工业管道定期检验方案智能化制定系统及运用

李文振 苏志坚 李 朝 吕 浩

（广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞 523120）

随着我国石油化工技术的飞速发展和石油化工产品需求的日益激增，石化装置不断向高参数、高产能、大型化的方向发展。近几年，笔者单位对辖区内多家大型石化企业的延迟焦化装置、催化裂化装置、煤制氢净化装置、PP 装置、PDH 装置等装置的工业管道开展了多次定期检验工作。制定定期检验方案是开展定期检验工作的基础环节，是保障定期检验工作顺利开展的前提。在制定大型石化装置工业管道定期检验方案的过程中，会遇到下面几点突出问题：1）需要查阅GB 50160—2018《石油化工企业设计防火标准》[1]、GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[2]、TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程——工业管道》[3]、SH/T 3501—2021《石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》[4]、GBZ 230—2010《职业性接触毒物危害程度分级》[5]、GB/T 20801—2020《压力管道规范 工业管道》[6]、GB/T 30579—2022《承压设备损伤模式识别》[7]、TSG D7005—2018《压力管道定期检验规则——工业管道》[8]、NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》[9]等技术规范、标准，来确定介质的毒性、火灾危险性、腐蚀性，以及工业管道的损伤模式、无损检测方法、比例等。工作量大，耗时长。2）单套石化装置的工业管道数量一般在百条以上，长度为几十至几百千米[10]，处理如此庞大数量的工业管道的定期检验方案，工作强度大，效率低。3）人工处理大量数据过程中，容易出错。在大量查阅规范、标准过程中，容易遗漏，造成检验项目缺失、检验不足等情况。4）不同检验人员的检验能力、对标准规范的理解程度、工作强度承受能力的不同，会影响检验方案的质量和准确度[11]。

针对全过程人工制定工业管道定期检验方案出现的突出问题，以及适应石化装置大型化和信息化发展的需要，为提高工业管道定期检验效率及准确度，降低检验人员的工作强度，开发出一款工业管道定期检验方案智能化制定系统，该系统通过对工业管道参数、技术规范、标准的数据库建立及对数据库的智能化运算，智能优化出合理的定期检验方案。

1 系统总体设计

工业管道定期检验方案智能化制定系统由硬件和软件2 部分组成。其中，硬件由服务器和操作终端组成，操作终端分为固定终端和移动终端，操作终端通过网络与服务器进行数据交换。软件由数据导入区块、数据库区块、数据运算区块、数据修正区块、数据输出区块5 个区块组成。工业管道定期检验方案智能化制定系统软件各区块功能介绍如下：

1.1 数据导入区块

制定工业管道定期检验方案的决定性参数有设计压力、工作压力、设计温度、工作温度、材质、介质、直径、壁厚、长度、三通数量、弯头数量等。数据导入区块的作用是将这些参数导入系统并转化为系统可以识别并运用的机器语言。检验人员需将每条工业管道的参数按照系统设定的格式整理在Excel 表格中，Excel 表格的每一行代表一条工业管道的参数，每一列代表一类参数属性。通过操作终端的数据导入区块将整理好的Excel 表格导入系统，Excel 表格中的参数将有序地罗列在系统表格中，将系统表格中每一列的数据属性选择与Excel 表格每一列数据属性相同，即完成了系统对表格中数据属性的识别，为后续数据查询和数据运算提供基础数据。系统可以一次性导入整个石化装置的数据，并提供强大的数据搜索、统计、筛选等功能。

1.2 数据库区块

数据库区块用于系统数据存储和数据之间关系规则的存储，主要由属性数据库和逻辑数据库2 类数据库组成。属性数据库主要是根据基础数据属性的相关标准对基础数据的属性进行归纳总结，属性数据库包括“火灾危险性数据库”“介质毒性数据库”“介质腐蚀性数据库”“材质数据库”等，系统通过数据导入区块获取基础数据后，再通过属性数据库可将数据的相关属性与基础数据相关联，例如：工业管道材质数据库包含碳钢数据库、低温钢数据库、合金钢数据库、不锈钢数据库、耐热钢数据库、Cr-Mo 钢数据库等，当数据导入区块获取到管道材质为“20”钢牌号时，系统可以关联到此牌号属于碳钢。同时，“20”钢的不同温度下的许用应力、最高最低使用温度、屈服强度、抗拉强度等属性也通过属性数据库与“20”钢牌号进行关联。逻辑数据库主要是将技术规范和相关标准的逻辑关系、逻辑关系因素及逻辑关系的关联结果进行归纳总结建立的数据库，逻辑数据库包括“TSG D0001 工业管道监察规程数据库”“TSG D7005 工业管道定期检验数据库”“GB/T 30579 损伤模式数据库”等，工业管道2 组或2 组以上不同基础数据及相关属性条件组合在一起时，会得出新的关联结果，例如：工业管道的使用介质为蒸汽，设计压力为5 MPa，设计温度为300 ℃时，系统可以判断该工业管道级别为GC2 级。

1.3 数据运算区块

数据运算区块是系统访问数据、数据属性匹配、数据逻辑运算、定期检验方案制定、方案输出的处理中心，是连接数据导入区块、数据库区块、数据修正区块、数据输出区块的桥梁。数据导入区块导入的数据通过数据运算区块对数据库区块的属性数据库进行访问完成属性匹配，再通过数据运算区块对数据库区块的逻辑数据库进行访问完成介质毒性危害程度、火灾危险等级、可能发生的损伤模式、工业管道级别等的判断，并制定出初步定期检验方案。数据修正区块导入的数据通过数据运算区块再次对数据库区块进行访问完成最终定期检验方案的制定，数据输出区块通过数据运算区块访问数据库区块完成方案的导出。

1.4 数据修正区块与数据输出区块

系统根据数据导入区块导入的工业管道基础数据制定出的定期检验方案为初步方案，在工业管道运行现场可能会出现一些特殊工况，比如管道振动、雨水渗入、保温层破损等，检验人员需要在检验现场通过防爆移动终端的数据修正区块将特殊工况输入系统，系统通过数据运算区块访问数据库区块完成最终的定期检验方案。

数据输出区块的作用是将系统制定的定期检验方案以系统直接查阅或者以Excel、PDF、Word 等格式输出、打印的形式输出给检验人员。

2 工业管道定期检验方案智能化制定系统功能设置及运用

2.1 系统功能设置

工业管道定期检验方案智能化制定系统主要设置了介质查询功能、材质查询功能、工业管道定期检验技术规范及标准查询功能、工业管道定期检验方案制定功能等。工业管道使用的材质、介质及其相匹配的属性可通过材质查询功能和介质查询功能访问属性数据库进行查询。工业管道安全技术监察规程、定期检验规则等技术规范和标准条文可通过工业管道定期检验技术规范及标准查询功能进行查询。

在介质查询功能中输入工业管道使用的介质名称，可以查询到该介质的别名、熔点、沸点、闪点、爆炸极限、毒性程度、火灾危险性、腐蚀性、分子式、主要用途、外观性状、急救措施等信息。例如输入甲苯，查询结果见图1。

图1 介质属性查询结果示意图

在材质查询功能中输入工业管道使用的材质牌号，可以查询到该牌号的材质种类、类别、最低最高使用温度、不同使用温度下的许用应力、屈服强度、抗拉强度、硬度参考值、主要化学元素含量等信息。例如输入Q235B，查询结果见图2。

图2 材质属性查询结果示意图

2.2 系统运用

工业管道定期检验方案智能化制定系统操作流程如图3 所示。操作流程主要步骤如下：

图3 工业管道定期检验方案智能化制定系统主要组成和运行流程示意图

第1 步，从使用单位获取制定定期检验方案需要用到的基础数据，将所有工业管道的基础数据整理在一个Excel 中，按照系统设定的可以识别的格式进行统一。表格每一行表征一条工业管道的所有基础数据，表格每一列表征一类特征数据。将Excel 表格通过数据导入区块导入系统中。以某石化公司某装置一个回路的727 条工业管道为例，将回路所有管道的基础数据表格通过数据导入功能导入系统中，见图4，每一行表征一条工业管道的管道号、起止点、直径、压力、温度、介质等信息，727 行代表有727 条工业管道；每一列表征一类特征数据，如管道号列表征的是727条工业管道的管道号。

图4 数据导入示意图

第2 步，表格导入系统后，每一列特征数据对应系统的一个属性选择框，将系统每列的属性选择和Excel 表格每列的属性一致即完成了Excel 数据属性与系统的匹配，见图5，数据属性匹配完成后，系统就可以对导入的数据进行识别并参与后续运用。

图5 属性匹配示意图

第3 步，系统在完成基础数据匹配后，会对数据进行属性识别、逻辑运算、制定初步检验方案等一系列处理。属性识别是指系统根据基础数据，识别出工业管道材质属性、适用压力、温度、介质毒性、火灾危险性等属性。逻辑运算是指系统根据逻辑数据库，将不同数据条件按照逻辑数据库的逻辑关系对工业管道的间接属性进行分析匹配和检验方案进行制定，例如系统会逐行识别每一条工业管道的设计压力、设计温度、材质、介质毒性、火灾危险性等属性，判断出工业管道级别，优化出合理的无损检测方法及比例（见图6、图7）、理化检验方法等。系统可以对导入的727 条工业管道通过数据生成功能批量处理。检验人员可以通过系统查看数据处理所依据的技术规范、标准的出处。

图6 无损检测方法及比例推荐示意图

图7 磁粉检测通用工艺卡推荐示意图

第4 步，初步定期检验方案制定完成后，检验人员可以携带移动终端在检验现场对每条工业管道进行现场确认，如果出现保温层破损、雨水渗入、管道振动等特殊工况，可以通过移动终端勾选相应的工况条件（见图8）。

图8 特殊工况勾选示意图

第5 步，勾选确认之后，系统后台会对有修改的地方再次进行关联逻辑运算，制定出最终检验方案。

第6 步，系统制定出的最终定期检验方案可以在电脑终端和移动终端查看，也可以导出为Word、PDF等格式。

3 结论

针对工业管道定期检验方案制定效率低、工作量大等问题，研究团队开发了一套石化装置工业管道定期检验方案智能化制定系统，该智能化制定系统的应用可提高工业管道定期检验方案的制定效率和准确率，保障石化装置工业管道定期检验的有效实施。具体结论如下：

1）系统建立了完善的数据库并提供了强大的搜索功能，数据库涵盖了工业管道材质、介质、定期检验、损伤模式、无损检验等多个方面，检验人员可以通过终端快速、全面地搜索相关内容，相对于传统查阅规范、标准的方式，效率高、便捷。

2）通过工业管道定期检验方案智能化制定系统的运用，可以同时处理整个石化装置百条以上工业管道的数据，快速地判断工业管道级别、介质的火灾危险性、毒性等特性，推荐合理的无损、理化等检验方法。同时，系统可以显示所依据的技术规范、标准的出处，方便检验人员进行查看和核验。

该系统还存在如下可以改进的方面：

1）近年来，基于风险的检验（RBI）技术得到快速发展，该检验技术兼顾了检验的系统安全性和经济性被广泛应用。系统可以在现有的基础上开发出基于风险的检验方案制定功能。

2）系统仅开发了工业管道定期检验方案智能化制定功能，还预留了长输管道、公用管道等承压设备检验方案智能化制定的端口，可以进一步开发。