Acuren公司開發3D管道結構掃描工具用于管道缺陷可靠性評價

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Acuren公司開發3D管道結構掃描工具用于管道缺陷可靠性評價

隨著管道運行年限逐年增長，運營商將面臨來自管道失效風險不斷增長的管理壓力。缺陷的可靠性評估是降低管道失效風險的重要方法，其主要基于對管道缺陷的力學性能分析。

Acuren公司開發的3D管道結構掃描工具，通過光學掃描對管道外表面腐蝕和凹陷等缺陷進行掃描，能夠精確的捕獲管體缺陷的結構特征，為接下來的力學性能評估提供可靠的數據基礎，掃描數據還將錄入運營商的管道可靠性數據庫中，為管道完整性管理提供數據基礎。

Acuren公司3D管道掃描工具分為手持激光型、結構光掃描型和機械自動激光型，如圖1所示。掃描儀通過扇形激光束對管道缺陷的表面結構進行逐行測量，并利用配套軟件分析腐蝕深度，修正管道圓周造成的誤差，得出管道焊縫、凹陷、波紋表面及對接錯位的焊接點等異常位置精確的腐蝕情況3D繪圖。

圖1 手持型激光掃描儀（左）、結構光型掃描儀（中），機械型激光掃描儀（右）

手持型掃描儀的掃描速度與分辨率設置有關，分辨率越高掃描速度越慢，掃描結果的數據量也越大，通過設置參照物可以實現不同掃描系統之間的數據對比。機械自動型適用于大口徑管道上的大面積掃描，掃描儀通過馬達沿管壁自動移動，遇到管道正下方缺陷也無需操作人員躺在管道下面正對缺陷。結構光掃描儀可在1秒內對面積小于1m2的缺陷進行快照式掃描，可通過數據拼接實現大面積掃描。

掃描精度方面，目前尚無國際或國家標準涉及到管道光學掃描。測量復現性是指同一對象通過不同的系統進行測量所得結果的一致性，是評價掃描儀標準性的重要指標。通常，其他測量工具往往難以確定腐蝕的最深點，而對于光學掃描儀來說，掃描結果的差異，主要來自于對大面積缺陷相互作用的機理分析差異，而不是某一點處腐蝕的深度。

掃描儀制造商通用的長度校準件并不適用于管道的實際腐蝕表面，如果掃描結果的腐蝕深度不準確，對于管道的最大操作壓力的確定會造成嚴重影響。因此，掃描儀測量精度的評估應該基于自然腐蝕缺陷和人工制造缺陷的測量結果進行綜合考慮。

通過借鑒工業上的通用做法，如果掃描儀的腐蝕深度測量結果與傳統手動測量工具或者超聲波測量結果的差值小于0.1mm，說明掃描儀的測量精度非常高，如果差值大于0.25mm，需要分析測量差值產生的原因，以上標準主要針對壁厚在9.5mm以上的管道，如果管壁小于9.5mm，標準應該更加嚴格。

實際測量結果測試方面，Acuren公司用四套掃描系統（手持型1代、手持型2代、機械自動型和結構光型）分別對腐蝕缺陷進行三次掃描，測量結果的誤差如下：（1）手持型1代。誤差0.133mm，分辨率1.5mm；誤差0.041mm，分辨率1mm。（2）手持型2代。誤差0.017mm，分辨率1mm。（3）機械自動型。誤差0.043mm。（4）結構光型。0.150mm。

結果顯示，手持型2代的精確度最高，且較1代有很大改善，機械自動型和手持型2代小面積缺陷掃描最快速，結構光型的掃描精度偏低的原因，可能是由于快照曝光時的輕微移動所致，建議條件允許的情況下可架設三腳架等固定設備。

祝愨智 編譯自《World Pipeline》2015年10月