吳東容 謝躍輝 王彬彬 王愛玲 方迎潮

西南管道公司

摘要：數(shù)據(jù)對齊技術(shù)在實(shí)現(xiàn)管道全生命周期數(shù)據(jù)一體化管理、推動(dòng)管道大數(shù)據(jù)融合與深度應(yīng)用方面起著至關(guān)重要的作用。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出將數(shù)據(jù)對齊技術(shù)運(yùn)用于管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管控，分析高后果區(qū)數(shù)據(jù)參數(shù)，介紹高后果區(qū)數(shù)據(jù)對齊方法，舉例驗(yàn)證此方法在高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管控中的有效性。

關(guān)鍵詞：高后果區(qū)；數(shù)據(jù)對齊；環(huán)焊縫；地質(zhì)災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)管控

數(shù)據(jù)是管道完整性管理的基石，管道設(shè)計(jì)、采購、施工、投產(chǎn)、運(yùn)行等各個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)[1,2]。通過對不同階段或者同一階段不同來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，探索、總結(jié)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)與規(guī)律，可以充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為全面了解管道風(fēng)險(xiǎn)，針對性制定風(fēng)險(xiǎn)管控措施提供有效依據(jù)和支持[3]。目前，管道企業(yè)多采用數(shù)據(jù)對齊的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合與分析，常見的做法是將管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)與管道本體數(shù)據(jù)、管道施工數(shù)據(jù)、管道外檢測數(shù)據(jù)或者其他批次內(nèi)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析[3-7]，其分析結(jié)果有助于提高管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)準(zhǔn)確性、資源分配合理性、維修維護(hù)作業(yè)有效性。利用數(shù)據(jù)對齊技術(shù)開展管道高后果區(qū)管控相關(guān)研究具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)對齊技術(shù)

數(shù)據(jù)對齊是指通過易于識別的管道特征將多來源或多批次管道數(shù)據(jù)按照線性參考系統(tǒng)進(jìn)行位置校準(zhǔn)的方法，其中易于識別的管道特征包括但不限于管道閥門、短節(jié)、彎頭、環(huán)焊縫。管道數(shù)據(jù)來源于管道全生命周期過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)[1]，重點(diǎn)包括建設(shè)期的管道屬性數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)文件、施工記錄和評價(jià)報(bào)告、施工過程中的重要過程和事件記錄以及運(yùn)行期的管道屬性數(shù)據(jù)、管道環(huán)境數(shù)據(jù)、管道檢測維護(hù)管理數(shù)據(jù)等（表 1）。

管道數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大，且來源于不同時(shí)期、不同單位，在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)上均存在較大差異，若采用人工對齊的方式將既費(fèi)時(shí)又耗力且容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，因此目前多采用軟件算法+人工干預(yù)的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊處理[7-9]。軟件對齊模型有兩種，分別是增益動(dòng)態(tài)規(guī)劃對齊模型和分治漸進(jìn)式對齊模型，通過將提取的不同管道特征與對應(yīng)的位置分布信息進(jìn)行特征屬性相似度匹配，實(shí)現(xiàn)各區(qū)段內(nèi)數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系的迭代調(diào)整，同時(shí)針對數(shù)據(jù)對齊結(jié)果異常的情況，由人工干預(yù)進(jìn)行分段調(diào)整匹配，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整對齊。

2 基于數(shù)據(jù)對齊的高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管控

2.1 高后果區(qū)數(shù)據(jù)參數(shù)

管道高后果區(qū)兼具管道和高后果區(qū)的屬性，其中涉及管道的數(shù)據(jù)參數(shù)包括管材、管徑、壁厚、管道中心線、安裝施工、無損檢測、內(nèi)/外檢測、陰極保 護(hù)、三樁、第三方設(shè)施、管道修復(fù)、地質(zhì)災(zāi)害等，涉及高后果區(qū)的數(shù)據(jù)參數(shù)包括建構(gòu)筑物、河流、公路、鐵路、易燃易爆場所等。因管道多敷設(shè)于地下，根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同，可將上述數(shù)據(jù)分為地上數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)兩類。

2.2 高后果區(qū)數(shù)據(jù)對齊

2.2.1 高后果區(qū)邊界確定

根據(jù)GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合高后果區(qū)識別準(zhǔn)則，確定高后果區(qū)邊界。對于地形起伏較大的管道，還應(yīng)結(jié)合油品泄漏擴(kuò)散規(guī)律、氣體爆炸影響規(guī)律等合理確定高后果區(qū)邊界距離。

2.2.2 外部載荷邊界確定

高后果區(qū)內(nèi)管道受泥石流、滑坡、水毀、高填方等外部載荷威脅時(shí)，應(yīng)根據(jù)外部載荷的類型及可能形成災(zāi)害的發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際地形地貌，判斷災(zāi)害發(fā)生的可能路徑，進(jìn)而確定可能受外部載荷影響的管道邊界距離。

2.2.3 高后果區(qū)數(shù)據(jù)對齊

高后果區(qū)數(shù)據(jù)對齊首先是將地下數(shù)據(jù)對齊，然后再將地上－地下數(shù)據(jù)對齊。具體做法是：①以管道安裝施工數(shù)據(jù)和內(nèi)檢測數(shù)據(jù)為對象，按照邏輯順序?qū)�管�?jié)進(jìn)行分布排列，利用函數(shù)關(guān)系對圖形相似度進(jìn)行匹配和評估，并借用輔助修正算法與人工干預(yù)的方法將內(nèi)檢測數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)完整對齊。②利用內(nèi)檢測地面參考點(diǎn)，將內(nèi)檢測數(shù)據(jù)與地面里程樁/測試樁對齊，在此基礎(chǔ)上將高后果區(qū)邊界、外部載荷邊界數(shù)據(jù)疊加對齊。③在實(shí)現(xiàn)地上－地下關(guān)鍵數(shù)據(jù)對齊后，將無損檢測、管道修復(fù)等數(shù)據(jù)對齊。

2.3 高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)管控

根據(jù)高后果區(qū)數(shù)據(jù)對齊結(jié)果，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或?qū)�業(yè)軟件仿真計(jì)算結(jié)果，可具體識別影響管道安全運(yùn)行的危險(xiǎn)因素和可能的失效后果，有利于管道企業(yè)從“人防、物防、技防、信息防”等方面針對性采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施，以確保高后果區(qū)管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3 案例分析

3.1 高后果區(qū)基本信息

某天然氣管道經(jīng)過村莊附近，形成II級高后果區(qū)，長度約700 m（圖 1）。因村民在距離管道中心線約10 m處建房切坡，導(dǎo)致形成高陡邊坡。經(jīng)現(xiàn)場勘察，坡體主要物質(zhì)組成為碎石土，邊坡一旦滑坡將影響管道長度約14 m，給管道安全運(yùn)行帶來潛在威脅。

3.2 數(shù)據(jù)對齊分析

將管道內(nèi)檢測、安裝施工、無損檢測、管道修復(fù)、高后果區(qū)邊界、高陡邊坡邊界等數(shù)據(jù)進(jìn)行位置對齊，統(tǒng)計(jì)出該高后果區(qū)內(nèi)共有彎頭15個(gè)、環(huán)焊縫93條，其中92條環(huán)焊縫底片復(fù)評結(jié)果合格， 1條環(huán)焊縫已完成B型套筒修復(fù)且無損檢測結(jié)果合格；管段內(nèi)不存在大于管道外徑2%的變形點(diǎn)；管道內(nèi)外部有輕微腐蝕，最深處為管道壁厚的5%（不需要立即處理）；高陡邊坡滑坡區(qū)域內(nèi)有彎頭2個(gè)、環(huán)焊縫3條。經(jīng)分析，該高后果區(qū)內(nèi)高陡邊坡滑坡是威脅管道安全的主要風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 管道及焊縫應(yīng)力分析

以 高 陡 邊 坡 滑 坡 區(qū) 域 內(nèi) 管 道 為 對 象 ， 利 用ANSYS軟件建立該滑坡段管道應(yīng)力分析模型，根據(jù)現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)對模型施加邊界條件，計(jì)算外部荷載作用下管道與焊縫的應(yīng)力值。經(jīng)計(jì)算，管道最大有效應(yīng)力為335 MPa（圖 2），最大軸向應(yīng)力為325 MPa（圖 3），應(yīng)力水平滿足規(guī)范要求；提取受滑坡影響區(qū)域內(nèi)環(huán)焊縫的應(yīng)力值，結(jié)果顯示滿足規(guī)范要求。

3.4 結(jié)論

通過將該高后果區(qū)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊，綜合分析影響管道安全運(yùn)行的各類風(fēng)險(xiǎn)。其中環(huán)焊縫、管道變形、內(nèi)外腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)均在規(guī)定的可接受范圍內(nèi)，高陡邊坡滑坡對管道的影響需進(jìn)一步計(jì)算。利用ANSYS軟件模擬分析滑坡條件下管道和環(huán)焊縫的受力情況，結(jié)果顯示管道最大有效應(yīng)力、最大軸向應(yīng)力以及環(huán)焊縫應(yīng)力值均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)對齊是數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)工具，利用數(shù)據(jù)對齊技術(shù)可有效整合管道高后果區(qū)內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，深入分析影響管道安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，為管道企業(yè)針對性制定風(fēng)險(xiǎn)管控措施提供依據(jù)。下一步需要解決好以下問題：一是統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，有效整合產(chǎn)生于不同時(shí)期、不同單位的數(shù)據(jù)；二是建立通用數(shù)據(jù)處理模型，做到管道數(shù)據(jù)的全面分析與綜合管理；三是進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)與規(guī)律，加強(qiáng)數(shù)據(jù)成果的應(yīng)用。

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作者：吳東容，女， 1986年生， 2013年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事油氣管道完整性管理工作。