本發(fā)明涉及管道缺陷測(cè)量與完整性評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于管道外腐蝕缺陷尺寸測(cè)量與剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)的方法與裝置。

背景技術(shù)：

管道是輸送石油天然氣資源的一種較為安全和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。隨著石油天然氣的開發(fā)與利用，在役管道數(shù)量不斷增加。但早期建設(shè)的管道已經(jīng)服役多年，其表面遭受了嚴(yán)重的腐蝕作用。管線鋼腐蝕使壁厚局部減薄，管壁承壓能力減小，因此為保證管道能繼續(xù)安全運(yùn)行，需要定期地檢測(cè)管道缺陷并對(duì)其進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行有計(jì)劃的維護(hù)維修。

目前，公知的涉及管道缺陷檢測(cè)方法有內(nèi)檢測(cè)和外檢測(cè)。其中內(nèi)檢測(cè)方法如漏磁內(nèi)檢測(cè)、超聲波檢測(cè)是將內(nèi)檢測(cè)器放置在管道內(nèi)，在輸送介質(zhì)的壓力下沿管道移動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)管道的缺陷信息，然后再將檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，利用專業(yè)的評(píng)價(jià)軟件進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)。這種方法將管道檢測(cè)與評(píng)價(jià)兩個(gè)過程分別進(jìn)行，并且只能檢測(cè)缺陷的最大深度與最大軸向長度，難以對(duì)缺陷的形貌進(jìn)行詳細(xì)描述。管道外檢測(cè)技術(shù)一般用于對(duì)防腐層破裂的檢測(cè)，同樣不能檢測(cè)出缺陷的詳細(xì)尺寸。目前應(yīng)用較多的管道缺陷評(píng)價(jià)方法有ASME B31G評(píng)價(jià)方程、PRORRC評(píng)價(jià)方程和BS 7910評(píng)價(jià)方程，使用這些方程進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)只需要腐蝕缺陷的最大深度和軸向投影長度，因此前述的內(nèi)檢測(cè)經(jīng)常與這些方程配合使用。但它們的評(píng)價(jià)結(jié)果都較為保守，造成了管道不必要的維修或更換，增加了經(jīng)濟(jì)投入。ASME B31G-2009管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將上述評(píng)價(jià)方程列為一級(jí)評(píng)價(jià)水平，將RSTRENG有效面積法定位為二級(jí)評(píng)價(jià)水平，其評(píng)價(jià)保守性較一級(jí)評(píng)價(jià)顯著降低，但應(yīng)用RSTRENG有效面積法時(shí)需要管道缺陷的詳細(xì)腐蝕形貌，而如前所述的各種檢測(cè)方法難以滿足這種檢測(cè)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)難以詳細(xì)測(cè)量腐蝕缺陷形貌、一般評(píng)價(jià)方程評(píng)價(jià)結(jié)果過于保守、檢測(cè)與評(píng)價(jià)兩個(gè)過程相互孤立的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種油氣管道外腐蝕缺陷剩余強(qiáng)度測(cè)量裝。該方法將管道腐蝕缺陷檢測(cè)與評(píng)價(jià)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)同步完成，對(duì)缺陷關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)描述，將RSTRENG有效面積法封裝在配套評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，適用于管道巡線、開挖現(xiàn)場使用。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種油氣管道外腐蝕缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

測(cè)量裝置，包括主支架、軸向尺、周向尺和徑向探針組成；主支架兩側(cè)分別設(shè)置一道滑軌，軸向尺滑動(dòng)設(shè)置在主支架滑軌上；軸向尺內(nèi)部中空，軸向尺中空內(nèi)壁的兩側(cè)各有一條弧狀滑軌，周向尺滑動(dòng)設(shè)置在弧狀滑軌上；周向尺上固定一個(gè)套筒，徑向探針穿過套筒。

所述的主支架為彎曲面，主支架與所測(cè)管道具有相同的曲率半徑，主支架滑軌的截面形狀為T形，主支架兩端各有一把手。

所述的軸向尺呈圓拱形，圓心與被測(cè)管道軸線重合；軸向尺兩端各有一個(gè)T形爪，T形爪與主支架滑軌相匹配。

所述的周向尺運(yùn)動(dòng)軌跡為圓心與所測(cè)管道軸線重合的圓弧。

所述的徑向探針一端較為尖銳，由硬質(zhì)金屬制成；徑向探針相對(duì)于周向尺上下移動(dòng)，移動(dòng)軌跡與被測(cè)管道的半徑方向重合。

所述的測(cè)量裝置共安裝有三對(duì)容柵位移傳感器；其中主支架滑軌上安裝定柵，軸向尺的兩端T形爪上安裝動(dòng)?xùn)牛惠S向尺的弧形滑軌上安裝定柵，周向尺兩側(cè)凸棱上安裝動(dòng)?xùn)?；周向尺套筒?nèi)表面安裝定柵，徑向探針表面安裝動(dòng)?xùn)牛划?dāng)安裝動(dòng)?xùn)诺牟考鄬?duì)于安裝定柵的部件有相對(duì)位移時(shí)，就會(huì)由容柵傳感器將位移量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

本發(fā)明評(píng)價(jià)方法包括下述步驟：將測(cè)量裝置貼合在管道上，使測(cè)量裝置能夠完全覆蓋管道外腐蝕缺陷；移動(dòng)軸向尺和周向尺到腐蝕坑的關(guān)鍵點(diǎn)位置，將徑向探針向下按，使探針定位尖與缺陷點(diǎn)底部接觸，按動(dòng)定位按鈕采集該測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值；測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線傳遞到評(píng)價(jià)系統(tǒng)上，用戶將該點(diǎn)編號(hào)；待缺陷底部全部關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量完畢后，系統(tǒng)將繪制缺陷的縱向剖面圖，并根據(jù)RSTRENG有效面積法計(jì)算此缺陷的剩余強(qiáng)度；根據(jù)剩余強(qiáng)度值與管道最大允許操作壓力（MAOP）比較，給出維修意見。

本發(fā)明包括測(cè)量裝置和評(píng)價(jià)系統(tǒng)兩部分組成。其中測(cè)量裝置用于測(cè)量管道外壁腐蝕缺陷內(nèi)若干關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)，并通過傳輸線路將數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)。評(píng)價(jià)系統(tǒng)根據(jù)這些坐標(biāo)值繪制缺陷的縱向剖面圖，然后根據(jù)RSTRENG有效面積法計(jì)算缺陷的剩余強(qiáng)度，給出管道維護(hù)與維修意見。具體優(yōu)點(diǎn)效果如下：

1、將管道缺陷檢測(cè)與剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)合為一個(gè)整體，使兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，提高了評(píng)價(jià)效率。

2、測(cè)量裝置由空間柱坐標(biāo)系三個(gè)方向的測(cè)量尺構(gòu)成，能夠測(cè)量管壁外表面任意點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

3、各個(gè)測(cè)量尺之間安裝容柵位移傳感器，使得讀數(shù)、校準(zhǔn)更加快捷方便。

4、測(cè)量裝置與評(píng)價(jià)軟件之間有數(shù)據(jù)傳輸線路連接，測(cè)量結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，當(dāng)測(cè)量完成后，軟件及時(shí)地給出評(píng)價(jià)結(jié)果和建議，為管道維護(hù)維修提供參考。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整套裝置連接與布置圖。

圖2是本發(fā)明中測(cè)量裝置的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明中軸向尺的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明中由周向尺與徑向探針組成的滑塊結(jié)構(gòu)圖。

圖5是評(píng)價(jià)軟件繪制的實(shí)際管道腐蝕缺陷縱向剖面圖。

圖中裝置構(gòu)成為：1、被測(cè)管道；2、管壁外腐蝕缺陷；3、測(cè)量裝置；4、數(shù)據(jù)傳輸線；5、計(jì)算機(jī)；6、主支架；7、軸向尺；8、周向尺；9、把手；10、主支架滑軌；11、弧形滑軌；12、T型爪；13、定位按鈕；14、徑向探針；15、套筒；16、探針定位尖;A、腐蝕坑。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例

如圖1-4所示，油氣管道外腐蝕缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法與裝置由測(cè)量裝置3和計(jì)算機(jī)5構(gòu)成。剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)5上，測(cè)量裝置3與計(jì)算機(jī)5通過數(shù)據(jù)傳輸線4連接。對(duì)管道外腐蝕缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，將測(cè)量裝置貼合在管道上，使測(cè)量裝置能夠完全覆蓋管道外腐蝕缺陷2。移動(dòng)軸向尺7和周向尺8到腐蝕坑的關(guān)鍵點(diǎn)位置，將徑向探針14向下按，使探針定位尖16與缺陷點(diǎn)底部接觸，按動(dòng)定位按鈕13采集該測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值。測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線4傳遞到評(píng)價(jià)系統(tǒng)上，用戶將該點(diǎn)編號(hào)。待缺陷底部全部關(guān)鍵點(diǎn)測(cè)量完畢后，系統(tǒng)將繪制缺陷的縱向剖面圖，并根據(jù)RSTRENG有效面積法計(jì)算此缺陷的剩余強(qiáng)度。根據(jù)剩余強(qiáng)度值與管道最大允許操作壓力（MAOP）比較，給出維修意見。

如圖2、3所示，測(cè)量裝置主支架6呈彎曲圓弧狀，與被測(cè)管道具有相同的曲率半徑，因此能夠完全貼合在管道外壁面。其大小（即長和寬）可有不同型號(hào)，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)腐蝕缺陷的實(shí)際大小選用，應(yīng)使主支架略大于缺陷。主支架6兩端各有一個(gè)把手9，方便搬運(yùn)設(shè)備。主支架兩側(cè)各有一條滑軌10，截面成T字形，可與軸向尺的T型爪12裝配在一起，使軸向尺7能夠沿管道軸向移動(dòng)。軸向尺7呈圓拱狀，圓心與管道軸線重合，半徑大于管道外徑。在主支架滑軌10表面和軸向尺T型爪12底面分別貼合了定柵和動(dòng)?xùn)?，?gòu)成一對(duì)容柵位移傳感器。當(dāng)軸向尺7相對(duì)于主支架6產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，傳感器將位移值以電信號(hào)形式傳遞到計(jì)算機(jī)，得到測(cè)量點(diǎn)的軸向坐標(biāo)。

如圖3、4所示，軸向尺7內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，兩側(cè)各有一道弧形滑軌11，與周向尺8兩側(cè)凸棱裝配，使周向尺8能夠在軸向尺7上移動(dòng)，移動(dòng)軌跡為圓弧形，其圓心與被測(cè)管道軸線重合。在弧形滑軌11側(cè)面與周向尺凸棱側(cè)面分別貼合定柵和動(dòng)?xùn)牛瑯?gòu)成一對(duì)容柵位移傳感器，當(dāng)周向尺8相對(duì)于軸向尺7做周向移動(dòng)時(shí)，其位移值被傳感器傳遞到計(jì)算機(jī)，形成測(cè)量點(diǎn)的周向坐標(biāo)。

如圖4所示，周向尺8上固定一個(gè)套筒15，徑向探針14插入到套筒內(nèi)，與套筒間有輕彈簧支撐。自然狀態(tài)時(shí)，在彈簧力作用下，探針定位尖16在管道外表面上方。當(dāng)把軸向尺7和周向尺8移動(dòng)到測(cè)量點(diǎn)上方時(shí)，向下按定位按鈕13，使徑向探針14整體向下移動(dòng)。當(dāng)探針定位尖16觸碰到腐蝕坑表面時(shí)，再施加一個(gè)更大的壓力，觸發(fā)定位按鈕13的開關(guān)。此時(shí)徑向探針14相對(duì)于套筒15的移動(dòng)位移由他們之間的容柵位移傳感器捕獲，當(dāng)定位按鈕13開關(guān)被啟動(dòng)瞬間，位移值由傳輸線傳遞到計(jì)算機(jī)，形成測(cè)量點(diǎn)的腐蝕深度坐標(biāo)。

下面進(jìn)一步說明應(yīng)用本發(fā)明的具體操作方法。

對(duì)管道外徑為457mm、壁厚7.9mm、最大允許操作壓力為9.5MPa的某成品油管道一處表面腐蝕缺陷進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)。首先向評(píng)價(jià)軟件中輸入管道的基本參數(shù)，然后將管道表面清理干凈，用鋼刷除去腐蝕坑內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物，將主支架6放置到管道表面。移動(dòng)軸向尺7和周向尺8，到主支架的一角，在軟件中設(shè)置坐標(biāo)歸零。移動(dòng)周向尺到管道未發(fā)生腐蝕的區(qū)域，按下徑向探針，使探針定位尖16與管道外壁面接觸，在軟件中設(shè)置深度坐標(biāo)歸零。至此已經(jīng)做好了測(cè)量的準(zhǔn)備工作。下面配合移動(dòng)軸向尺、周向尺和徑向探針，記錄腐蝕坑內(nèi)多處關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，完成測(cè)量工作后，使用軟件中的繪圖功能，繪制腐蝕坑的縱向剖面圖，如圖5所示。使用軟件中的評(píng)價(jià)功能，計(jì)算得到此缺陷的極限承壓能力為10.99MPa，大于管道最大允許操作壓力，因此給出的維修建議為涂抹瀝青等防腐層，對(duì)此缺陷進(jìn)行保護(hù)，防止進(jìn)一步腐蝕，而不需要焊接補(bǔ)強(qiáng)板或更換局部管段。

以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果。只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。