歐新偉 陳朋超 王立輝 裴東波

中國石油管道公司

摘 要： 通過數據對齊，實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鐘方位等信息進行精確確認。借助坐標信息實現對疑似黑口定位開挖，獲取開挖后焊口時鐘方位信息，計算交角間距，確定開挖焊口的準確性。通過整套操作流程，最終實現對疑似黑口的質量風險識別。

關鍵詞： 疑似黑口；數據對齊；時鐘方位；定位

油氣管道進行管段焊接時，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、管節長度、施工日期等相關信息，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，給管道帶來潛在安全隱患，這些焊口統稱為疑似黑口。本文通過對疑似黑口的識別研究，提出了疑似黑口的識別、確認方法以及現場定位技術。

1 疑似黑口的類型及確認流程

1.1 疑似黑口的類型

（1）截管

為方便施工，把較長的管段分為多個小段即為截管，且截管前后管長一致（圖 1）。大部分管段在進行截管之后，沒有進行正常的無損檢測和底片拍攝，沒有及時識別焊接過程中可能存在的缺陷，對潛在的風險不能及時排查，為運營期管道的安全帶來隱患。

圖1 截管示意圖

（2）合管

合管指用較長的管段替換多個小段，且替換前后管長一致（圖 2）。合管完成之后如果對焊口重新進行無損檢測和底片拍攝，識別焊口缺陷，也能消除合管帶來的風險。

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施工安裝記錄，無法通過焊口編號查找與之對應的檢測報告、 RT射線圖，從管長上難以判斷（圖 3）。從建設期數據中無法查找焊口信息，在做內檢測之前對焊口的質量狀況是不確定的。

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核實原始施工記錄、無損檢測申請（委托單）、無損檢測記錄（報告）、底片上的焊口編號是否一致，不同資料的時間關系是否合乎邏輯并滿足建設期施工要求。②核實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。如果都能滿足要求，需要對疑似黑口進行銷項，不再進行現場開挖驗證。否則，需要進行現場開挖驗證，根據開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行一一對應[1]，以數據中相同且固定的特征標識（閥門、三通、彎頭）為起始點，比對每一根管節長度，通過管長最小差實現二者數據的對齊。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）進行一致性和邏輯關系復核。數據對齊對于疑似黑口的準確定位至關重要，一旦出錯，后續工作均會受到影響。在數據對齊表中需要記錄管線名稱、標段、壁厚、樁號里程、管號、焊口編號、施工管長、施工日期，以及內檢測的焊縫編號、管長、檢測里程、設備和缺陷等信息，從中可以直觀查看施工記錄和內檢測的對應關系（圖 5）。

圖5 數據對齊流程

3 時鐘方位信息提取

在建設期，按照規定會對每道焊口進行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，也會記載每道焊口上下游管道焊縫與該焊口交點時鐘方位，通過時鐘方位計算，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焊縫的時鐘方位，通過計算交點間距，與建設期焊口交點間距進行比對，可以精確定位對應關系。交角間距可通過下式計算：

式中： D 為管徑， mm； Δx 為小時差； Δy 為分鐘差。

通過計算如果發現相鄰幾根管段的螺旋焊縫與環焊縫交點的交角間距都比較接近，就需要借助相鄰環焊縫的交角間距信息進一步確認。

4 現場定位

在確認疑似黑口之后，需要進行現場開挖確認是否屬于黑口�，F場開挖最難的是焊口定位，定位準確，可以避免誤開挖，否則，會導致過量開挖。在內檢測過程中，如果同步進行了慣性導航測量，可以得到每個焊口的坐標，并通過一定的坐標轉換，把焊口坐標數據導入到GPS設備中。現場坐標定位，也就是內檢測數據定位。內檢測數據定位實質是采用地面標記將長輸管道分段（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造成一定偏差[6-8]，實施過程中需要根據現場具體情況判斷疑似黑口可能偏移的方向。可利用管道某些特征點（三通、彎頭、閥門）作為參照物進行地面定位，一定程度削減了地面定位的誤差[9-12]。

而沒有進行慣性導航測量的管線，需要從PipeImage軟件中讀取環焊縫的里程值，與管道沿線樁號里程值進行比對，找出與疑似黑口最近的樁號，根據里程值差通過拉尺進行查找。如果現場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，可分析內檢測數據，查找疑似黑口附近的特征點（如彎頭、閥門等），通過樁號及距離進行初步定位，然后再通過該特征點與環焊縫的距離完成疑似黑口的準確地面定位。

5 現場測量

為保證開挖的準確性，需要借助每道開挖焊口的時鐘方位信息進行確認。同時，由于螺旋焊縫與環焊縫交點位置的不固定性，給現場讀取交點時鐘方位帶來不便。借助螺旋焊縫時鐘位置和環焊縫時鐘位置1 小時變化情況，通過推算，可以計算出時鐘位置，其計算公式為：

式中： L 為螺旋焊縫時鐘位置變化1小時的軸向距離， mm； L` 為環焊縫時鐘位置變化1小時的環向長度， 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。

現場借助拉尺，可準確定位螺旋焊縫與環焊縫交點的時鐘位置。

6 結論

疑似黑口存在很大安全風險，需要企業花費大量人力、物力進行排查，降低其對管道安全的影響。通過資料收集、數據對齊、信息提取、開挖驗證等技術手段，準確識別疑似黑口，進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年畢業于武漢大學攝影測量與遙感專業，現從事管道完整性管理研究工作。