肖志

西部管道酒泉输油气分公司酒泉维抢修中心

摘要：换管作业作为油气管道失效后的一种永久修复方式被广泛采用。换管作业辅助平台集合换管作业所需物资、设备、焊接工艺评定、下料计算方法、作业规范等数据，采用VB编程语言开发。系统可安装在手机或平板终端，实现数据查询、下料计算、自动生成记录等功能，缩短作业时间，提升抢修效率。

关键词：油气管道；抢险；换管作业辅助平台；下料计算；作业记录；抢修效率

换管作业前期需要查询失效管道规格及材质、对应的管材焊材储备、支持的焊接工艺规程、抢修设备等是否满足断管需求，以往人工核查数据耽误较多时间，现场采用人工计算下料尺寸存在计算偏差等问题，影响组对质量。通过研发管道换管作业辅助平台，可以帮助员工在抢修作业时快速查阅数据，准确计算下料尺寸，提升工作效率。

1  平台功能与框架

1.1  功能开发

（1）方便用户查询管道规格、材质、焊材储备情况、管材储备及断管设备配置情况，选择确定焊接工艺规程及断管所用设备。

（2）用户只需简单输入现场测量数据便可快速查询换管作业所需参数。

（3）为用户提供按4、8、12三种等分方式确定管口圆周等分数量。

（4）平台根据所选焊接工艺规程组对尺寸要求、管口等分数量、现场测量值等，自动计算管道下料尺寸。

（5）自动生成换管作业记录。

1.2  框架结构

平台框架结构及运行流程见图 1。

2  平台搭建  

2.1  数据收集及整理

抢修业务范围包括西气东输一二三线西段、乌兰成品油管道及鄯兰原油管道。收集并整理规格材质、在用焊接工艺规程、管材储备、焊材储备、抢修设备配置及适用范围、管道下料组对计算方法等相关数据，保证数据结构一致。焊接工艺规程数据多为纸质版或电子版图片格式，需要进行信息化处理，包括工艺规程适用的管道规格、材质、管道坡口大小、组对尺寸要求；焊材规格、型号以及焊材预热要求；管道预热要求、焊后保温要求；焊接设备要求及所用气体要求等。

2.2 下料尺寸计算方法

下料尺寸计算方法要适用不同口径管道下料组对，对目前采用的几种方法从操作难度、计算难度、自动化实现难易、准确性四个方面进行比选，最终选用三角函数法处理斜口问题。

受应力、切割方式等影响，管道切开后在垂直或者水平面上表现为斜口，如图 2所示，可以比较直观地看到管口各点的轴向差值与其在测量点所对应的直径上的投影呈线性关系。例如测量点O1－O1＇的轴向差为x，另有一点On在直径O1－O1＇的投影为k，其所对应的轴向差为kx，也可认为是O1测量值对On的影响。因此，求取O1对On的影响可以转化为求取On在O1－O1＇上的投影。从几何考虑是一个简单的三角函数，若在划线时将管口n等分，则等分角α为360°/n，此时自下而上各点的系数值为显然此时m与图中的n意义不同，因为管工习惯自上而下进行点位标注，代换可得：

进一步替换α可得到系数k的通式：

式中，n表示对管道进行n等分；m表示自上而下计数的第m个点；km表示O1对Om的影响系数。

图 2 管道斜口形貌示意图

根据系数可以得出管口各点轴向差值。需要注意的是，这只是经过圆中心一条线的轴向差值计算，两条线构成一个面，在实际应用中还需要计算另外一条经过圆中心线的轴向差值进行叠加。为了计算方便一般选取两条垂直线的轴向差值进行叠加，同时根据现场实际需求，一般将管口进行4、8、12等分即可完成准确的下料计算。

以上只是斜口处理方法，还需要测量两管口对应时钟方位的间距，结合焊接工艺规程中组对尺寸要求计算输出下料尺寸。

2.3  焊材消耗计算方法

作业过程中焊材的消耗与管径大小、组对间隙、坡口角度、管道壁厚、钝边、坡口形式以及焊材本身比重和熔敷率相关。除了焊材比重和熔敷率外，其他数据均可从焊接工艺规程得出，因此平台只需收集整理每类焊材的比重、熔敷率即可。根据焊接工艺规程对坡口形式要求，再调用焊接工艺规程关于组对间隙、坡口角度、管道壁厚等参数，按照常规焊材消耗计算公式即可完成计算。另外管道壁厚、管径等经平台查询即可得出。需要注意的是焊接工艺规程上述参数大都是一个范围值，一般都选最大值测算最大使用量，以此为作业做充足保证。

2.4  作业记录生成

作业记录是重要的施工档案资料，必须记录准确。抢修现场往往由于时间紧迫疏忽对作业数据进行记录，导致后期归档数据缺失。为此在平台添加作业记录功能，制作作业记录模板，抽取管道规格、焊接工艺规程、现场测量数据、计算数据等作业过程相关信息，生成作业记录。

2.5  信息查询

平台信息查询模块内容包括管材储备查询、焊材储备查询及抢修设备查询等。用户根据需求选择对应的检索信息，从系统数据库中直接输出查询结果。

3  结语

换管作业辅助平台在应急情况下快速准确提供换管作业所需焊材、管材、抢修设备等储备情况，帮助管理者做出应急抢修决策，辅助作业人员快速、准确完成下料，保证组对质量，严格执行焊接工艺规程保证焊接质量，提升作业效率和质量。该平台目前只能开展碰死口组对下料计算，后续将增加S弯、摆头弯作业下料计算功能，届时该平台将既可用于抢修作业，也可用于计划性动火作业和建设施工作业。

作者简介：肖志，1986年生，工程师，现主要从事长输管道抢险专业方向的研究工作。联系方式：0937-5988460，xiaozhi@pipechina.com.cn。