工業管道定期檢驗方案智能化制定系統及運用

李文振 蘇志堅 李 朝 呂 浩

（廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120）

隨著我國石油化工技術的飛速發展和石油化工產品需求的日益激增，石化裝置不斷向高參數、高產能、大型化的方向發展。近幾年，筆者單位對轄區內多家大型石化企業的延遲焦化裝置、催化裂化裝置、煤制氫凈化裝置、PP 裝置、PDH 裝置等裝置的工業管道開展了多次定期檢驗工作。制定定期檢驗方案是開展定期檢驗工作的基礎環節，是保障定期檢驗工作順利開展的前提。在制定大型石化裝置工業管道定期檢驗方案的過程中，會遇到下面幾點突出問題：1）需要查閱GB 50160—2018《石油化工企業設計防火標準》[1]、GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[2]、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程——工業管道》[3]、SH/T 3501—2021《石油化工有毒、可燃介質鋼制管道工程施工及驗收規范》[4]、GBZ 230—2010《職業性接觸毒物危害程度分級》[5]、GB/T 20801—2020《壓力管道規范 工業管道》[6]、GB/T 30579—2022《承壓設備損傷模式識別》[7]、TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗規則——工業管道》[8]、NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》[9]等技術規范、標準，來確定介質的毒性、火災危險性、腐蝕性，以及工業管道的損傷模式、無損檢測方法、比例等。工作量大，耗時長。2）單套石化裝置的工業管道數量一般在百條以上，長度為幾十至幾百千米[10]，處理如此龐大數量的工業管道的定期檢驗方案，工作強度大，效率低。3）人工處理大量數據過程中，容易出錯。在大量查閱規范、標準過程中，容易遺漏，造成檢驗項目缺失、檢驗不足等情況。4）不同檢驗人員的檢驗能力、對標準規范的理解程度、工作強度承受能力的不同，會影響檢驗方案的質量和準確度[11]。

針對全過程人工制定工業管道定期檢驗方案出現的突出問題，以及適應石化裝置大型化和信息化發展的需要，為提高工業管道定期檢驗效率及準確度，降低檢驗人員的工作強度，開發出一款工業管道定期檢驗方案智能化制定系統，該系統通過對工業管道參數、技術規范、標準的數據庫建立及對數據庫的智能化運算，智能優化出合理的定期檢驗方案。

1 系統總體設計

工業管道定期檢驗方案智能化制定系統由硬件和軟件2 部分組成。其中，硬件由服務器和操作終端組成，操作終端分為固定終端和移動終端，操作終端通過網絡與服務器進行數據交換。軟件由數據導入區塊、數據庫區塊、數據運算區塊、數據修正區塊、數據輸出區塊5 個區塊組成。工業管道定期檢驗方案智能化制定系統軟件各區塊功能介紹如下：

1.1 數據導入區塊

制定工業管道定期檢驗方案的決定性參數有設計壓力、工作壓力、設計溫度、工作溫度、材質、介質、直徑、壁厚、長度、三通數量、彎頭數量等。數據導入區塊的作用是將這些參數導入系統并轉化為系統可以識別并運用的機器語言。檢驗人員需將每條工業管道的參數按照系統設定的格式整理在Excel 表格中，Excel 表格的每一行代表一條工業管道的參數，每一列代表一類參數屬性。通過操作終端的數據導入區塊將整理好的Excel 表格導入系統，Excel 表格中的參數將有序地羅列在系統表格中，將系統表格中每一列的數據屬性選擇與Excel 表格每一列數據屬性相同，即完成了系統對表格中數據屬性的識別，為后續數據查詢和數據運算提供基礎數據。系統可以一次性導入整個石化裝置的數據，并提供強大的數據搜索、統計、篩選等功能。

1.2 數據庫區塊

數據庫區塊用于系統數據存儲和數據之間關系規則的存儲，主要由屬性數據庫和邏輯數據庫2 類數據庫組成。屬性數據庫主要是根據基礎數據屬性的相關標準對基礎數據的屬性進行歸納總結，屬性數據庫包括“火災危險性數據庫”“介質毒性數據庫”“介質腐蝕性數據庫”“材質數據庫”等，系統通過數據導入區塊獲取基礎數據后，再通過屬性數據庫可將數據的相關屬性與基礎數據相關聯，例如：工業管道材質數據庫包含碳鋼數據庫、低溫鋼數據庫、合金鋼數據庫、不銹鋼數據庫、耐熱鋼數據庫、Cr-Mo 鋼數據庫等，當數據導入區塊獲取到管道材質為“20”鋼牌號時，系統可以關聯到此牌號屬于碳鋼。同時，“20”鋼的不同溫度下的許用應力、最高最低使用溫度、屈服強度、抗拉強度等屬性也通過屬性數據庫與“20”鋼牌號進行關聯。邏輯數據庫主要是將技術規范和相關標準的邏輯關系、邏輯關系因素及邏輯關系的關聯結果進行歸納總結建立的數據庫，邏輯數據庫包括“TSG D0001 工業管道監察規程數據庫”“TSG D7005 工業管道定期檢驗數據庫”“GB/T 30579 損傷模式數據庫”等，工業管道2 組或2 組以上不同基礎數據及相關屬性條件組合在一起時，會得出新的關聯結果，例如：工業管道的使用介質為蒸汽，設計壓力為5 MPa，設計溫度為300 ℃時，系統可以判斷該工業管道級別為GC2 級。

1.3 數據運算區塊

數據運算區塊是系統訪問數據、數據屬性匹配、數據邏輯運算、定期檢驗方案制定、方案輸出的處理中心，是連接數據導入區塊、數據庫區塊、數據修正區塊、數據輸出區塊的橋梁。數據導入區塊導入的數據通過數據運算區塊對數據庫區塊的屬性數據庫進行訪問完成屬性匹配，再通過數據運算區塊對數據庫區塊的邏輯數據庫進行訪問完成介質毒性危害程度、火災危險等級、可能發生的損傷模式、工業管道級別等的判斷，并制定出初步定期檢驗方案。數據修正區塊導入的數據通過數據運算區塊再次對數據庫區塊進行訪問完成最終定期檢驗方案的制定，數據輸出區塊通過數據運算區塊訪問數據庫區塊完成方案的導出。

1.4 數據修正區塊與數據輸出區塊

系統根據數據導入區塊導入的工業管道基礎數據制定出的定期檢驗方案為初步方案，在工業管道運行現場可能會出現一些特殊工況，比如管道振動、雨水滲入、保溫層破損等，檢驗人員需要在檢驗現場通過防爆移動終端的數據修正區塊將特殊工況輸入系統，系統通過數據運算區塊訪問數據庫區塊完成最終的定期檢驗方案。

數據輸出區塊的作用是將系統制定的定期檢驗方案以系統直接查閱或者以Excel、PDF、Word 等格式輸出、打印的形式輸出給檢驗人員。

2 工業管道定期檢驗方案智能化制定系統功能設置及運用

2.1 系統功能設置

工業管道定期檢驗方案智能化制定系統主要設置了介質查詢功能、材質查詢功能、工業管道定期檢驗技術規范及標準查詢功能、工業管道定期檢驗方案制定功能等。工業管道使用的材質、介質及其相匹配的屬性可通過材質查詢功能和介質查詢功能訪問屬性數據庫進行查詢。工業管道安全技術監察規程、定期檢驗規則等技術規范和標準條文可通過工業管道定期檢驗技術規范及標準查詢功能進行查詢。

在介質查詢功能中輸入工業管道使用的介質名稱，可以查詢到該介質的別名、熔點、沸點、閃點、爆炸極限、毒性程度、火災危險性、腐蝕性、分子式、主要用途、外觀性狀、急救措施等信息。例如輸入甲苯，查詢結果見圖1。

圖1 介質屬性查詢結果示意圖

在材質查詢功能中輸入工業管道使用的材質牌號，可以查詢到該牌號的材質種類、類別、最低最高使用溫度、不同使用溫度下的許用應力、屈服強度、抗拉強度、硬度參考值、主要化學元素含量等信息。例如輸入Q235B，查詢結果見圖2。

圖2 材質屬性查詢結果示意圖

2.2 系統運用

工業管道定期檢驗方案智能化制定系統操作流程如圖3 所示。操作流程主要步驟如下：

圖3 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

第1 步，從使用單位獲取制定定期檢驗方案需要用到的基礎數據，將所有工業管道的基礎數據整理在一個Excel 中，按照系統設定的可以識別的格式進行統一。表格每一行表征一條工業管道的所有基礎數據，表格每一列表征一類特征數據。將Excel 表格通過數據導入區塊導入系統中。以某石化公司某裝置一個回路的727 條工業管道為例，將回路所有管道的基礎數據表格通過數據導入功能導入系統中，見圖4，每一行表征一條工業管道的管道號、起止點、直徑、壓力、溫度、介質等信息，727 行代表有727 條工業管道；每一列表征一類特征數據，如管道號列表征的是727條工業管道的管道號。

圖4 數據導入示意圖

第2 步，表格導入系統后，每一列特征數據對應系統的一個屬性選擇框，將系統每列的屬性選擇和Excel 表格每列的屬性一致即完成了Excel 數據屬性與系統的匹配，見圖5，數據屬性匹配完成后，系統就可以對導入的數據進行識別并參與后續運用。

圖5 屬性匹配示意圖

第3 步，系統在完成基礎數據匹配后，會對數據進行屬性識別、邏輯運算、制定初步檢驗方案等一系列處理。屬性識別是指系統根據基礎數據，識別出工業管道材質屬性、適用壓力、溫度、介質毒性、火災危險性等屬性。邏輯運算是指系統根據邏輯數據庫，將不同數據條件按照邏輯數據庫的邏輯關系對工業管道的間接屬性進行分析匹配和檢驗方案進行制定，例如系統會逐行識別每一條工業管道的設計壓力、設計溫度、材質、介質毒性、火災危險性等屬性，判斷出工業管道級別，優化出合理的無損檢測方法及比例（見圖6、圖7）、理化檢驗方法等。系統可以對導入的727 條工業管道通過數據生成功能批量處理。檢驗人員可以通過系統查看數據處理所依據的技術規范、標準的出處。

圖6 無損檢測方法及比例推薦示意圖

圖7 磁粉檢測通用工藝卡推薦示意圖

第4 步，初步定期檢驗方案制定完成后，檢驗人員可以攜帶移動終端在檢驗現場對每條工業管道進行現場確認，如果出現保溫層破損、雨水滲入、管道振動等特殊工況，可以通過移動終端勾選相應的工況條件（見圖8）。

圖8 特殊工況勾選示意圖

第5 步，勾選確認之后，系統后臺會對有修改的地方再次進行關聯邏輯運算，制定出最終檢驗方案。

第6 步，系統制定出的最終定期檢驗方案可以在電腦終端和移動終端查看，也可以導出為Word、PDF等格式。

3 結論

針對工業管道定期檢驗方案制定效率低、工作量大等問題，研究團隊開發了一套石化裝置工業管道定期檢驗方案智能化制定系統，該智能化制定系統的應用可提高工業管道定期檢驗方案的制定效率和準確率，保障石化裝置工業管道定期檢驗的有效實施。具體結論如下：

1）系統建立了完善的數據庫并提供了強大的搜索功能，數據庫涵蓋了工業管道材質、介質、定期檢驗、損傷模式、無損檢驗等多個方面，檢驗人員可以通過終端快速、全面地搜索相關內容，相對于傳統查閱規范、標準的方式，效率高、便捷。

2）通過工業管道定期檢驗方案智能化制定系統的運用，可以同時處理整個石化裝置百條以上工業管道的數據，快速地判斷工業管道級別、介質的火災危險性、毒性等特性，推薦合理的無損、理化等檢驗方法。同時，系統可以顯示所依據的技術規范、標準的出處，方便檢驗人員進行查看和核驗。

該系統還存在如下可以改進的方面：

1）近年來，基于風險的檢驗（RBI）技術得到快速發展，該檢驗技術兼顧了檢驗的系統安全性和經濟性被廣泛應用。系統可以在現有的基礎上開發出基于風險的檢驗方案制定功能。

2）系統僅開發了工業管道定期檢驗方案智能化制定功能，還預留了長輸管道、公用管道等承壓設備檢驗方案智能化制定的端口，可以進一步開發。