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。換管作業輔助平臺集合換管作業所需物資、設備、焊接工藝評定、下料計算方法、作業規范等數據，采用VB編程語言開發。系統可安裝在手機或平板終端，實現數據查詢、下料計算、自動生成記錄等功能，縮短作業時間，提升搶修效率。

關鍵詞：油氣管道；搶險；換管作業輔助平臺；下料計算；作業記錄；搶修效率

換管作業前期需要查詢失效管道規格及材質、對應的管材焊材儲備、支持的焊接工藝規程、搶修設備等是否滿足斷管需求，以往人工核查數據耽誤較多時間，現場采用人工計算下料尺寸存在計算偏差等問題，影響組對質量。通過研發管道換管作業輔助平臺，可以幫助員工在搶修作業時快速查閱數據，準確計算下料尺寸，提升工作效率。

1  平臺功能與框架

1.1  功能開發

（1）方便用戶查詢管道規格、材質、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）用戶只需簡單輸入現場測量數據便可快速查詢換管作業所需參數。

（3）為用戶提供按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、現場測量值等，自動計算管道下料尺寸。

（5）自動生成換管作業記錄。

1.2  框架結構

平臺框架結構及運行流程見圖 1。

2  平臺搭建  

2.1  數據收集及整理

搶修業務范圍包括西氣東輸一二三線西段、烏蘭成品油管道及鄯蘭原油管道。收集并整理規格材質、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數據，保證數據結構一致。焊接工藝規程數據多為紙質版或電子版圖片格式，需要進行信息化處理，包括工藝規程適用的管道規格、材質、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、自動化實現難易、準確性四個方面進行比選，最終選用三角函數法處理斜口問題。

受應力、切割方式等影響，管道切開后在垂直或者水平面上表現為斜口，如圖 2所示，可以比較直觀地看到管口各點的軸向差值與其在測量點所對應的直徑上的投影呈線性關系。例如測量點O1－O1＇的軸向差為x，另有一點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。從幾何考慮是一個簡單的三角函數，若在劃線時將管口n等分，則等分角α為360°/n，此時自下而上各點的系數值為顯然此時m與圖中的n意義不同，因為管工習慣自上而下進行點位標注，代換可得：

進一步替換α可得到系數k的通式：

式中，n表示對管道進行n等分；m表示自上而下計數的第m個點；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軸向差值。需要注意的是，這只是經過圓中心一條線的軸向差值計算，兩條線構成一個面，在實際應用中還需要計算另外一條經過圓中心線的軸向差值進行疊加。為了計算方便一般選取兩條垂直線的軸向差值進行疊加，同時根據現場實際需求，一般將管口進行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，還需要測量兩管口對應時鐘方位的間距，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

作業過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。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、管徑等經平臺查詢即可得出。需要注意的是焊接工藝規程上述參數大都是一個范圍值，一般都選最大值測算最大使用量，以此為作業做充足保證。

2.4  作業記錄生成

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

2.5  信息查詢

平臺信息查詢模塊內容包括管材儲備查詢、焊材儲備查詢及搶修設備查詢等。用戶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結果。

3  結語

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

作者簡介：肖志，1986年生，工程師，現主要從事長輸管道搶險專業方向的研究工作。聯系方式：0937-5988460，xiaozhi@pipechina.com.cn。