工業管道定期檢驗方案智能化制定方法研究*

呂 浩，蔡延彬，徐 誠，羅淦明，李文振

(廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院，廣東 東莞 523120)

近些年，我單位多次對轄區內多家石化公司的催化裂化裝置、延遲焦化裝置、煤制氫凈化裝置、PDH裝置、PP裝置等裝置的壓力管道進行基于RBI的定期檢驗。石化裝置的壓力管道具有數量大、公里數長、介質及工況復雜等特點[1]。在定期檢驗工作開始前，需要先根據介質特性、工作壓力、工作溫度、相關規范標準等參數和技術要求對每條壓力管道制定檢驗方案。傳統的壓力管道檢驗方案的制定是通過檢驗人員對介質特性和工況進行分析，然后根據相關規范和標準制定，但主要存在以下幾個潛在問題。

第一，單套石化裝置的壓力管道數量一般都在千條以上，長度為幾十至幾百公里，人工處理如此龐大數量的壓力管道的檢驗方案，工作強度大，效率低。第二，檢驗人員需要綜合參閱《職業性接觸毒物危害程度分級》GBZ 230-2010[2]、《石油化工企業設計防火規范》GB 50160-2018[3]、《建筑設計防火規范》GB 50016-2014[4]、《石油化工有毒、可燃介質鋼制管道工程施工及驗收規范》SH3501-2021[5]、《承壓設備損傷模式識別》GB/T 30579-2014[6]、《承壓設備無損檢測》NB/T 47013-2015[7]、《壓力管道規范-工業管道》GB/T 20801-2020[8]、《壓力管道定期檢驗規則-工業管道》TSG D7005-2018[9]、《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》TSG D0001-2009[10]等標準和技術規范進行檢驗方案的制定，工作強度大，效率低。第三，不同檢驗人員的檢驗能力、標準規范的理解程度、工作強度承受能力的不同，也會影響檢驗方案的質量和準確度。

為適應信息時代發展，提高壓力管道檢驗檢測效率及準確度，降低檢驗人員的工作強度，提出壓力管道定期檢驗方案智能化制定的方法，該方法是通過開發壓力管道參數和規范標準的大數據庫及對大數據庫的智能化運算系統，智能優化出合理的定期檢驗方案。

1 系統總體設計

提出的工業管道定期檢驗方案智能化制定系統主要組成和運行流程示意圖如圖1所示。該系統主要由數據導入單元、數據庫單元、數據處理單元、現場工況確認單元、檢驗方案輸出單元五部分組成。數據導入單元是將石化裝置所有壓力管道的主要設計、運行等參數導入系統，轉化為機器語言，為檢驗方案制定提供基礎數據。數據庫單元是將制定檢驗方案相關的技術規范、標準等技術規定轉化為可以搜索、提取、邏輯運算的數據庫。數據處理單元是將基礎數據依據技術規范、標準數據庫的要求進行分類、判斷、分析并推薦最佳檢驗方案。現場工況確認單元是檢驗人員根據壓力管道現場出現的特殊情況進行勾選確認，比如保溫層破損、雨水滲入、長期承受交變載荷、上次發現危險缺陷、首次定期檢驗等，確認后系統會重新分析推薦最終檢驗方案。檢驗方案輸出單元是將系統推薦的檢驗方案以PDF、word、打印等形式提供給檢驗人員，檢驗人員也可以采用防爆終端在檢驗現場進行查閱和數據處理。

2 系統各單元設計

2.1 數據導入單元

制定定期檢驗方案的第一步是將客戶提供的石化裝置的每條壓力管道的管道號、起止點、直徑、壁厚、長度、腐蝕裕度、材質、設計壓力、設計溫度、工作壓力、工作溫度、介質等基礎參數，以excel表格形式列出。數據導入單元可以直接將excel中所有管道數據一次性導入系統。將excel數據類別與系統的數據類別指定對應即完成了基礎數據的導入。導入后的數據就與系統的數據庫單元和數據處理單元建立了聯系。每一條壓力管道的相關基礎數據作為一個獨立的數據庫單元和計算單元，數據導入單元將每個基礎數據或運算關聯的一組基礎數據全部發往數據庫單元和數據處理單元進行數據處理，避免數據漏處理的問題。同時，系統具有強大的搜索、篩選、統計等功能，可以就一類數據或某一特種數據進行處理，提高了數據運用效率。

2.2 數據庫單元

獲取壓力管道基礎數據后，需要對這些基礎數據進行歸類、邏輯判斷。通過牌號信息，需要明確是屬于碳鋼、低溫鋼、不銹鋼、低溫鋼、耐熱鋼等的哪一類材質，還需要明確抗拉強度、適用溫度范圍、可能出現的損傷模式等。通過介質信息，需要明確介質的火災危險性、毒性程度等級、酸堿腐蝕性、可能造成的損傷模式等。通過壓力、溫度、介質信息，需要判斷壓力管道等級。通過牌號、壓力、溫度、介質等信息，需要判斷可能存在的損傷模式等。人工處理這些數據需要查找大量標準、技術規范，不僅工作量大而且效率低，還會出現漏處理、處理錯誤的情況。通過將制定壓力管道定期檢驗方案需用的標準、規范進行歸納并建立成完善的數據庫的方式，來提高基礎數據歸納、判斷的準確性、全面性、高效性。

數據庫單元主要由屬性數據庫和邏輯數據庫兩類數據庫組成。屬性數據庫包括“火災危險性數據庫”、“介質毒性數據庫”、“介質數據庫”、“材質數據庫”，用于將基礎數據按屬性進行分類。邏輯數據庫包括“TSG D0001數據庫”、“TSG D7005數據庫”、“GB/T 30579數據庫”，用于將基礎數據及其屬性按照技術規范、標準的規定進行邏輯判斷，并確定檢驗方法、檢驗比例等。“火災危險性數據庫”是依據《石油化工企業設計防火規范》GB 50160-2018、《建筑設計防火規范》GB 50016-2014、《危險化學品名錄》、《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》TSG D0001-2009、《石油化工有毒、可燃介質鋼制管道工程施工及驗收規范》SH3501-2021的規定，將壓力管道常用介質按其火災危險性，分別建立的甲類可燃氣體、乙類可燃氣體、甲類可燃液體、乙類可燃液體、丙類類可燃液體和非可燃流體數據庫。“介質毒性數據庫”是依據《職業性接觸毒物危害程度分級》GBZ 230-2010、《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》TSG D0001-2009、《石油化工有毒、可燃介質鋼制管道工程施工及驗收規范》SH3501-2021的規定，將壓力管道常用介質按其毒性危害程度，分別建立的極度危害、高度危害、中毒危害、輕度危害和無毒流體數據庫。“介質數據庫”是將壓力管道常用介質的分子式、物理特性、化學特性等歸納總結建立的數據庫。“材質數據庫”是依據《壓力管道規范-工業管道》GB/T 20801-2020的規定，將壓力管道用材質按化學元素和用途等不同，分別建立碳鋼、低溫鋼、合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼等數據庫。“TSG D0001數據庫”是依據《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》TSG D0001-2009建立的邏輯運算庫，將數據導入單元導入的壓力管道介質、溫度、壓力等參數條件與壓力管道的級別建立對應關系。“TSG D7005數據庫”是依據《壓力管道定期檢驗規則-工業管道》TSG D7005-2018建立的邏輯運算庫，將數據導入單元導入的壓力管道介質、溫度、壓力等參數條件與壓力管道需要做的無損、理化等檢測建立對應關系。“GB/T 30579數據庫”是依據《承壓設備損傷模式識別》GB/T 30579-2014建立的邏輯運算庫，將數據導入單元導入的壓力管道介質、溫度、壓力等參數條件與壓力管道可能發生的環境開裂、材質劣化等建立對應關系。

通過數據庫單元各個數據庫的建立，壓力管道各基礎數據均可快速、全面的進行歸類處理，牌號的材質屬性、屈服極限、適用溫度范圍等，介質的毒性、可燃特性、腐蝕性等均可快速明確。系統一次性處理上千條壓力管道基礎數據只需幾秒的時間，大大降低了處理數據的勞動強度，避免了人工漏處理、處理錯誤等的情況。

2.3 數據處理單元

數據處理單元是將數據導入單元導入的基礎參數，根據數據庫單元建立的數據庫和邏輯運算關系，判斷出壓力管道中介質的火災危險等級、毒性危害程度和壓力管道的級別、損傷模式，并制定檢驗方案。通過數據導入單元導入的介質參數，根據數據庫單元的“火災危險性數據庫”、“介質毒性數據庫”、“介質數據庫”，可以判斷出介質的火災危險等級、毒性危害程度。通過數據導入單元導入的壓力、溫度、介質參數，根據“TSG D0001數據庫”和判斷出的介質火災危險等級、毒性危害程度，判斷出壓力管道的級別。通過數據導入單元導入的介質、材質、溫度參數，根據“GB/T 30579數據庫”，判斷出壓力管道可能出現的損傷模式。通過判斷出的介質毒性危害程度、壓力管道級別、可能存在的損傷模式，根據“TSG D7005數據庫”，制定出初步檢驗方案，確定需要做的無損、理化等檢驗項目和檢驗比例。最后再通過對壓力管道現場工況進行確認，根據“TSG D7005數據庫”，制定出最終檢驗方案。

圖1 壓力管道定期檢驗方案智能化制定方法原理運行圖Fig.1 The principle diagram of pressure pipeline periodic inspection scheme intelligent formulation method

壓力管道定期檢驗方案的制定是檢驗人員根據壓力管道基礎數據參數，依據定期檢驗技術規范及規范所引用的標準進行制定。不同檢驗人員對技術規范、標準的理解不同，經驗不同，掌握程度不同，可能會出現檢驗項目不全、檢驗比例不足等問題。數據處理單元通過將所有基礎數據及其所有相關的邏輯關系進行運算，所有符合條件的檢驗要求均顯示在檢驗方案中，避免了檢驗項目不全、檢驗比例不足、檢驗項目錯誤等的問題。

2.4 現場工況確認與輸出單元

現場工況確認與輸出單元為人機交互單元。通過數據導入單元、數據庫單元、數據處理單元三個單元的數據處理，已完成根據壓力管道使用單位提供的基礎數據表制定初步定期檢驗方案。但壓力管道現場可能出現保溫層破損、雨水滲入、長期承受交變載荷、上次發現危險缺陷處理情況、首次定期檢驗等特殊工況。按照傳統檢驗方案制定方式，當現場發現這些特殊工況時，檢驗人員需查閱與這些工況相關的技術規范、標準要求，并按要求制定檢驗方案，同一特殊工況下，不同材質、介質、壓力、管徑、壁厚等基礎參數的壓力管道的技術要求也會有所不同，檢驗人員只能逐條進行規范、標準查閱和檢驗方案制定，會大大降低檢驗人員的檢驗效率。運用智能化制定系統，檢驗人員只需在現場將工況條件通過防爆終端輸入系統，數據處理單元根據現場工況進行系統性修正，快速制定出所有壓力管道的最終定期檢驗方案。

輸出單元是系統將定期檢驗方案以Excel、word、PDF等形式輸出給檢驗人員，檢驗人員可根據需要篩選、輸出部分或全部壓力管道的檢驗方案，也可以根據需要，輸出一條壓力管道部分或全部項目檢驗方案。檢驗人員也可以采用防爆終端設備在檢驗現場進行查閱、數據再處理。

3 結 語

此壓力管道定期檢驗方案智能化制定的方法具有以下功能及特點：

(1)可以一次性輸入上千條壓力管道基礎參數數據，并進行數據處理，制定出定期檢驗方案。提高了制定檢驗方案的效率，大大降低檢驗人員的勞動強度。

(2)具有強大的標準、法規數據庫，不僅可以快速、精確的處理數據，還可以供檢驗人員搜索查閱。提高了數據處理的效率和準確率，降低檢驗人員查找標準、法規的勞動強度。

(3)可以避免因檢驗人員經驗不足、理解不足、技術規范和標準的掌握不足而造成的漏項、漏檢、錯檢等問題。