸一二三線西段、烏蘭成品油管道及鄯蘭原油管道。收集并整理規(guī)格材質(zhì)、在用焊接工藝規(guī)程、管材儲(chǔ)備、焊材儲(chǔ)備、搶修設(shè)備配置及適用范圍、管道下料組對(duì)計(jì)算方法等相關(guān)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致。焊接工藝規(guī)程數(shù)據(jù)多為紙質(zhì)版或電子版圖片格式，需要進(jìn)行信息化處理，包括工藝規(guī)程適用的管道規(guī)格、材質(zhì)、管道坡口大小、組對(duì)尺寸要求；焊材規(guī)格、型號(hào)以及焊材預(yù)熱要求；管道預(yù)熱要求、焊后保溫要求；焊接設(shè)備要求及所用氣體要求等。

2.2 下料尺寸計(jì)算方法

下料尺寸計(jì)算方法要適用不同口徑管道下料組對(duì)，對(duì)目前采用的幾種方法從操作難度、計(jì)算難度、自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)難易、準(zhǔn)確性四個(gè)方面進(jìn)行比選，最終選用三角函數(shù)法處理斜口問題。

受應(yīng)力、切割方式等影響，管道切開后在垂直或者水平面上表現(xiàn)為斜口，如圖 2所示，可以比較直觀地看到管口各點(diǎn)的軸向差值與其在測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的直徑上的投影呈線性關(guān)系。例如測(cè)量點(diǎn)O1－O1＇的軸向差為x，另有一點(diǎn)On在直徑O1－O1＇的投影為k，其所對(duì)應(yīng)的軸向差為kx，也可認(rèn)為是O1測(cè)量值對(duì)On的影響。因此，求取O1對(duì)On的影響可以轉(zhuǎn)化為求取On在O1－O1＇上的投影。從幾何考慮是一個(gè)簡(jiǎn)單的三角函數(shù)，若在劃線時(shí)將管口n等分，則等分角α為360°/n，此時(shí)自下而上各點(diǎn)的系數(shù)值為顯然此時(shí)m與圖中的n意義不同，因?yàn)楣芄ち?xí)慣自上而下進(jìn)行點(diǎn)位標(biāo)注，代換可得：

進(jìn)一步替換α可得到系數(shù)k的通式：

式中，n表示對(duì)管道進(jìn)行n等分；m表示自上而下計(jì)數(shù)的第m個(gè)點(diǎn)；km表示O1對(duì)Om的影響系數(shù)。

圖 2 管道斜口形貌示意圖

根據(jù)系數(shù)可以得出管口各點(diǎn)軸向差值。需要注意的是，這只是經(jīng)過圓中心一條線的軸向差值計(jì)算，兩條線構(gòu)成一個(gè)面，在實(shí)際應(yīng)用中還需要計(jì)算另外一條經(jīng)過圓中心線的軸向差值進(jìn)行疊加。為了計(jì)算方便一般選取兩條垂直線的軸向差值進(jìn)行疊加，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，一般將管口進(jìn)行4、8、12等分即可完成準(zhǔn)確的下料計(jì)算。

以上只是斜口處理方法，還需要測(cè)量?jī)晒芸趯?duì)應(yīng)時(shí)鐘方位的間距，結(jié)合焊接工藝規(guī)程中組對(duì)尺寸要求計(jì)算輸出下料尺寸。

2.3  焊材消耗計(jì)算方法

作業(yè)過程中焊材的消耗與管徑大小、組對(duì)間隙、坡口角度、管道壁厚、鈍邊、坡口形式以及焊材本身比重和熔敷率相關(guān)。除了焊材比重和熔敷率外，其他數(shù)據(jù)均可從焊接工藝規(guī)程得出，因此平臺(tái)只需收集整理每類焊材的比重、熔敷率即可。根據(jù)焊接工藝規(guī)程對(duì)坡口形式要求，再調(diào)用焊接工藝規(guī)程關(guān)于組對(duì)間隙、坡口角度、管道壁厚等參數(shù)，按照常規(guī)焊材消耗計(jì)算公式即可完成計(jì)算。另外管道壁厚、管徑等經(jīng)平臺(tái)查詢即可得出。需要注意的是焊接工藝規(guī)程上述參數(shù)大都是一個(gè)范圍值，一般都選最大值測(cè)算最大使用量，以此為作業(yè)做充足保證。

2.4  作業(yè)記錄生成

作業(yè)記錄是重要的施工檔案資料，必須記錄準(zhǔn)確。搶修現(xiàn)場(chǎng)往往由于時(shí)間緊迫疏忽對(duì)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，導(dǎo)致后期歸檔數(shù)據(jù)缺失。為此在平臺(tái)添加作業(yè)記錄功能，制作作業(yè)記錄模板，抽取管道規(guī)格、焊接工藝規(guī)程、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)等作業(yè)過程相關(guān)信息，生成作業(yè)記錄。

2.5  信息查詢

平臺(tái)信息查詢模塊內(nèi)容包括管材儲(chǔ)備查詢、焊材儲(chǔ)備查詢及搶修設(shè)備查詢等。用戶根據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的檢索信息，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中直接輸出查詢結(jié)果。

3  結(jié)語(yǔ)

換管作業(yè)輔助平臺(tái)在應(yīng)急情況下快速準(zhǔn)確提供換管作業(yè)所需焊材、管材、搶修設(shè)備等儲(chǔ)備情況，幫助管理者做出應(yīng)急搶修決策，輔助作業(yè)人員快速、準(zhǔn)確完成下料，保證組對(duì)質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程保證焊接質(zhì)量，提升作業(yè)效率和質(zhì)量。該平臺(tái)目前只能開展碰死口組對(duì)下料計(jì)算，后續(xù)將增加S彎、擺頭彎作業(yè)下料計(jì)算功能，屆時(shí)該平臺(tái)將既可用于搶修作業(yè)，也可用于計(jì)劃性動(dòng)火作業(yè)和建設(shè)施工作業(yè)。

作者簡(jiǎn)介：肖志，1986年生，工程師，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)輸管道搶險(xiǎn)專業(yè)方向的研究工作。聯(lián)系方式：0937-5988460，xiaozhi@pipechina.com.cn。