肖志

西部管道酒泉輸油氣分公司酒泉維搶修中心

摘要：換管作業(yè)作為油氣管道失效后的一種永久修復方式被廣泛采用。換管作業(yè)輔助平臺集合換管作業(yè)所需物資、設備、焊接工藝評定、下料計算方法、作業(yè)規范等數據，采用VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。系統可安裝在手機或平板終端，實(shí)現數據查詢(xún)、下料計算、自動(dòng)生成記錄等功能，縮短作業(yè)時(shí)間，提升搶修效率。

關(guān)鍵詞：油氣管道；搶險；換管作業(yè)輔助平臺；下料計算；作業(yè)記錄；搶修效率

換管作業(yè)前期需要查詢(xún)失效管道規格及材質(zhì)、對應的管材焊材儲備、支持的焊接工藝規程、搶修設備等是否滿(mǎn)足斷管需求，以往人工核查數據耽誤較多時(shí)間，現場(chǎng)采用人工計算下料尺寸存在計算偏差等問(wèn)題，影響組對質(zhì)量。通過(guò)研發(fā)管道換管作業(yè)輔助平臺，可以幫助員工在搶修作業(yè)時(shí)快速查閱數據，準確計算下料尺寸，提升工作效率。

1  平臺功能與框架

1.1  功能開(kāi)發(fā)

（1）方便用戶(hù)查詢(xún)管道規格、材質(zhì)、焊材儲備情況、管材儲備及斷管設備配置情況，選擇確定焊接工藝規程及斷管所用設備。

（2）用戶(hù)只需簡(jiǎn)單輸入現場(chǎng)測量數據便可快速查詢(xún)換管作業(yè)所需參數。

（3）為用戶(hù)提供按4、8、12三種等分方式確定管口圓周等分數量。

（4）平臺根據所選焊接工藝規程組對尺寸要求、管口等分數量、現場(chǎng)測量值等，自動(dòng)計算管道下料尺寸。

（5）自動(dòng)生成換管作業(yè)記錄。

1.2  框架結構

平臺框架結構及運行流程見(jiàn)圖 1。

2  平臺搭建  

2.1  數據收集及整理

搶修業(yè)務(wù)范圍包括西氣東輸一二三線(xiàn)西段、烏蘭成品油管道及鄯蘭原油管道。收集并整理規格材質(zhì)、在用焊接工藝規程、管材儲備、焊材儲備、搶修設備配置及適用范圍、管道下料組對計算方法等相關(guān)數據，保證數據結構一致。焊接工藝規程數據多為紙質(zhì)版或電子版圖片格式，需要進(jìn)行信息化處理，包括工藝規程適用的管道規格、材質(zhì)、管道坡口大小、組對尺寸要求；焊材規格、型號以及焊材預熱要求；管道預熱要求、焊后保溫要求；焊接設備要求及所用氣體要求等。

2.2 下料尺寸計算方法

下料尺寸計算方法要適用不同口徑管道下料組對，對目前采用的幾種方法從操作難度、計算難度、自動(dòng)化實(shí)現難易、準確性四個(gè)方面進(jìn)行比選，最終選用三角函數法處理斜口問(wèn)題。

受應力、切割方式等影響，管道切開(kāi)后在垂直或者水平面上表現為斜口，如圖 2所示，可以比較直觀(guān)地看到管口各點(diǎn)的軸向差值與其在測量點(diǎn)所對應的直徑上的投影呈線(xiàn)性關(guān)系。例如測量點(diǎn)O1－O1＇的軸向差為x，另有一點(diǎn)On在直徑O1－O1＇的投影為k，其所對應的軸向差為kx，也可認為是O1測量值對On的影響。因此，求取O1對On的影響可以轉化為求取On在O1－O1＇上的投影。從幾何考慮是一個(gè)簡(jiǎn)單的三角函數，若在劃線(xiàn)時(shí)將管口n等分，則等分角α為360°/n，此時(shí)自下而上各點(diǎn)的系數值為顯然此時(shí)m與圖中的n意義不同，因為管工習慣自上而下進(jìn)行點(diǎn)位標注，代換可得：

進(jìn)一步替換α可得到系數k的通式：

式中，n表示對管道進(jìn)行n等分；m表示自上而下計數的第m個(gè)點(diǎn)；km表示O1對Om的影響系數。

圖 2 管道斜口形貌示意圖

根據系數可以得出管口各點(diǎn)軸向差值。需要注意的是，這只是經(jīng)過(guò)圓中心一條線(xiàn)的軸向差值計算，兩條線(xiàn)構成一個(gè)面，在實(shí)際應用中還需要計算另外一條經(jīng)過(guò)圓中心線(xiàn)的軸向差值進(jìn)行疊加。為了計算方便一般選取兩條垂直線(xiàn)的軸向差值進(jìn)行疊加，同時(shí)根據現場(chǎng)實(shí)際需求，一般將管口進(jìn)行4、8、12等分即可完成準確的下料計算。

以上只是斜口處理方法，還需要測量?jì)晒芸趯�應時(shí)鐘方位的間距，結合焊接工藝規程中組對尺寸要求計算輸出下料尺寸。

2.3  焊材消耗計算方法

作業(yè)過(guò)程中焊材的消耗與管徑大小、組對間隙、坡口角度、管道壁厚、鈍邊、坡口形式以及焊材本身比重和熔敷率相關(guān)。除了焊材比重和熔敷率外，其他數據均可從焊接工藝規程得出，因此平臺只需收集整理每類(lèi)焊材的比重、熔敷率即可。根據焊接工藝規程對坡口形式要求，再調用焊接工藝規程關(guān)于組對間隙、坡口角度、管道壁厚等參數，按照常規焊材消耗計算公式即可完成計算。另外管道壁厚、管徑等經(jīng)平臺查詢(xún)即可得出。需要注意的是焊接工藝規程上述參數大都是一個(gè)范圍值，一般都選最大值測算最大使用量，以此為作業(yè)做充足保證。

2.4  作業(yè)記錄生成

作業(yè)記錄是重要的施工檔案資料，必須記錄準確。搶修現場(chǎng)往往由于時(shí)間緊迫疏忽對作業(yè)數據進(jìn)行記錄，導致后期歸檔數據缺失。為此在平臺添加作業(yè)記錄功能，制作作業(yè)記錄模板，抽取管道規格、焊接工藝規程、現場(chǎng)測量數據、計算數據等作業(yè)過(guò)程相關(guān)信息，生成作業(yè)記錄。

2.5  信息查詢(xún)

平臺信息查詢(xún)模塊內容包括管材儲備查詢(xún)、焊材儲備查詢(xún)及搶修設備查詢(xún)等。用戶(hù)根據需求選擇對應的檢索信息，從系統數據庫中直接輸出查詢(xún)結果。

3  結語(yǔ)

換管作業(yè)輔助平臺在應急情況下快速準確提供換管作業(yè)所需焊材、管材、搶修設備等儲備情況，幫助管理者做出應急搶修決策，輔助作業(yè)人員快速、準確完成下料，保證組對質(zhì)量，嚴格執行焊接工藝規程保證焊接質(zhì)量，提升作業(yè)效率和質(zhì)量。該平臺目前只能開(kāi)展碰死口組對下料計算，后續將增加S彎、擺頭彎作業(yè)下料計算功能，屆時(shí)該平臺將既可用于搶修作業(yè)，也可用于計劃性動(dòng)火作業(yè)和建設施工作業(yè)。

作者簡(jiǎn)介：肖志，1986年生，工程師，現主要從事長(cháng)輸管道搶險專(zhuān)業(yè)方向的研究工作。聯(lián)系方式：0937-5988460，xiaozhi@pipechina.com.cn。