一种油气管道外腐蚀缺陷剩余强度测量装置与评价方法与流程

本发明涉及管道缺陷测量与完整性评价技术领域，尤其涉及一种用于管道外腐蚀缺陷尺寸测量与剩余强度评价的方法与装置。

背景技术：

管道是输送石油天然气资源的一种较为安全和经济的运输方式。随着石油天然气的开发与利用，在役管道数量不断增加。但早期建设的管道已经服役多年，其表面遭受了严重的腐蚀作用。管线钢腐蚀使壁厚局部减薄，管壁承压能力减小，因此为保证管道能继续安全运行，需要定期地检测管道缺陷并对其进行剩余强度评价，根据评价结果进行有计划的维护维修。

目前，公知的涉及管道缺陷检测方法有内检测和外检测。其中内检测方法如漏磁内检测、超声波检测是将内检测器放置在管道内，在输送介质的压力下沿管道移动，同时检测管道的缺陷信息，然后再将检测数据导出，利用专业的评价软件进行剩余强度评价。这种方法将管道检测与评价两个过程分别进行，并且只能检测缺陷的最大深度与最大轴向长度，难以对缺陷的形貌进行详细描述。管道外检测技术一般用于对防腐层破裂的检测，同样不能检测出缺陷的详细尺寸。目前应用较多的管道缺陷评价方法有ASME B31G评价方程、PRORRC评价方程和BS 7910评价方程，使用这些方程进行评价时只需要腐蚀缺陷的最大深度和轴向投影长度，因此前述的内检测经常与这些方程配合使用。但它们的评价结果都较为保守，造成了管道不必要的维修或更换，增加了经济投入。ASME B31G-2009管道剩余强度评价标准将上述评价方程列为一级评价水平，将RSTRENG有效面积法定位为二级评价水平，其评价保守性较一级评价显著降低，但应用RSTRENG有效面积法时需要管道缺陷的详细腐蚀形貌，而如前所述的各种检测方法难以满足这种检测精度。

技术实现要素：

针对现有检测技术难以详细测量腐蚀缺陷形貌、一般评价方程评价结果过于保守、检测与评价两个过程相互孤立的现状，本发明提供一种油气管道外腐蚀缺陷剩余强度测量装。该方法将管道腐蚀缺陷检测与评价相结合，实现同步完成，对缺陷关键点的空间坐标进行详细描述，将RSTRENG有效面积法封装在配套评价系统中，适用于管道巡线、开挖现场使用。

本发明的另一目的在于提供一种油气管道外腐蚀缺陷剩余强度评价方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

测量装置，包括主支架、轴向尺、周向尺和径向探针组成；主支架两侧分别设置一道滑轨，轴向尺滑动设置在主支架滑轨上；轴向尺内部中空，轴向尺中空内壁的两侧各有一条弧状滑轨，周向尺滑动设置在弧状滑轨上；周向尺上固定一个套筒，径向探针穿过套筒。

所述的主支架为弯曲面，主支架与所测管道具有相同的曲率半径，主支架滑轨的截面形状为T形，主支架两端各有一把手。

所述的轴向尺呈圆拱形，圆心与被测管道轴线重合；轴向尺两端各有一个T形爪，T形爪与主支架滑轨相匹配。

所述的周向尺运动轨迹为圆心与所测管道轴线重合的圆弧。

所述的径向探针一端较为尖锐，由硬质金属制成；径向探针相对于周向尺上下移动，移动轨迹与被测管道的半径方向重合。

所述的测量装置共安装有三对容栅位移传感器；其中主支架滑轨上安装定栅，轴向尺的两端T形爪上安装动栅；轴向尺的弧形滑轨上安装定栅，周向尺两侧凸棱上安装动栅；周向尺套筒内表面安装定栅，径向探针表面安装动栅；当安装动栅的部件相对于安装定栅的部件有相对位移时，就会由容栅传感器将位移量转化为数字信号传输到计算机。

本发明评价方法包括下述步骤：将测量装置贴合在管道上，使测量装置能够完全覆盖管道外腐蚀缺陷；移动轴向尺和周向尺到腐蚀坑的关键点位置，将径向探针向下按，使探针定位尖与缺陷点底部接触，按动定位按钮采集该测量点的坐标值；测量点的坐标数据通过数据传输线传递到评价系统上，用户将该点编号；待缺陷底部全部关键点测量完毕后，系统将绘制缺陷的纵向剖面图，并根据RSTRENG有效面积法计算此缺陷的剩余强度；根据剩余强度值与管道最大允许操作压力（MAOP）比较，给出维修意见。

本发明包括测量装置和评价系统两部分组成。其中测量装置用于测量管道外壁腐蚀缺陷内若干关键点的空间坐标，并通过传输线路将数据传递到计算机。评价系统根据这些坐标值绘制缺陷的纵向剖面图，然后根据RSTRENG有效面积法计算缺陷的剩余强度，给出管道维护与维修意见。具体优点效果如下：

1、将管道缺陷检测与剩余强度评价结合为一个整体，使两个过程同时进行，提高了评价效率。

2、测量装置由空间柱坐标系三个方向的测量尺构成，能够测量管壁外表面任意点的空间坐标。

3、各个测量尺之间安装容栅位移传感器，使得读数、校准更加快捷方便。

4、测量装置与评价软件之间有数据传输线路连接，测量结果能够实时地显示在计算机屏幕上，当测量完成后，软件及时地给出评价结果和建议，为管道维护维修提供参考。

附图说明

图1是本发明的整套装置连接与布置图。

图2是本发明中测量装置的立体结构图。

图3是本发明中轴向尺的结构图。

图4是本发明中由周向尺与径向探针组成的滑块结构图。

图5是评价软件绘制的实际管道腐蚀缺陷纵向剖面图。

图中装置构成为：1、被测管道；2、管壁外腐蚀缺陷；3、测量装置；4、数据传输线；5、计算机；6、主支架；7、轴向尺；8、周向尺；9、把手；10、主支架滑轨；11、弧形滑轨；12、T型爪；13、定位按钮；14、径向探针；15、套筒；16、探针定位尖;A、腐蚀坑。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1-4所示，油气管道外腐蚀缺陷剩余强度评价方法与装置由测量装置3和计算机5构成。剩余强度评价系统安装在计算机5上，测量装置3与计算机5通过数据传输线4连接。对管道外腐蚀缺陷进行剩余强度评价时，将测量装置贴合在管道上，使测量装置能够完全覆盖管道外腐蚀缺陷2。移动轴向尺7和周向尺8到腐蚀坑的关键点位置，将径向探针14向下按，使探针定位尖16与缺陷点底部接触，按动定位按钮13采集该测量点的坐标值。测量点的坐标数据通过数据传输线4传递到评价系统上，用户将该点编号。待缺陷底部全部关键点测量完毕后，系统将绘制缺陷的纵向剖面图，并根据RSTRENG有效面积法计算此缺陷的剩余强度。根据剩余强度值与管道最大允许操作压力（MAOP）比较，给出维修意见。

如图2、3所示，测量装置主支架6呈弯曲圆弧状，与被测管道具有相同的曲率半径，因此能够完全贴合在管道外壁面。其大小（即长和宽）可有不同型号，实际应用中根据腐蚀缺陷的实际大小选用，应使主支架略大于缺陷。主支架6两端各有一个把手9，方便搬运设备。主支架两侧各有一条滑轨10，截面成T字形，可与轴向尺的T型爪12装配在一起，使轴向尺7能够沿管道轴向移动。轴向尺7呈圆拱状，圆心与管道轴线重合，半径大于管道外径。在主支架滑轨10表面和轴向尺T型爪12底面分别贴合了定栅和动栅，构成一对容栅位移传感器。当轴向尺7相对于主支架6产生相对位移时，传感器将位移值以电信号形式传递到计算机，得到测量点的轴向坐标。

如图3、4所示，轴向尺7内部为中空结构，两侧各有一道弧形滑轨11，与周向尺8两侧凸棱装配，使周向尺8能够在轴向尺7上移动，移动轨迹为圆弧形，其圆心与被测管道轴线重合。在弧形滑轨11侧面与周向尺凸棱侧面分别贴合定栅和动栅，构成一对容栅位移传感器，当周向尺8相对于轴向尺7做周向移动时，其位移值被传感器传递到计算机，形成测量点的周向坐标。

如图4所示，周向尺8上固定一个套筒15，径向探针14插入到套筒内，与套筒间有轻弹簧支撑。自然状态时，在弹簧力作用下，探针定位尖16在管道外表面上方。当把轴向尺7和周向尺8移动到测量点上方时，向下按定位按钮13，使径向探针14整体向下移动。当探针定位尖16触碰到腐蚀坑表面时，再施加一个更大的压力，触发定位按钮13的开关。此时径向探针14相对于套筒15的移动位移由他们之间的容栅位移传感器捕获，当定位按钮13开关被启动瞬间，位移值由传输线传递到计算机，形成测量点的腐蚀深度坐标。

下面进一步说明应用本发明的具体操作方法。

对管道外径为457mm、壁厚7.9mm、最大允许操作压力为9.5MPa的某成品油管道一处表面腐蚀缺陷进行剩余强度评价。首先向评价软件中输入管道的基本参数，然后将管道表面清理干净，用钢刷除去腐蚀坑内的腐蚀产物，将主支架6放置到管道表面。移动轴向尺7和周向尺8，到主支架的一角，在软件中设置坐标归零。移动周向尺到管道未发生腐蚀的区域，按下径向探针，使探针定位尖16与管道外壁面接触，在软件中设置深度坐标归零。至此已经做好了测量的准备工作。下面配合移动轴向尺、周向尺和径向探针，记录腐蚀坑内多处关键点的坐标，完成测量工作后，使用软件中的绘图功能，绘制腐蚀坑的纵向剖面图，如图5所示。使用软件中的评价功能，计算得到此缺陷的极限承压能力为10.99MPa，大于管道最大允许操作压力，因此给出的维修建议为涂抹沥青等防腐层，对此缺陷进行保护，防止进一步腐蚀，而不需要焊接补强板或更换局部管段。

以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果。只要满足使用需要，都在本发明的保护范围内。