一文全面了解長(zhǎng)輸油氣管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)技術(shù)

隨著我國(guó)對(duì)石油和天然氣能源的需求越來(lái)越大，被稱(chēng)作“國(guó)家重大生命線”的油氣管道的作用越來(lái)越突出。近些年油氣管道事故頻繁發(fā)生，管道的安全運(yùn)行也越來(lái)越受重視。如今大數(shù)據(jù)管理的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，使大數(shù)據(jù)更有效地應(yīng)用于管道的完整性管理與安全評(píng)價(jià)中，成為目前油氣行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)課題。內(nèi)檢測(cè)是完整性管理及評(píng)價(jià)內(nèi)容的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，也是管道大數(shù)據(jù)的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)油氣管道逐步開(kāi)展了內(nèi)檢測(cè)，部分管道已經(jīng)進(jìn)行了兩輪甚至多輪內(nèi)檢測(cè)，但是大量?jī)?nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的挖掘和使用卻相對(duì)滯后。兩輪及以上內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)，已成為方便數(shù)據(jù)挖掘且能夠有效利用的研究?jī)?nèi)容，其不但能夠評(píng)估檢測(cè)承包商的設(shè)備性能和檢測(cè)結(jié)果，而且能夠完善和修正被檢測(cè)管道的基礎(chǔ)信息，掌握缺陷的變化情況，預(yù)測(cè)管道的剩余壽命和評(píng)估管控措施的應(yīng)用效果等，對(duì)管道的科學(xué)管理和運(yùn)行維護(hù)具有重要的指導(dǎo)作用。國(guó)內(nèi)外管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)技術(shù)發(fā)展概況國(guó)外油氣管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的數(shù)據(jù)比對(duì)工作起步較早。一些國(guó)外管道運(yùn)行單位和檢測(cè)承包商已對(duì)多條實(shí)施兩輪及以上內(nèi)檢測(cè)的管道進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對(duì)工作。國(guó)內(nèi)對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)的研究進(jìn)展相對(duì)滯后，自2015年后才有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，但近年來(lái)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)比對(duì)技術(shù)和比對(duì)軟件在國(guó)內(nèi)逐步得到應(yīng)用，并編制了數(shù)據(jù)比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，如SY/T0087.5-2016《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)第5部分油氣管道腐蝕數(shù)據(jù)綜合分析》中規(guī)范了數(shù)據(jù)比對(duì)分析的流程與方法。內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)的主要內(nèi)容隨著我國(guó)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的成熟，國(guó)內(nèi)外的技術(shù)差距也在逐漸縮小，國(guó)內(nèi)開(kāi)展內(nèi)檢測(cè)業(yè)務(wù)的承包商也越來(lái)越多。國(guó)內(nèi)外內(nèi)檢測(cè)承包商主要開(kāi)展了變形、金屬損失和IMU內(nèi)檢測(cè)，并提供了檢測(cè)報(bào)告。常規(guī)內(nèi)檢測(cè)報(bào)告信息表的主要內(nèi)容包括特征名稱(chēng)、特征類(lèi)型、絕對(duì)里程、參考定位點(diǎn)、相對(duì)里程、前后焊縫編號(hào)、管節(jié)長(zhǎng)度、前后環(huán)焊縫的距離、長(zhǎng)度、寬度、鐘點(diǎn)方位、程度、表面位置、壁厚、ERF(預(yù)估維修比)、備注、坐標(biāo)信息等。雖然檢測(cè)商都有各自的數(shù)據(jù)格式、特征表述方式、報(bào)告及信息表格格式等，但是特征信息可以通過(guò)對(duì)照和整理進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，然后采用人工對(duì)齊或軟件+人工對(duì)齊的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)。1管道基礎(chǔ)特征比對(duì)內(nèi)檢測(cè)管道基礎(chǔ)特征包括焊縫(環(huán)焊縫、螺旋焊縫、直焊縫)、直管、彎頭或彎管、閥門(mén)、三通、法蘭、外接金屬物，以及檢測(cè)商設(shè)定的參考定位點(diǎn)等。其中環(huán)焊縫的內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠度較高，也是比對(duì)的首選對(duì)象。國(guó)內(nèi)外內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，環(huán)焊縫的成功對(duì)齊是整體數(shù)據(jù)比對(duì)的首要任務(wù)，也為缺陷的比對(duì)打下了良好的基礎(chǔ)。在環(huán)焊縫對(duì)齊的過(guò)程中，管節(jié)長(zhǎng)度、彎頭或彎管、閥門(mén)、三通(含改線三通)、直焊縫或螺旋焊縫交點(diǎn)等其他基礎(chǔ)特征信息能夠輔助檢查和判斷環(huán)焊縫對(duì)齊的準(zhǔn)確性，以便及時(shí)修正直至完成全部基礎(chǔ)特征的比對(duì)。由環(huán)焊縫特征比對(duì)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)由于里程輪打滑、數(shù)據(jù)丟失、改線或換管等原因，環(huán)焊縫的絕對(duì)里程和管節(jié)長(zhǎng)度等信息存在一定的差值。(2)環(huán)焊縫未能實(shí)現(xiàn)完全對(duì)齊的原因主要有收發(fā)球筒和閥門(mén)等附件附近環(huán)焊縫的標(biāo)注方式不同、改線或者換管、檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失或者特征漏標(biāo)等。(3)由于檢測(cè)商對(duì)直焊縫或者螺旋焊縫與環(huán)焊縫的交點(diǎn)信息的定義方式不同，從而其鐘點(diǎn)方位不一致，不過(guò)可以通過(guò)相互校正調(diào)成一致。(4)由于檢測(cè)商設(shè)定的參考定位點(diǎn)不同，相對(duì)里程對(duì)環(huán)焊縫比對(duì)的參考意義不大。2管道缺陷的比對(duì)內(nèi)檢測(cè)管道缺陷特征主要包括變形缺陷、金屬損失缺陷(腐蝕缺陷、機(jī)械劃傷或制造缺陷)和焊縫缺陷。依據(jù)缺陷的兩輪或多輪比對(duì)結(jié)果，能夠分析缺陷數(shù)量和程度的變化情況，從而評(píng)估其對(duì)管道危害的嚴(yán)重程度。01變形缺陷的比對(duì)依據(jù)查閱公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料，筆者尚未發(fā)現(xiàn)變形缺陷被納入內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)的范疇，但是幾何變形檢測(cè)是油氣管道內(nèi)檢測(cè)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，且變形缺陷作為管道缺陷的一種常見(jiàn)形式，威脅著管道的安全運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致管體失效，故很有必要對(duì)檢測(cè)兩次及以上的變形缺陷進(jìn)行比對(duì)。變形缺陷主要包括凹陷、褶皺、屈曲等。在管道基礎(chǔ)特征對(duì)齊的基礎(chǔ)上，變形缺陷主要依據(jù)前后環(huán)焊縫的相對(duì)距離、鐘點(diǎn)方位等數(shù)據(jù)差別較小的特征來(lái)完成對(duì)齊。因?yàn)樽冃稳毕莸拈L(zhǎng)度、寬度和深度數(shù)值一般較大且其數(shù)量相對(duì)較少，所以實(shí)現(xiàn)比對(duì)較為容易。針對(duì)對(duì)齊后變形增大的缺陷，可以參考腐蝕缺陷的全壽命增長(zhǎng)速率的計(jì)算方法來(lái)評(píng)估和預(yù)測(cè)變形缺陷的增長(zhǎng)速率和發(fā)展情況，計(jì)算方法如下式所示：RD

=(D2-D1)·r/(T2-T1)式中：RD為變形缺陷的增長(zhǎng)速率；r為管道外徑；D2為下一輪檢測(cè)的變形程度；D1為上一輪檢測(cè)的變形程度，若無(wú)，則為管道無(wú)變形；T2為下一輪檢測(cè)的年份；T1為上一輪檢測(cè)的年份。由變形缺陷比對(duì)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)變形缺陷數(shù)量或尺寸有差別是由變形檢測(cè)器的精度和置信度不同或作業(yè)環(huán)境不同導(dǎo)致的，整體對(duì)齊率較高。(2)能夠識(shí)別新增變形缺陷，通過(guò)計(jì)算增長(zhǎng)速率可以預(yù)測(cè)變形缺陷的發(fā)展情況，為制定修復(fù)計(jì)劃和下一輪檢測(cè)提供依據(jù)。(3)通過(guò)比對(duì)修復(fù)后的變形缺陷，尤其是去除約束后存在回彈或回圓的變形缺陷，能夠評(píng)估回彈后的變形情況和修復(fù)效果。02金屬損失缺陷的比對(duì)金屬損失缺陷是影響管道安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素，主要包括腐蝕、機(jī)械劃傷、制造缺陷等。依據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)資料和工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)的工作主要是以金屬損失缺陷的增長(zhǎng)率及新增點(diǎn)為研究對(duì)象開(kāi)展的。在管道基礎(chǔ)特征對(duì)齊的基礎(chǔ)上，金屬損失缺陷主要根據(jù)前后環(huán)焊縫的相對(duì)距離、鐘點(diǎn)方位和表面位置等數(shù)據(jù)差別較小的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齊?？紤]到金屬損失缺陷的長(zhǎng)度、寬度和深度數(shù)值一般較小，其數(shù)量較多且有時(shí)分布較為密集，故不能把絕對(duì)里程、相對(duì)里程、深度、長(zhǎng)度及寬度等參數(shù)作為對(duì)齊的參考，加大對(duì)齊與比對(duì)的難度和工作量。金屬損失缺陷對(duì)齊后的比對(duì)工作首先根據(jù)兩輪或者多輪檢測(cè)數(shù)據(jù)源的精度、置信度或已知缺陷數(shù)據(jù)的檢測(cè)誤差等來(lái)設(shè)置評(píng)定金屬損失缺陷變化的閾值，可將其分成活性缺陷(深度增加≥閾值)、非活性缺陷(深度增加＜閾值)、新增缺陷(新增深度增加≥閾值)及其他缺陷4種類(lèi)型。通過(guò)計(jì)算新增缺陷的增長(zhǎng)速率，可以評(píng)估管道腐蝕的剩余壽命，并制定合理的維護(hù)維修計(jì)劃和滿足管道完整性管理的需求。金屬損失增長(zhǎng)速率的計(jì)算方法如下式所示：RML

=ΔMd·WT/Δt式中：RML為金屬損失的增長(zhǎng)速率；ΔMd為金屬損失深度在Δt時(shí)間內(nèi)的增量；WT為管道壁厚。若采用全壽命法，則Δt為該次檢測(cè)日期與上一輪檢測(cè)日期的間隔；若采用半壽命法，則Δt為該次檢測(cè)日期與上一輪檢測(cè)日期間隔的一半。管道腐蝕剩余壽命采用《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則長(zhǎng)輸(油氣)管道》的方法進(jìn)行計(jì)算，具體方法如下式所示：RL

=C×SM·(t/GR)式中：RL為管道剩余壽命；C為校正系數(shù)，C=0.85；GR為腐蝕速率；t為名義厚度；SM為安全裕量。由金屬損失缺陷的比對(duì)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)金屬損失缺陷數(shù)量或者部分缺陷長(zhǎng)度、寬度和深度數(shù)據(jù)相差較大，這是由于檢測(cè)器精度和置信度不同或作業(yè)環(huán)境不同，但是大部分缺陷都能夠?qū)崿F(xiàn)比對(duì)。(2)其他類(lèi)型的缺陷是指最近一次內(nèi)檢測(cè)誤檢或者漏檢的缺陷。(3)通過(guò)比對(duì)修復(fù)后的金屬損失缺陷，能夠評(píng)估缺陷的修復(fù)效果，為后期的缺陷修復(fù)提供一定的指導(dǎo)。03焊縫缺陷的比對(duì)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多起管道焊縫失效引起的事故，危害重大。焊縫缺陷是油氣管道的主要失效形式之一，已經(jīng)成為各大管道運(yùn)營(yíng)公司重點(diǎn)關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。焊縫缺陷主要包括環(huán)焊縫缺陷、螺旋焊縫缺陷和直焊縫缺陷。盡管在缺陷識(shí)別和尺寸量化方面精度相對(duì)不高，但是管道內(nèi)檢測(cè)仍是埋地管道焊縫缺陷特征數(shù)據(jù)最主要的來(lái)源，也是管道運(yùn)行公司焊縫缺陷排查和管理的主要依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外管道內(nèi)檢測(cè)公司正致力于攻關(guān)焊縫缺陷的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)精度。

在管道基礎(chǔ)特征對(duì)齊的基礎(chǔ)上，焊縫缺陷可依據(jù)鐘點(diǎn)方位，表面位置等數(shù)據(jù)相差較小的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)齊。由于內(nèi)檢測(cè)能力的局限性，焊縫缺陷長(zhǎng)度、寬度和程度等數(shù)據(jù)誤差相對(duì)較大，所以焊縫缺陷的比對(duì)相對(duì)較為困難，尤其是不同檢測(cè)商的焊縫缺陷比對(duì)。鑒于國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)基于內(nèi)檢測(cè)方法的焊縫異常分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司、中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院等根據(jù)管道運(yùn)行公司的需求，參照各自管體金屬損失評(píng)價(jià)方法，將焊縫異常分級(jí)為輕度、中度和重度，以作為焊縫缺陷的增長(zhǎng)速率和剩余壽命預(yù)測(cè)的計(jì)算和評(píng)價(jià)方法。由焊縫缺陷的比對(duì)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)可以估算焊縫缺陷的生長(zhǎng)發(fā)展情況，分析焊縫缺陷產(chǎn)生的原因。(2)焊縫缺陷大多是在施工制造階段產(chǎn)生的，非活性缺陷較多。(3)建議管道運(yùn)行公司根據(jù)焊縫缺陷的程度進(jìn)行底片復(fù)評(píng)或選擇性開(kāi)挖，并采用有效的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。3管道坐標(biāo)的比對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)器上加載IMU已成為國(guó)內(nèi)外油氣長(zhǎng)輸管道常用的測(cè)繪方法，將IMU數(shù)據(jù)與變形、漏磁、超聲等內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)匹配，可以獲取管道的全部特征和中心線的精確坐標(biāo)。管道基礎(chǔ)特征和缺陷特征的對(duì)齊，意味著坐標(biāo)數(shù)據(jù)也完成了對(duì)齊。由IMU內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)通過(guò)相互驗(yàn)證不同檢測(cè)商的管道特征和中心線的坐標(biāo)精度，結(jié)合更多的管道精確坐標(biāo)數(shù)據(jù)源(修正點(diǎn))對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行修正，可以獲取更高精度的管線坐標(biāo)。(2)作為管道特征的新型定位手段，管道缺陷和基礎(chǔ)特征坐標(biāo)精度的提高，極大滿足了快速精確定位管道特征(比如焊縫、缺陷等)的需求，不但大大降低了開(kāi)挖工作量和費(fèi)用，還有助于維修方案的制定和保證維修維護(hù)的及時(shí)性。(3)依據(jù)兩輪及多輪的IMU內(nèi)檢測(cè)中心線測(cè)繪數(shù)據(jù)，能夠計(jì)算出管道全線的應(yīng)變和位移變化，從而識(shí)別位移變化較大或較快的缺陷或其他特征點(diǎn)，便于管道缺陷的維修和維護(hù)，同時(shí)有助于監(jiān)測(cè)和預(yù)警可能引起高風(fēng)險(xiǎn)和高后果區(qū)的管道位置。(4)內(nèi)檢測(cè)與IMU結(jié)合獲得的管線坐標(biāo)精度受IMU自身的精度、參考修正點(diǎn)的坐標(biāo)精度和數(shù)據(jù)結(jié)算及整合技術(shù)能力等的影響，這也是導(dǎo)致坐標(biāo)數(shù)據(jù)比對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的原因。建議管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)是目前各大管道公司檢測(cè)管道狀況和位置信息及支撐完整性管理的首選手段。在發(fā)展管道系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的道路上，如何應(yīng)用和管理管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)保障管道的安全運(yùn)行是目前一項(xiàng)緊要的任務(wù)。筆者在管道內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)方面提出以下建議：1內(nèi)檢測(cè)和管道運(yùn)行公司等應(yīng)加大對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)深度挖掘和綜合利用方面的研究，尤其是在多輪內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)方面，應(yīng)建立管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)和綜合分析機(jī)制。2管道運(yùn)營(yíng)公司在進(jìn)行下一輪內(nèi)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)明確