呂 浩，謝柳輝，侯冀川，楊中志

(廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院，廣東 東莞 523120)

2019年3月，我單位對某石化有限公司某煉油部420萬噸/年延遲焦化裝置共1129條約30.19 km壓力管道進行基于RBI的定期檢驗。這些壓力管道的直徑涵蓋?97、?102、?154、?205、?257、?297、?320、?478、?586、?734、?886、?1176等二十多種不同規(guī)格。在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場許多條管道實際直徑與資料有出入，需要對這二十多種不同直徑規(guī)格的壓力管道一一測量核實，才能準確確定檢驗對象及檢驗方案。

對壓力管道直徑的測量有直接測量法和間接測量法，直接測量法一般適用于中小尺寸(<500 mm)管道直徑的測量，間接測量法一般用于大尺寸(≥500 mm)管道直徑的測量[1]。直接測量方法主要有大型千分尺法、п尺法、圍線法等[2]，大型千分尺法和п尺法因測量儀器較大，不便攜帶，不適合現(xiàn)場測量。圍線法測量精度受拉緊力影響較大，且對大尺寸直徑測量不便操作，也不適合現(xiàn)場測量。有些管道因操作空間限制，沒有完整的兩直徑測量點供大型千分尺法和п尺法進行測量，圍線法也無法繞管道一周進行測量[3]。間接測量法主要有弓高弦長法、激光相切法[4]。激光相切法量具造價高且便攜性差，不適合現(xiàn)場測量[5]。

針對檢驗現(xiàn)場壓力管道具有直徑大，部分管道測量空間受限，數(shù)量大的特點。本文提供一種基于弓高弦長法的壓力管道直徑測量的便攜儀器及方法，可以實現(xiàn)大尺寸管道直徑、測量空間受限管道直徑的便捷測量。

1 測量原理

圖1 測量原理示意圖

測量原理如圖1所示，圓ABC為以點O為圓心2R為直徑的管道圓周示意，PA=PB=L，AD=DB=L1/2，OD=OC-CD=R-h，∠APO=θ?！鰽DO和△ODB為直角三角形，根據(jù)勾股定理可得關系式：OB2=OD2+DB2。

帶入并整理關系式可得：

直徑D=2R=h+(L12)/(4h)=h+(LSinθ)2/h

由上列關系式可知，通過測量h和θ值，便可間接計算出直徑值D。下面介紹一種可測量h和θ值，并顯示出直徑D值的測量工具及測量方法。

圖2 總體結構

2 測量儀器主要結構

2.1 測量儀器總體結構

測量尺主要由主尺(1)、位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)(2)、游標尺(3)、緊固件(4)、角度傳感器數(shù)顯系統(tǒng)(5)、滑動件(6)和副尺(7)七部分組成，總體結構如圖2。主尺和副尺通過緊固件相鉸接，主、副尺尺尖到鉸接中心點的長度相等，設定為L，零刻度值位于主尺尺尖處。主、副尺均設計有凹槽導軌，位移傳感器系統(tǒng)和滑動件通過凹槽分別與主尺和副尺連接，且可以沿著凹槽導軌滑動。角度傳感器固定在副尺上，可隨著副尺通過鉸鏈的轉動而轉動。游標尺通過位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)上的緊固螺栓與位移傳感器系統(tǒng)連接并隨其運動。

2.2 位移傳感器系統(tǒng)結構

圖3 位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)

位移傳感器系統(tǒng)主要由緊固件、數(shù)顯屏、功能鍵、定位孔、滑動裝置、微計算器組成，結構如圖3所示。位移傳感器系統(tǒng)設置了編號從0至6的七個定位孔，0至5編號的定位孔中心連線平行于主尺，0號和6號定位孔的中心連線垂直于主尺，其位置關系為∠061=10°，∠062=20°，∠063=30°，∠064=40°，∠065=50°，定位孔的作用是調節(jié)游標尺的位置，使游標尺與主尺的夾角呈10°、20°、30°、40°、50°，通過定位孔的設置來調節(jié)尺尖的刻度，從而實現(xiàn)不同管道直徑弦長的測量。位移傳感器系統(tǒng)還設置了“ON/OFF”“0”“D”“H1-5”四個功能鍵，“ON/OFF”功能鍵的作用是控制位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的開/關，“0”功能鍵的作用是清零，“D1-5”鍵的作用是循環(huán)顯示游標尺分別定位在1～5定位孔時的直徑值，“H1-5”功能鍵的作用是循環(huán)顯示游標尺分別定位在1～5定位孔時的高度值。

3 直徑測量

圖4 直徑測量初始狀態(tài)

圖5 直徑測量狀態(tài)

通過測量尺主尺、副尺、游標尺和位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的配合使用，可實現(xiàn)管道直徑的測量，如圖4、圖5所示。測量過程如下：①將游標尺3與部件2和部件6上的6號定位孔上的螺栓連接；②從部件2和部件6上的1號定位孔開始，逐步向2號、3號、4號、5號定位孔進行調節(jié)，使主、副尺兩尺尖位于管道同一截面圓表面，且使得兩尺尖的跨度最大時，用螺栓選定所調節(jié)到的兩定位孔，此時，四個限位孔共同限定了游標尺與主尺、副尺法線的夾角值θ；③調節(jié)測量尺至圖4狀態(tài)，使游標尺的下邊緣與主尺的“0”刻度線重合；④按下部件2上的“ON/OFF”功能鍵，打開位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)；⑤按下部件2上的“0”功能鍵，將位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)清零；⑥調節(jié)測量尺至圖8狀態(tài)，使游標尺與管道截面圓相切；⑦按下部件2上的“H1-5”功能鍵，數(shù)顯屏上即可顯示此次測量的鼓包高度值h，h值是通過位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的微計算器進行數(shù)值處理得來，原理是h= L2cosθ；⑧按下部件2上的“D1-5”功能鍵，數(shù)顯屏上即可顯示此次測量的管道直徑值D，D值是通過位移傳感器數(shù)顯系統(tǒng)的微計算器進行數(shù)值處理得來，原理是D= h+(LSinθ)2/h。

4 結 語

此種壓力管道測量儀器及測量方法有以下功能及特點：

(1)測量范圍廣，不僅適用于中小尺寸(<500 mm)管道直徑的測量，也可用于大尺寸(≥500 mm)管道直徑的測量，可以滿足石化公司煉油部不同管徑壓力管道直徑測量的需要。

(2)可用于因多條管道并排等不能直接測量管道直徑情況下的測量空間受限的管道直徑測量。

(3)方便攜帶，操作簡單，適用于生產現(xiàn)場管道直徑的測量。