石化炼油部压力管道直径测量方法研究

吕 浩，谢柳辉，侯冀川，杨中志

(广东省特种设备检测研究院东莞检测院，广东 东莞 523120)

2019年3月，我单位对某石化有限公司某炼油部420万吨/年延迟焦化装置共1129条约30.19 km压力管道进行基于RBI的定期检验。这些压力管道的直径涵盖ø97、ø102、ø154、ø205、ø257、ø297、ø320、ø478、ø586、ø734、ø886、ø1176等二十多种不同规格。在检验过程中发现，现场许多条管道实际直径与资料有出入，需要对这二十多种不同直径规格的压力管道一一测量核实，才能准确确定检验对象及检验方案。

对压力管道直径的测量有直接测量法和间接测量法，直接测量法一般适用于中小尺寸(<500 mm)管道直径的测量，间接测量法一般用于大尺寸(≥500 mm)管道直径的测量[1]。直接测量方法主要有大型千分尺法、п尺法、围线法等[2]，大型千分尺法和п尺法因测量仪器较大，不便携带，不适合现场测量。围线法测量精度受拉紧力影响较大，且对大尺寸直径测量不便操作，也不适合现场测量。有些管道因操作空间限制，没有完整的两直径测量点供大型千分尺法和п尺法进行测量，围线法也无法绕管道一周进行测量[3]。间接测量法主要有弓高弦长法、激光相切法[4]。激光相切法量具造价高且便携性差，不适合现场测量[5]。

针对检验现场压力管道具有直径大，部分管道测量空间受限，数量大的特点。本文提供一种基于弓高弦长法的压力管道直径测量的便携仪器及方法，可以实现大尺寸管道直径、测量空间受限管道直径的便捷测量。

1 测量原理

图1 测量原理示意图

测量原理如图1所示，圆ABC为以点O为圆心2R为直径的管道圆周示意，PA=PB=L，AD=DB=L1/2，OD=OC-CD=R-h，∠APO=θ。△ADO和△ODB为直角三角形，根据勾股定理可得关系式：OB2=OD2+DB2。

带入并整理关系式可得：

直径D=2R=h+(L12)/(4h)=h+(LSinθ)2/h

由上列关系式可知，通过测量h和θ值，便可间接计算出直径值D。下面介绍一种可测量h和θ值，并显示出直径D值的测量工具及测量方法。

图2 总体结构

2 测量仪器主要结构

2.1 测量仪器总体结构

测量尺主要由主尺(1)、位移传感器数显系统(2)、游标尺(3)、紧固件(4)、角度传感器数显系统(5)、滑动件(6)和副尺(7)七部分组成，总体结构如图2。主尺和副尺通过紧固件相铰接，主、副尺尺尖到铰接中心点的长度相等，设定为L，零刻度值位于主尺尺尖处。主、副尺均设计有凹槽导轨，位移传感器系统和滑动件通过凹槽分别与主尺和副尺连接，且可以沿着凹槽导轨滑动。角度传感器固定在副尺上，可随着副尺通过铰链的转动而转动。游标尺通过位移传感器数显系统上的紧固螺栓与位移传感器系统连接并随其运动。

2.2 位移传感器系统结构

图3 位移传感器数显系统

位移传感器系统主要由紧固件、数显屏、功能键、定位孔、滑动装置、微计算器组成，结构如图3所示。位移传感器系统设置了编号从0至6的七个定位孔，0至5编号的定位孔中心连线平行于主尺，0号和6号定位孔的中心连线垂直于主尺，其位置关系为∠061=10°，∠062=20°，∠063=30°，∠064=40°，∠065=50°，定位孔的作用是调节游标尺的位置，使游标尺与主尺的夹角呈10°、20°、30°、40°、50°，通过定位孔的设置来调节尺尖的刻度，从而实现不同管道直径弦长的测量。位移传感器系统还设置了“ON/OFF”“0”“D”“H1-5”四个功能键，“ON/OFF”功能键的作用是控制位移传感器数显系统的开/关，“0”功能键的作用是清零，“D1-5”键的作用是循环显示游标尺分别定位在1～5定位孔时的直径值，“H1-5”功能键的作用是循环显示游标尺分别定位在1～5定位孔时的高度值。

3 直径测量

图4 直径测量初始状态

图5 直径测量状态

通过测量尺主尺、副尺、游标尺和位移传感器数显系统的配合使用，可实现管道直径的测量，如图4、图5所示。测量过程如下：①将游标尺3与部件2和部件6上的6号定位孔上的螺栓连接；②从部件2和部件6上的1号定位孔开始，逐步向2号、3号、4号、5号定位孔进行调节，使主、副尺两尺尖位于管道同一截面圆表面，且使得两尺尖的跨度最大时，用螺栓选定所调节到的两定位孔，此时，四个限位孔共同限定了游标尺与主尺、副尺法线的夹角值θ；③调节测量尺至图4状态，使游标尺的下边缘与主尺的“0”刻度线重合；④按下部件2上的“ON/OFF”功能键，打开位移传感器数显系统；⑤按下部件2上的“0”功能键，将位移传感器数显系统清零；⑥调节测量尺至图8状态，使游标尺与管道截面圆相切；⑦按下部件2上的“H1-5”功能键，数显屏上即可显示此次测量的鼓包高度值h，h值是通过位移传感器数显系统的微计算器进行数值处理得来，原理是h= L2cosθ；⑧按下部件2上的“D1-5”功能键，数显屏上即可显示此次测量的管道直径值D，D值是通过位移传感器数显系统的微计算器进行数值处理得来，原理是D= h+(LSinθ)2/h。

4 结 语

此种压力管道测量仪器及测量方法有以下功能及特点：

(1)测量范围广，不仅适用于中小尺寸(<500 mm)管道直径的测量，也可用于大尺寸(≥500 mm)管道直径的测量，可以满足石化公司炼油部不同管径压力管道直径测量的需要。

(2)可用于因多条管道并排等不能直接测量管道直径情况下的测量空间受限的管道直径测量。

(3)方便携带，操作简单，适用于生产现场管道直径的测量。