李文振 蘇志堅(jiān) 李 朝 呂 浩

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院東莞檢測(cè)院 東莞 523120）

隨著我國(guó)石油化工技術(shù)的飛速發(fā)展和石油化工產(chǎn)品需求的日益激增，石化裝置不斷向高參數(shù)、高產(chǎn)能、大型化的方向發(fā)展。近幾年，筆者單位對(duì)轄區(qū)內(nèi)多家大型石化企業(yè)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(yè)管道開(kāi)展了多次定期檢驗(yàn)工作。制定定期檢驗(yàn)方案是開(kāi)展定期檢驗(yàn)工作的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是保障定期檢驗(yàn)工作順利開(kāi)展的前提。在制定大型石化裝置工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案的過(guò)程中，會(huì)遇到下面幾點(diǎn)突出問(wèn)題：1）需要查閱GB 50160—2018《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》[1]、GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》[3]、SH/T 3501—2021《石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[4]、GBZ 230—2010《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》[5]、GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》[6]、GB/T 30579—2022《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》[7]、TSG D7005—2018《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則——工業(yè)管道》[8]、NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》[9]等技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)確定介質(zhì)的毒性、火災(zāi)危險(xiǎn)性、腐蝕性，以及工業(yè)管道的損傷模式、無(wú)損檢測(cè)方法、比例等。工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)。2）單套石化裝置的工業(yè)管道數(shù)量一般在百條以上，長(zhǎng)度為幾十至幾百千米[10]，處理如此龐大數(shù)量的工業(yè)管道的定期檢驗(yàn)方案，工作強(qiáng)度大，效率低。3）人工處理大量數(shù)據(jù)過(guò)程中，容易出錯(cuò)。在大量查閱規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，容易遺漏，造成檢驗(yàn)項(xiàng)目缺失、檢驗(yàn)不足等情況。4）不同檢驗(yàn)人員的檢驗(yàn)?zāi)芰?、?duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的理解程度、工作強(qiáng)度承受能力的不同，會(huì)影響檢驗(yàn)方案的質(zhì)量和準(zhǔn)確度[11]。

針對(duì)全過(guò)程人工制定工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案出現(xiàn)的突出問(wèn)題，以及適應(yīng)石化裝置大型化和信息化發(fā)展的需要，為提高工業(yè)管道定期檢驗(yàn)效率及準(zhǔn)確度，降低檢驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)出一款工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)工業(yè)管道參數(shù)、技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫(kù)建立及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的智能化運(yùn)算，智能優(yōu)化出合理的定期檢驗(yàn)方案。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)由硬件和軟件2 部分組成。其中，硬件由服務(wù)器和操作終端組成，操作終端分為固定終端和移動(dòng)終端，操作終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。軟件由數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊、數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊、數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊、數(shù)據(jù)修正區(qū)塊、數(shù)據(jù)輸出區(qū)塊5 個(gè)區(qū)塊組成。工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)軟件各區(qū)塊功能介紹如下：

1.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊

制定工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案的決定性參數(shù)有設(shè)計(jì)壓力、工作壓力、設(shè)計(jì)溫度、工作溫度、材質(zhì)、介質(zhì)、直徑、壁厚、長(zhǎng)度、三通數(shù)量、彎頭數(shù)量等。數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊的作用是將這些參數(shù)導(dǎo)入系統(tǒng)并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別并運(yùn)用的機(jī)器語(yǔ)言。檢驗(yàn)人員需將每條工業(yè)管道的參數(shù)按照系統(tǒng)設(shè)定的格式整理在Excel 表格中，Excel 表格的每一行代表一條工業(yè)管道的參數(shù)，每一列代表一類(lèi)參數(shù)屬性。通過(guò)操作終端的數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊將整理好的Excel 表格導(dǎo)入系統(tǒng)，Excel 表格中的參數(shù)將有序地羅列在系統(tǒng)表格中，將系統(tǒng)表格中每一列的數(shù)據(jù)屬性選擇與Excel 表格每一列數(shù)據(jù)屬性相同，即完成了系統(tǒng)對(duì)表格中數(shù)據(jù)屬性的識(shí)別，為后續(xù)數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)運(yùn)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以一次性導(dǎo)入整個(gè)石化裝置的數(shù)據(jù)，并提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)搜索、統(tǒng)計(jì)、篩選等功能。

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊

數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)之間關(guān)系規(guī)則的存儲(chǔ)，主要由屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)2 類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要是根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)屬性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行歸納總結(jié)，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)包括“火災(zāi)危險(xiǎn)性數(shù)據(jù)庫(kù)”“介質(zhì)毒性數(shù)據(jù)庫(kù)”“介質(zhì)腐蝕性數(shù)據(jù)庫(kù)”“材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)”等，系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，再通過(guò)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)可將數(shù)據(jù)的相關(guān)屬性與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，例如：工業(yè)管道材質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)包含碳鋼數(shù)據(jù)庫(kù)、低溫鋼數(shù)據(jù)庫(kù)、合金鋼數(shù)據(jù)庫(kù)、不銹鋼數(shù)據(jù)庫(kù)、耐熱鋼數(shù)據(jù)庫(kù)、Cr-Mo 鋼數(shù)據(jù)庫(kù)等，當(dāng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊獲取到管道材質(zhì)為“20”鋼牌號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可以關(guān)聯(lián)到此牌號(hào)屬于碳鋼。同時(shí)，“20”鋼的不同溫度下的許用應(yīng)力、最高最低使用溫度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等屬性也通過(guò)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與“20”鋼牌號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)主要是將技術(shù)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的邏輯關(guān)系、邏輯關(guān)系因素及邏輯關(guān)系的關(guān)聯(lián)結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)包括“TSG D0001 工業(yè)管道監(jiān)察規(guī)程數(shù)據(jù)庫(kù)”“TSG D7005 工業(yè)管道定期檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)”“GB/T 30579 損傷模式數(shù)據(jù)庫(kù)”等，工業(yè)管道2 組或2 組以上不同基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)屬性條件組合在一起時(shí)，會(huì)得出新的關(guān)聯(lián)結(jié)果，例如：工業(yè)管道的使用介質(zhì)為蒸汽，設(shè)計(jì)壓力為5 MPa，設(shè)計(jì)溫度為300 ℃時(shí)，系統(tǒng)可以判斷該工業(yè)管道級(jí)別為GC2 級(jí)。

1.3 數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊

數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊是系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)屬性匹配、數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算、定期檢驗(yàn)方案制定、方案輸出的處理中心，是連接數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊、數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊、數(shù)據(jù)修正區(qū)塊、數(shù)據(jù)輸出區(qū)塊的橋梁。數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊導(dǎo)入的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)完成屬性匹配，再通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊的邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)完成介質(zhì)毒性危害程度、火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)、可能發(fā)生的損傷模式、工業(yè)管道級(jí)別等的判斷，并制定出初步定期檢驗(yàn)方案。數(shù)據(jù)修正區(qū)塊導(dǎo)入的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊再次對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)完成最終定期檢驗(yàn)方案的制定，數(shù)據(jù)輸出區(qū)塊通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊完成方案的導(dǎo)出。

1.4 數(shù)據(jù)修正區(qū)塊與數(shù)據(jù)輸出區(qū)塊

系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊導(dǎo)入的工業(yè)管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)制定出的定期檢驗(yàn)方案為初步方案，在工業(yè)管道運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)一些特殊工況，比如管道振動(dòng)、雨水滲入、保溫層破損等，檢驗(yàn)人員需要在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)防爆移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)修正區(qū)塊將特殊工況輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算區(qū)塊訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)塊完成最終的定期檢驗(yàn)方案。

數(shù)據(jù)輸出區(qū)塊的作用是將系統(tǒng)制定的定期檢驗(yàn)方案以系統(tǒng)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(yàn)人員。

2 工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)功能設(shè)置及運(yùn)用

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)置

工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)主要設(shè)置了介質(zhì)查詢(xún)功能、材質(zhì)查詢(xún)功能、工業(yè)管道定期檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)查詢(xún)功能、工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案制定功能等。工業(yè)管道使用的材質(zhì)、介質(zhì)及其相匹配的屬性可通過(guò)材質(zhì)查詢(xún)功能和介質(zhì)查詢(xún)功能訪(fǎng)問(wèn)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢(xún)。工業(yè)管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程、定期檢驗(yàn)規(guī)則等技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)條文可通過(guò)工業(yè)管道定期檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)查詢(xún)功能進(jìn)行查詢(xún)。

在介質(zhì)查詢(xún)功能中輸入工業(yè)管道使用的介質(zhì)名稱(chēng)，可以查詢(xún)到該介質(zhì)的別名、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、閃點(diǎn)、爆炸極限、毒性程度、火災(zāi)危險(xiǎn)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(xún)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 介質(zhì)屬性查詢(xún)結(jié)果示意圖

在材質(zhì)查詢(xún)功能中輸入工業(yè)管道使用的材質(zhì)牌號(hào)，可以查詢(xún)到該牌號(hào)的材質(zhì)種類(lèi)、類(lèi)別、最低最高使用溫度、不同使用溫度下的許用應(yīng)力、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度參考值、主要化學(xué)元素含量等信息。例如輸入Q235B，查詢(xún)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 材質(zhì)屬性查詢(xún)結(jié)果示意圖

2.2 系統(tǒng)運(yùn)用

工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)操作流程如圖3 所示。操作流程主要步驟如下：

圖3 工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)主要組成和運(yùn)行流程示意圖

第1 步，從使用單位獲取制定定期檢驗(yàn)方案需要用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將所有工業(yè)管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理在一個(gè)Excel 中，按照系統(tǒng)設(shè)定的可以識(shí)別的格式進(jìn)行統(tǒng)一。表格每一行表征一條工業(yè)管道的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表格每一列表征一類(lèi)特征數(shù)據(jù)。將Excel 表格通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)^(qū)塊導(dǎo)入系統(tǒng)中。以某石化公司某裝置一個(gè)回路的727 條工業(yè)管道為例，將回路所有管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表格通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能導(dǎo)入系統(tǒng)中，見(jiàn)圖4，每一行表征一條工業(yè)管道的管道號(hào)、起止點(diǎn)、直徑、壓力、溫度、介質(zhì)等信息，727 行代表有727 條工業(yè)管道；每一列表征一類(lèi)特征數(shù)據(jù)，如管道號(hào)列表征的是727條工業(yè)管道的管道號(hào)。

圖4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入示意圖

第2 步，表格導(dǎo)入系統(tǒng)后，每一列特征數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)屬性選擇框，將系統(tǒng)每列的屬性選擇和Excel 表格每列的屬性一致即完成了Excel 數(shù)據(jù)屬性與系統(tǒng)的匹配，見(jiàn)圖5，數(shù)據(jù)屬性匹配完成后，系統(tǒng)就可以對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別并參與后續(xù)運(yùn)用。

圖5 屬性匹配示意圖

第3 步，系統(tǒng)在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匹配后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性識(shí)別、邏輯運(yùn)算、制定初步檢驗(yàn)方案等一系列處理。屬性識(shí)別是指系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，識(shí)別出工業(yè)管道材質(zhì)屬性、適用壓力、溫度、介質(zhì)毒性、火災(zāi)危險(xiǎn)性等屬性。邏輯運(yùn)算是指系統(tǒng)根據(jù)邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)，將不同數(shù)據(jù)條件按照邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯關(guān)系對(duì)工業(yè)管道的間接屬性進(jìn)行分析匹配和檢驗(yàn)方案進(jìn)行制定，例如系統(tǒng)會(huì)逐行識(shí)別每一條工業(yè)管道的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、材質(zhì)、介質(zhì)毒性、火災(zāi)危險(xiǎn)性等屬性，判斷出工業(yè)管道級(jí)別，優(yōu)化出合理的無(wú)損檢測(cè)方法及比例（見(jiàn)圖6、圖7）、理化檢驗(yàn)方法等。系統(tǒng)可以對(duì)導(dǎo)入的727 條工業(yè)管道通過(guò)數(shù)據(jù)生成功能批量處理。檢驗(yàn)人員可以通過(guò)系統(tǒng)查看數(shù)據(jù)處理所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的出處。

圖6 無(wú)損檢測(cè)方法及比例推薦示意圖

圖7 磁粉檢測(cè)通用工藝卡推薦示意圖

第4 步，初步定期檢驗(yàn)方案制定完成后，檢驗(yàn)人員可以攜帶移動(dòng)終端在檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每條工業(yè)管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，如果出現(xiàn)保溫層破損、雨水滲入、管道振動(dòng)等特殊工況，可以通過(guò)移動(dòng)終端勾選相應(yīng)的工況條件（見(jiàn)圖8）。

圖8 特殊工況勾選示意圖

第5 步，勾選確認(rèn)之后，系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)對(duì)有修改的地方再次進(jìn)行關(guān)聯(lián)邏輯運(yùn)算，制定出最終檢驗(yàn)方案。

第6 步，系統(tǒng)制定出的最終定期檢驗(yàn)方案可以在電腦終端和移動(dòng)終端查看，也可以導(dǎo)出為Word、PDF等格式。

3 結(jié)論

針對(duì)工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案制定效率低、工作量大等問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一套石化裝置工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)，該智能化制定系統(tǒng)的應(yīng)用可提高工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案的制定效率和準(zhǔn)確率，保障石化裝置工業(yè)管道定期檢驗(yàn)的有效實(shí)施。具體結(jié)論如下：

1）系統(tǒng)建立了完善的數(shù)據(jù)庫(kù)并提供了強(qiáng)大的搜索功能，數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了工業(yè)管道材質(zhì)、介質(zhì)、定期檢驗(yàn)、損傷模式、無(wú)損檢驗(yàn)等多個(gè)方面，檢驗(yàn)人員可以通過(guò)終端快速、全面地搜索相關(guān)內(nèi)容，相對(duì)于傳統(tǒng)查閱規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的方式，效率高、便捷。

2）通過(guò)工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定系統(tǒng)的運(yùn)用，可以同時(shí)處理整個(gè)石化裝置百條以上工業(yè)管道的數(shù)據(jù)，快速地判斷工業(yè)管道級(jí)別、介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性、毒性等特性，推薦合理的無(wú)損、理化等檢驗(yàn)方法。同時(shí)，系統(tǒng)可以顯示所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的出處，方便檢驗(yàn)人員進(jìn)行查看和核驗(yàn)。

該系統(tǒng)還存在如下可以改進(jìn)的方面：

1）近年來(lái)，基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)（RBI）技術(shù)得到快速發(fā)展，該檢驗(yàn)技術(shù)兼顧了檢驗(yàn)的系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟(jì)性被廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)方案制定功能。

2）系統(tǒng)僅開(kāi)發(fā)了工業(yè)管道定期檢驗(yàn)方案智能化制定功能，還預(yù)留了長(zhǎng)輸管道、公用管道等承壓設(shè)備檢驗(yàn)方案智能化制定的端口，可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。