歐新偉 陳朋超 王立輝 裴東波

中國石油管道公司

摘 要： 通過(guò)數據對齊，實(shí)現對疑似黑口的初步識別，比對焊口建設期底片與內檢測信號時(shí)鐘方位等信息進(jìn)行精確確認。借助坐標信息實(shí)現對疑似黑口定位開(kāi)挖，獲取開(kāi)挖后焊口時(shí)鐘方位信息，計算交角間距，確定開(kāi)挖焊口的準確性。通過(guò)整套操作流程，最終實(shí)現對疑似黑口的質(zhì)量風(fēng)險識別。

關(guān)鍵詞： 疑似黑口；數據對齊；時(shí)鐘方位；定位

油氣管道進(jìn)行管段焊接時(shí)，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、管節長(cháng)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，導致在記錄中部分焊口信息缺失，給管道帶來(lái)潛在安全隱患，這些焊口統稱(chēng)為疑似黑口。本文通過(guò)對疑似黑口的識別研究，提出了疑似黑口的識別、確認方法以及現場(chǎng)定位技術(shù)。

1 疑似黑口的類(lèi)型及確認流程

1.1 疑似黑口的類(lèi)型

（1）截管

為方便施工，把較長(cháng)的管段分為多個(gè)小段即為截管，且截管前后管長(cháng)一致（圖 1）。大部分管段在進(jìn)行截管之后，沒(méi)有進(jìn)行正常的無(wú)損檢測和底片拍攝，沒(méi)有及時(shí)識別焊接過(guò)程中可能存在的缺陷，對潛在的風(fēng)險不能及時(shí)排查，為運營(yíng)期管道的安全帶來(lái)隱患。

圖1 截管示意圖

（2）合管

合管指用較長(cháng)的管段替換多個(gè)小段，且替換前后管長(cháng)一致（圖 2）。合管完成之后如果對焊口重新進(jìn)行無(wú)損檢測和底片拍攝，識別焊口缺陷，也能消除合管帶來(lái)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檢測記錄無(wú)施工安裝記錄，無(wú)法通過(guò)焊口編號查找與之對應的檢測報告、 RT射線(xiàn)圖，從管長(cháng)上難以判斷（圖 3）。從建設期數據中無(wú)法查找焊口信息，在做內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疑似黑口的確認流程

疑似黑口在正式開(kāi)挖驗證之前，需要查找檢測報告和底片，確認該焊口信息是否存在。①核實(shí)原始施工記錄、無(wú)損檢測申請（委托單）、無(wú)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(shí)間關(guān)系是否合乎邏輯并滿(mǎn)足建設期施工要求。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檢測信號交角間距是否一致。如果都能滿(mǎn)足要求，需要對疑似黑口進(jìn)行銷(xiāo)項，不再進(jìn)行現場(chǎng)開(kāi)挖驗證。否則，需要進(jìn)行現場(chǎng)開(kāi)挖驗證，根據開(kāi)挖結果判斷焊口是否屬于黑口（圖 4）。

圖4 疑似黑口識別和銷(xiāo)項流程

2 數據對齊

數據對齊是將建管數據與內檢測數據進(jìn)行一一對應[1]，以數據中相同且固定的特征標識（閥門(mén)、三通、彎頭）為起始點(diǎn)，比對每一根管節長(cháng)度，通過(guò)管長(cháng)最小差實(shí)現二者數據的對齊。對施工記錄、檢測記錄、監理記錄、底片中的焊口信息（如：焊口編號、施工日期、檢測日期、監理旁站日期等）進(jìn)行一致性和邏輯關(guān)系復核。數據對齊對于疑似黑口的準確定位至關(guān)重要，一旦出錯，后續工作均會(huì )受到影響。在數據對齊表中需要記錄管線(xiàn)名稱(chēng)、標段、壁厚、樁號里程、管號、焊口編號、施工管長(cháng)、施工日期，以及內檢測的焊縫編號、管長(cháng)、檢測里程、設備和缺陷等信息，從中可以直觀(guān)查看施工記錄和內檢測的對應關(guān)系（圖 5）。

圖5 數據對齊流程

3 時(shí)鐘方位信息提取

在建設期，按照規定會(huì )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(huì )記載每道焊口上下游管道焊縫與該焊口交點(diǎn)時(shí)鐘方位，通過(guò)時(shí)鐘方位計算，可以得到焊口交角間距信息。對于內檢測信號數據，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(shí)鐘方位，通過(guò)計算交點(diǎn)間距，與建設期焊口交點(diǎn)間距進(jìn)行比對，可以精確定位對應關(guān)系。交角間距可通過(guò)下式計算：

式中： D 為管徑， mm； Δx 為小時(shí)差； Δy 為分鐘差。

通過(guò)計算如果發(fā)現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。

4 現場(chǎng)定位

在確認疑似黑口之后，需要進(jìn)行現場(chǎng)開(kāi)挖確認是否屬于黑口�，F場(chǎng)開(kāi)挖最難的是焊口定位，定位準確，可以避免誤開(kāi)挖，否則，會(huì )導致過(guò)量開(kāi)挖。在內檢測過(guò)程中，如果同步進(jìn)行了慣性導航測量，可以得到每個(gè)焊口的坐標，并通過(guò)一定的坐標轉換，把焊口坐標數據導入到GPS設備中�，F場(chǎng)坐標定位，也就是內檢測數據定位。內檢測數據定位實(shí)質(zhì)是采用地面標記將長(cháng)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，利用內檢測數據定位可能會(huì )造成一定偏差[6-8]，實(shí)施過(guò)程中需要根據現場(chǎng)具體情況判斷疑似黑口可能偏移的方向�？衫�用管道某些特征點(diǎn)（三通、彎頭、閥門(mén)）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(méi)有進(jìn)行慣性導航測量的管線(xiàn)，需要從PipeImage軟件中讀取環(huán)焊縫的里程值，與管道沿線(xiàn)樁號里程值進(jìn)行比對，找出與疑似黑口最近的樁號，根據里程值差通過(guò)拉尺進(jìn)行查找。如果現場(chǎng)地形條件導致拉尺受限，拉尺的累積誤差加大，則定位誤差較大。此時(shí)，可分析內檢測數據，查找疑似黑口附近的特征點(diǎn)（如彎頭、閥門(mén)等），通過(guò)樁號及距離進(jìn)行初步定位，然后再通過(guò)該特征點(diǎn)與環(huán)焊縫的距離完成疑似黑口的準確地面定位。

5 現場(chǎng)測量

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

式中： L 為螺旋焊縫時(shí)鐘位置變化1小時(shí)的軸向距離， mm； L` 為環(huán)焊縫時(shí)鐘位置變化1小時(shí)的環(huán)向長(cháng)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。

現場(chǎng)借助拉尺，可準確定位螺旋焊縫與環(huán)焊縫交點(diǎn)的時(shí)鐘位置。

6 結論

疑似黑口存在很大安全風(fēng)險，需要企業(yè)花費大量人力、物力進(jìn)行排查，降低其對管道安全的影響。通過(guò)資料收集、數據對齊、信息提取、開(kāi)挖驗證等技術(shù)手段，準確識別疑似黑口，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(zhuān)業(yè)，現從事管道完整性管理研究工作。