Acuren公司开发3D管道结构扫描工具用于管道缺陷可靠性评价



Acuren公司开发3D管道结构扫描工具用于管道缺陷可靠性评价

随着管道运行年限逐年增长，运营商将面临来自管道失效风险不断增长的管理压力。缺陷的可靠性评估是降低管道失效风险的重要方法，其主要基于对管道缺陷的力学性能分析。

Acuren公司开发的3D管道结构扫描工具，通过光学扫描对管道外表面腐蚀和凹陷等缺陷进行扫描，能够精确的捕获管体缺陷的结构特征，为接下来的力学性能评估提供可靠的数据基础，扫描数据还将录入运营商的管道可靠性数据库中，为管道完整性管理提供数据基础。

Acuren公司3D管道扫描工具分为手持激光型、结构光扫描型和机械自动激光型，如图1所示。扫描仪通过扇形激光束对管道缺陷的表面结构进行逐行测量，并利用配套软件分析腐蚀深度，修正管道圆周造成的误差，得出管道焊缝、凹陷、波纹表面及对接错位的焊接点等异常位置精确的腐蚀情况3D绘图。

图1 手持型激光扫描仪（左）、结构光型扫描仪（中），机械型激光扫描仪（右）

手持型扫描仪的扫描速度与分辨率设置有关，分辨率越高扫描速度越慢，扫描结果的数据量也越大，通过设置参照物可以实现不同扫描系统之间的数据对比。机械自动型适用于大口径管道上的大面积扫描，扫描仪通过马达沿管壁自动移动，遇到管道正下方缺陷也无需操作人员躺在管道下面正对缺陷。结构光扫描仪可在1秒内对面积小于1m2的缺陷进行快照式扫描，可通过数据拼接实现大面积扫描。

扫描精度方面，目前尚无国际或国家标准涉及到管道光学扫描。测量复现性是指同一对象通过不同的系统进行测量所得结果的一致性，是评价扫描仪标准性的重要指标。通常，其他测量工具往往难以确定腐蚀的最深点，而对于光学扫描仪来说，扫描结果的差异，主要来自于对大面积缺陷相互作用的机理分析差异，而不是某一点处腐蚀的深度。

扫描仪制造商通用的长度校准件并不适用于管道的实际腐蚀表面，如果扫描结果的腐蚀深度不准确，对于管道的最大操作压力的确定会造成严重影响。因此，扫描仪测量精度的评估应该基于自然腐蚀缺陷和人工制造缺陷的测量结果进行综合考虑。

通过借鉴工业上的通用做法，如果扫描仪的腐蚀深度测量结果与传统手动测量工具或者超声波测量结果的差值小于0.1mm，说明扫描仪的测量精度非常高，如果差值大于0.25mm，需要分析测量差值产生的原因，以上标准主要针对壁厚在9.5mm以上的管道，如果管壁小于9.5mm，标准应该更加严格。

实际测量结果测试方面，Acuren公司用四套扫描系统（手持型1代、手持型2代、机械自动型和结构光型）分别对腐蚀缺陷进行三次扫描，测量结果的误差如下：（1）手持型1代。误差0.133mm，分辨率1.5mm；误差0.041mm，分辨率1mm。（2）手持型2代。误差0.017mm，分辨率1mm。（3）机械自动型。误差0.043mm。（4）结构光型。0.150mm。

结果显示，手持型2代的精确度最高，且较1代有很大改善，机械自动型和手持型2代小面积缺陷扫描最快速，结构光型的扫描精度偏低的原因，可能是由于快照曝光时的轻微移动所致，建议条件允许的情况下可架设三脚架等固定设备。

祝悫智 编译自《World Pipeline》2015年10月