戴聯(lián)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(diào)控中心

摘  要：管道內(nèi)檢測識別出缺陷后，需要進(jìn)行開挖定位，以便后期進(jìn)行修復(fù)或者采取防控措施。但是電阻焊直縫管僅靠內(nèi)檢測結(jié)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(jié)合管道埋深和地面測量構(gòu)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(guān)鍵詞：幾何測量；微積分；缺陷定位

目前，國內(nèi)大口徑長輸管道干線基本采用螺旋焊縫埋弧焊管道，經(jīng)內(nèi)檢測后可以清晰地看到螺旋焊縫和環(huán)焊縫信號（圖1）。內(nèi)檢測缺陷定位時，通常先開挖參考環(huán)焊縫（也就是距離缺陷點最近的上游或者下游的環(huán)焊縫），通過螺旋焊縫與環(huán)焊縫的交角來判定開挖的參考環(huán)焊縫是否準(zhǔn)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(jīng)內(nèi)檢測后可以清晰地看到環(huán)焊縫信號，但是很難識別直焊縫的信號（圖2）�，F(xiàn)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(huán)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(yù)估參考環(huán)焊縫位置方式，以確定內(nèi)檢測缺陷位置，但是往往導(dǎo)致開挖量較大，而且現(xiàn)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(nèi)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(zhǔn)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(shè)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(fā)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(gòu)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(fā)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(bǔ)償值；代表由內(nèi)檢測結(jié)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(jié)合三角形兩邊之和大于第三邊定理，可以推導(dǎo)出梯形微積分計算結(jié)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(fā)生變化的兩點在做高度補(bǔ)償后的距離；代表位置的高度補(bǔ)償值；代表由內(nèi)檢測結(jié)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(dāng)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(jù)此可以推導(dǎo)出微積分計算結(jié)果。

1.3  幾何測量微積分法要點

（1）內(nèi)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(zhuǎn)向彎頭（通常指熱煨彎頭）轉(zhuǎn)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(diào)查間隔以內(nèi)檢測報告的管節(jié)長度為依據(jù)，一般不大于12米，且冷彎彎管位置或地形起伏較大的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行加密測量。

3  缺陷定位現(xiàn)場操作

實際工作中，先找出內(nèi)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(huán)焊縫位置及內(nèi)檢測缺陷位置。某內(nèi)檢測缺陷開挖定位現(xiàn)場作業(yè)如圖5和圖6所示。

圖5 現(xiàn)場開挖坑

圖6  參考環(huán)焊縫測量和內(nèi)部缺陷測量

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

4 結(jié)語

基于幾何測量微積分的缺陷定位方法現(xiàn)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(biāo)桿。經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用，誤差比常規(guī)的直接測量法明顯降低，尤其是距離內(nèi)檢測缺陷參考特征較遠(yuǎn)的位置，效果更加明顯。相比較而言，現(xiàn)場應(yīng)用時采用平行四邊形法更加便捷，準(zhǔn)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(yīng)增加。對于開挖量大或者地形復(fù)雜的缺陷位置，應(yīng)加密測量間隔，從而減少開挖量，降低開挖成本。如果管道內(nèi)檢測結(jié)果能夠提供冷彎彎管的詳細(xì)信息，那么該方法的使用效果還會進(jìn)一步提高。

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作者：戴聯(lián)雙，男，主要從事管道風(fēng)險評價、管道內(nèi)檢測和清管等完整性管理工作。