一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法

本发明属于油气管道，涉及一种因在役管道失效破坏而进行换管作业时，准确快速的计算组对工料管尺寸的方法。

背景技术：

1、目前社会经济飞速发展推动了管网建设的规模不断扩大，大口径管道建设在石油、化工等多方面迅速发展，预计到2025年，管网规模将达到24万千米，有望实现全国范围内天然气干线、成品油管网全部贯通，随着我国油气改革政策陆续实施，油气管网的基础性地位将得到不断巩固。当前在役管道的失效时有发生，管道失效后输气量降低，严重威胁管道运行安全，带来严重的经济损失和社会影响。管道的换管作业是一种常见的维抢修作业方式，也是消除管道安全隐患的最有效的方式之一。换管作业中测量、下料和组对是换管作业的关键工序，这些工序精确实施的前提是准确获得组对管道的尺寸。因此，如何准确快速的计算组对工料管尺寸和端面形状，对保障管道安全运行和能源供应具有重要意义。

2、在目前大口径管道施工中，很多工序仍旧依靠传统的施工方法。目前管道现场施工组对测量控制多是采用人工现场打样的方式，依靠工人的经验技能，对在位管道中心轴线进行拉线放样确定其交点和角度，进而获取组对工料管的尺寸和角度。但是传统作业方式存在以下问题：第一，传统测量过程涉及直角尺的使用和垂线的标记，在很大程度上依赖于现场测量人员工具使用的熟练程度，具有较强的主观性；第二，测量工具的限制，当两侧在位管道的长度超过直角尺最长边的长度时，现有的方法不再适用。第三，传统测量方法本身受限制，如果对接的管道中心线空间不相交，这种测量方法基本无法测量到有效数据。基于以上分析表明，在管道施工领域中，设计一套具有快速、适用于现场、实时数据处理能力的系统的管道碰接控制方案，是目前管道现场施工组对的迫切需要，并且具有重要的社会价值和经济效益。

3、因此，本发明提出了一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法。该方法将现场易于测量的基础距离数据，通过建立的距离数据与管道端面形状之间的转换模型，进一步转化为在位管道端面空间坐标位置，进而确定管道端面形状和尺寸；最后将坐标点传输到计算机，进而生成管道端面切割轨迹线，最后爬管式管道切割坡口机按照预定的切割轨迹线进行切割下料。本方法具有数据采集快、分析快、端面拟合精度高等优点，可极大提高管道对接的准确性，对保障埋地油气管道的安全具有重要的意义。若继续将计算机技术与本发明深入结合，研发相应软件，将实现本方法的高效便捷应用。

技术实现思路

1、本发明提出了一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法。针对换管作业中面临的大口径钢管碰接精度问题，首先，选取基础管道，建立坐标系，拟合基础管道端面测量点坐标，进一步确定管道端面形状；基于测距技术，获得基础管道上测量点沿另外一条在位管道一周的距离数据；通过建立的距离数据与管道端面形状之间的转换模型，将管道距离测量结果转化为另一条在位管道的空间坐标数据，进而确定在位管道管端面形状；最后将两根管道端面坐标数据传输到计算机，生成管道端面切割轨迹线，爬管式管道切割坡口机按照预定的切割轨迹线进行切割下料。此方法可很大程度避免传统方法中对现场人员熟练程度的依赖性和管道碰接方法的局限性，对提高管道组对精度、保障埋地油气管道的安全具有重要的意义。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、上述的一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法，包括以下步骤：

4、步骤1，选取端面较为光滑管道为基础管道，以基础管道椭圆端面圆心点为坐标原点，测量基础管道椭圆端面的长半轴长，短半轴长和管道半径。

5、步骤2，将另一条管道以12点位置为开始位置，等距离划分3600份，获得3600个分割点。将测量装置置于基础管道12点位置，让其沿另外一条在位管道端面分割点12点位置顺时针测量一周，获得3600个点位距离。

6、步骤3：再将测量装置至于基础管道端面圆心位置，让其沿另外一条在位管道端面分割点12点位置顺时针测量一周，再次获得3600个点位距离。

7、步骤4，建立基础管道椭圆端面参数方程，将椭圆角度等分为3600份，获得椭圆参数角，基于椭圆圆弧的参数角和扫略角的关系，获得椭圆等弧长对应的扫略角度。随后对椭圆周长进行微分，确定椭圆圆弧的常积分解析解。

8、步骤5，获得椭圆弧长后，对其进行3600等分，结合椭圆参数方程，求解基础管道椭圆端面3600个等分点坐标数据，确定基础管道椭圆端面形状。

9、步骤6，基于基础管道坐标点和两组距离测量数据，求解另外一条在位管道端面测量点几何坐标，进而确定该在位管道端面形状。

10、步骤7，将求得的两端面坐标数据导入计算机，打印出管道端面切割轨迹图，最后爬管式管道切割坡口机按照预定的切割轨迹线进行切割下料。

11、本发明采用以上技术方案，可以达到以下有益效果：

12、(1)本发明提供的一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法，能够有效避免传统方法中人工打样的精度不高，造成现场重新改样及返工现象，极大提高管道对接的准确性，对保障埋地油气管道的安全具有重要的意义。

13、(2)本发明提供的一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法，基于现场易于测量的距离数据，建立了将距离数据与管道端面形状之间的转换关系，可快速实现对过渡管道长度和形状的切割，具有重要的社会效益和经济效益。

技术特征：

1.本发明提出了一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法，其特征是，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种天然气管道施工中大口径钢管智能碰接方法。其步骤是：将现场易于测量的基础数据，基于建立的转化模型，进一步转化为在位管道端面空间坐标位置，进而确定组对工料管端面形状和尺寸；最后将坐标点传输到计算机，进而生成管道端面切割轨迹线，最后爬管式管道切割坡口机按照预定的切割轨迹线进行切割下料，实现管道组对碰接的智能化。本方法具有数据采集快、分析快、端面拟合精度高等优点，可极大减小传统方法对现场人员熟练程度的依赖，提高管道组对碰接的准确性，对保障埋地油气管道的安全具有重要的意义。

技术研发人员：吴瑕,沈定金,贾文龙,张杰桢,牟磊
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13