CN106709995B - 核电厂闭合管线三维测量与建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电厂管道三维测量与建模技术的领域，提供核电厂闭合管线三维测量与建模方法，包括以下步骤：对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据；根据三维测量数据进行建模，计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标；采用钳工测量进行补测，获得补测三维测量数据；将补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型。通过上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法，可得到核电厂SEC管道的原样模型，并根据该原样模型，实现对整列系统检修管道进行彻底更换。相比较现有采用补胶或局部更换管段的方式而言，其避免由于经常发生渗漏而影响核电厂正常运行的问题。

Description

核电厂闭合管线三维测量与建模方法

技术领域

本发明属于核电厂管道三维测量与建模技术的领域，尤其涉及核电厂闭合管线三维测量与建模方法。

背景技术

核电厂SEC衬胶管道长期与海水接触，受到腐蚀，衬胶面破损后导致碳钢管锈蚀、渗漏，采取的处理方法是补胶或者局部更换管段，但由于管道运行时间较长，采用补胶或者局部更换管段的方式，仍经常发生渗漏，影响了核电厂的正常运行。

发明内容

本发明的目的在于提供核电厂闭合管线三维测量与建模方法，旨在解决现有衬胶管道检修由于采用补胶或局部更换管段的方式而导致经常发生渗漏、影响核电厂正常运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了核电厂闭合管线三维测量与建模方法，包括以下步骤：

对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据；

根据所述三维测量数据进行建模，计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标；

采用钳工测量进行补测，获得补测三维测量数据；

将所述补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型。

本发明提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法的有益效果：

采用上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法对核电厂SEC衬胶管道进行检修时，其先对各需要检修更换的管段进行三维尺寸测量工作，以采集各管段的三维测量数据，再根据三维测量数据进行建模，即模拟建立需要检修的管段、法兰及螺栓的三维模型，并计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标，接着，采用手工测量进行补测，获得补测三维测量数据，补测上述三维尺寸测量工作中采集不了的数据，比如法兰厚度等，然后，将补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型，以便于还原核电厂SEC管道的原样。这样，通过上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法，可得到核电厂SEC管道的原样模型，并根据该原样模型，实现对整列系统检修管道进行彻底更换。相比较现有采用补胶或局部更换管段的方式而言，其避免了由于经常发生渗漏而影响核电厂正常运行的问题，满足了使用需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法在进行上下两层房间之间测量基准点的引测时的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法的水准尺的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法在进行左右并列房间之间测量基准点的引测时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～4所示，为本发明提供的较佳实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1所示，本实施例提供的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，包括以下步骤：

S1、对各管段10进行三维尺寸测量工作，采集各管段10的三维测量数据；

S2、根据三维测量数据进行建模，计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标；

S3、采用钳工测量进行补测，获得补测三维测量数据；

S4、将补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型。

采用上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法对核电厂SEC衬胶管道进行检修时，其先对各需要检修更换的管段10进行三维尺寸测量工作，以采集各管段10的三维测量数据，再根据三维测量数据进行建模，即模拟建立需要检修的管段10、法兰及螺栓的三维模型，并计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标，接着，采用钳工测量进行补测，获得补测三维测量数据，补测上述三维尺寸测量工作中采集不了的数据，比如法兰厚度等，然后，将补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型，以便于还原核电厂SEC管道的原样。这样，通过上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法，可得到核电厂SEC管道的原样模型，并根据该原样模型，实现对整列系统检修管道进行彻底更换。相比较现有采用补胶或局部更换管段10的方式而言，其避免了由于经常发生渗漏而影响核电厂正常运行的问题，满足了使用需求。

需要补充的是，采用上述核电厂闭合管线三维测量与建模方法，在核电厂SEC管道整体更换中的应用为国内首创，其检修效果大大优于局部管道更换方式，而且极大的缩短了总体检修时间，对于核电厂的正常运行影响程度也降到了较小程度，可以节省较大的经济效益。该方法对于后续的SEC管道更换具有重要的参考价值，也对于其它项目SEC管道和类似闭合管线的更换具有较大参考价值。

需要补充的是，对各管段10进行三维尺寸测量工作的步骤中，采用激光跟踪仪对各管段10进行三维尺寸测量工作。其中，各管段10可以包括1A/2A/1B/2B系列共计150段管段10，1A/2A/1B/2B系列表示管段10的系列型号。

需要补充的是，对各管段10进行三维尺寸测量工作，采集各管段10的三维测量数据的步骤中，三维测量数据包括两端法兰面数据、螺栓中心数据、支管数据及支座等数据。

需要补充的是，所述采用手工测量进行补测的步骤中，其对于激光跟踪仪采集不了的法兰厚度数据采用游标卡尺进行测量，将所得到的数据输入进三维测量模型当中，通过计算相关数据得到完整的三维模型。

由于在对核电站SEC衬胶管道进行检修时，会有管道贯穿于上下两层不同房间中，因此，针对于贯穿于上下两层不同房间的管道检修时，包括以下步骤：

如图2所示，对各管段10进行三维尺寸测量工作，采集各管段10的三维测量数据的步骤中，还包括上下两层房间之间测量基准点的引测：

在上、下两层房间之间的地面23上开凿测量通视孔12；

在通视孔12的边缘选取上测量基准点121，将上测量基准点121固定；

在上层房间21地面23上进行测量仪器11定位，采集上测量基准点121的数据，作为下层房间22测量时的下测量基准点；

将测量仪器11置于通视孔12的正下方以采集上测量基准点121的坐标，并重新定位测量仪器11到上层房间21的坐标系中，进行下层房间22各管段10的数据采集工作。

只有在先进行上下两层房间之间测量基准点的引测之后，才方便对上层房间21和下层房间22中各管段10的数据采集工作，其与传统全站仪和水准仪测量方法相比，通过在通视孔12周围粘贴上测量基准点121，不仅可以节约时间，省时省力，最重要的是保证了测量结果的精度和可靠性。

需要补充的是，为了更好地进行测量工作，可在通视孔12的边缘选取四个上测量基准点121，并将四个上测量基准点121固定。具体地，上测量基准点121的设置数量可根据实际测量情况而选择，并不局限于本实施例。

需要补充的是，通常，上层房间21位于核岛±0.00m上，下层房间22位于地面23以下-4.00m上，而通视孔12的直径约200mm。此外，可采用胶枪将四个上测量基准点121固定。

细化地，在上层房间21地面23上进行测量仪器11定位的步骤具体为：在上层房间21的地面23上架设测量仪器11，采集上层房间21中三个以上的已知基准点，进行测量仪器11的定位。

在PX厂房进行管段10测量时，每个系列中有两段管道横穿两间并列房间。若需准确测量出管段10尺寸和两端法兰螺栓孔中心坐标，必须将两个并列房间布设在统一的测量坐标系下。但由于两个房间之间无直接通道，如果通过楼梯上下转站，则需要转站9次，才能将基准点从一侧房间引测到另外一个房间；如果采取开凿孔洞的方式，将破坏房间的承重结构，而且耗费时间长。

因此，现场勘察时发现，贯穿于左右两个房间的管道四周与墙体26间存在约3cm左右的空隙，空隙间使用防火材料封堵。如果能充分利用这段空隙将测量基准点引测到另一房间，即可实现坐标系的统一。

具体地，如图3和图4所示，本实施例中采用以下方法实现左右并列房间之间的坐标系统一，具体如下：

对各管段10进行三维尺寸测量工作，采集各管段10的三维测量数据的步骤中，还包括左右并列房间之间测量基准点的引测：

选用引测工具，于引测工具上设置左测量基准点和右测量基准点；

对引测工具上的左测量基准点和右测量基准点进行数据采集工作，获得所有测量基准点的相对空间位置；

将引测工具固定于左右房间25的穿墙管段10上，并使左测量基准点处于左房间24中，右测量基准点处于右房间25中；

获得右测量基准点于右房间25坐标系中的坐标，根据所有测量基准点的相对空间位置计算出左测量基准点于右房间25坐标系中的坐标；

于左房间24中，采用测量仪器11采集左测量基准点的位置数据和左房间24布设基准点的位置数据，将左测量基准点的位置数据和左房间24布设基准点的位置数据进行拟合计算，并测量仪器11重新定位于左房间24的坐标系中，进行左房间24各管段10的数据采集工作。

细化地，于引测工具上设置四个左测量基准点和三个右测量基准点；

对引测工具上的四个左测量基准点和三个右测量基准点进行数据采集工作，获得所有测量基准点的相对空间位置；

将引测工具固定于左右房间25的穿墙管段10上，并使四个左测量基准点处于左房间24中，三个右测量基准点处于右房间25中；

获得三个右测量基准点于右房间25坐标系中的坐标，根据所有测量基准点的相对空间位置计算出四个左测量基准点于右房间25坐标系中的坐标；

于左房间24中，采用测量仪器11采集四个左测量基准点的位置数据和左房间24布设基准点的位置数据，将四个左测量基准点的位置数据和左房间24布设基准点的位置数据进行拟合计算，并测量仪器11重新定位于左房间24的坐标系中，进行左房间24各管段10的数据采集工作。具体地，左测量基准点和右左测量基准点的设置数量可根据实际测量情况而选择，并不局限于本实施例。

需要补充的是，处于左房间24中的四个左测量基准点可依序标号为1、2、3、4号基准点，处于右房间25中三个右测量基准点可依序标号为5、6、7号基准点。这样，上述步骤中，其可以先获得三个右测量基准点，即5、6、7号基准点于右房间25坐标系中的坐标，根据七个测量基准点的相对空间位置计算出四个左测量基准点，即1、2、3、4号基准点于右房间25坐标系中的坐标。

细化地，选用引测工具，于引测工具上设置四个左测量基准点和三个右测量基准点的步骤具体为：

引测工具为水准尺13，在水准尺13的中间位置预留比左右房间25之间墙体26厚度大的距离，并在该段距离的左侧粘贴固定左测量基准点，右侧粘贴固定右测量基准点。

需要补充的是，水准尺13选用两米长的铝合金水准尺13；七个测量基准点的粘贴固定同样可采用胶枪进行固定。

需要补充的是，获得七个测量基准点的相对空间位置时，可将水准尺13放置在PX房间(右房间25)的地面23上，固定平稳，并使铝合金水准尺13已知数据测量时的温度、湿度与转站测量时保持一致。

由于在管道预制、模拟组装和现场安装时，需要精准测量出各管段10法兰、螺栓孔的位置，便于管段10与设备之间、管段10与管段10之间的精确对接。现场测量面临的主要问题之一即为：螺栓孔已安装螺杆，采用激光跟踪仪不能直接测量出螺栓孔的中心坐标。因此，测量人员在准备阶段对螺栓孔中心坐标的测量方法进行了充分的讨论和实践操作，并尝试了以下三种测量方法：

本实施例关于如何采集螺栓孔中心数据的第一实施方式：

采集各管段10的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

用记号笔在螺杆端面标记出螺杆端面中心点，用专用测点工具配合靶球测量螺杆端面中心点的坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。

细化地，其可在螺杆端面先粘贴不锈钢胶带，再用记号笔在螺杆端面标记出螺杆端面中心点。

本实施例关于如何采集螺栓孔中心数据的第二实施方式：

采集各管段10的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

制作螺帽，在螺帽的中心钻中心孔，将螺帽套在螺杆外端，将专用测点工具卡入中心孔内，再配合靶球测量螺杆端面中心点坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。

细化地，制作螺帽时，使螺帽的内径稍大于螺杆外径。此外，该实施方式中的中心孔，其孔直径约为2mm。

本实施例关于如何采集螺栓孔中心数据的第三实施方式：

采集各管段10的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

制作螺帽，在螺帽的中心钻中心孔，将靶球置于中心孔中，将螺帽套在螺杆外端，测量螺杆端面中心点坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。这样，采用该方式测螺栓孔中心坐标数据时，其采集快速、稳定。

细化地，制作螺帽时，中心孔的直径可为8-10mm。

由于模拟现场、组装、测量、放样时要求精确还原核电现场SEC管道原样，因此，在将三维模型中的设备、法兰及螺栓进行模拟现场组装、测量、放样及检测的步骤中：

需要保证精确的位置包括管道法兰面间距、法兰面螺栓孔位置、设备端平面位置、设备端法兰位置及设备端法兰面螺栓孔位置。

就测量而言，模拟组装现场主要的难点在于：

需要放样的数据较多，而时间紧、放样难度较大，主要是模拟设备、支架、管道等遮挡测量路径；

现场需要不断进行调整测量的数据较多，主要是设备、管道、法兰和螺栓孔调整偏差较大；

部分设备端法兰数据不足，主要是连接设备端的管道法兰到设备端法兰的间距数据缺少；

监测难度较大，主要是管道模拟组装过程中，相应的测量点和基准点被遮挡，无法通视。

因此，为了解决上述问题，采取了相应的措施，具体如下：

将三维模型中的设备、法兰及螺栓进行模拟现场组装、测量、放样及检测的步骤中：

放样包括：按先主要后次要、先设备后法兰、先螺栓后管道的原则放样三维模型中的各部件；围绕三维模型的模拟框架进行多方位多角度放样；

测量步骤包括：增加测量基准点并及时检查；对缺少的设备端法兰和管道法兰的尺寸进行补测；

监测步骤包括：围绕三维模型的模拟框架进行多方位多角度监测；在拆装管道及法兰过程中，进行多次监测，确保设备端法兰的位置正确。

当然，还存在采用其它手段，比如手工量距的方式进行模拟结果的验证。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据；

根据所述三维测量数据进行建模，计算出法兰中心点坐标和螺栓中心点投影坐标；

采用手工测量进行补测，获得补测三维测量数据；

将所述补测三维测量数据输入三维测量模型中，得到完整三维模型；

所述对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据的步骤中，还包括上下两层房间之间测量基准点的引测：

在上、下两层房间之间的地面上开凿测量通视孔；

在所述通视孔的边缘选取上测量基准点，将所述上测量基准点固定；

在上层房间地面上进行测量仪器定位，采集所述上测量基准点的数据，作为下层房间测量时的下测量基准点；

将测量仪器置于所述通视孔的正下方以采集所述上测量基准点的坐标，并重新定位测量仪器到上层房间的坐标系中，进行下层房间各管段的数据采集工作。

2.如权利要求1所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述在上层房间地面上进行测量仪器定位的步骤具体为：在上层房间的地面上架设测量仪器，采集上层房间中三个以上的已知基准点，进行测量仪器的定位。

3.如权利要求1所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据的步骤中，还包括左右并列房间之间测量基准点的引测：

选用引测工具，于所述引测工具上设置左测量基准点和右测量基准点；

对所述引测工具上的左测量基准点和右测量基准点进行数据采集工作，获得所有测量基准点的相对空间位置；

将所述引测工具固定于左右房间的穿墙管段上，并使所述左测量基准点处于左房间中，所述右测量基准点处于右房间中；

获得所述右测量基准点于右房间坐标系中的坐标，根据测量基准点的相对空间位置计算出所述左测量基准点于右房间坐标系中的坐标；

于左房间中，采用测量仪器采集所述左测量基准点的位置数据和左房间布设基准点的位置数据，将所述左测量基准点的位置数据和左房间布设基准点的位置数据进行拟合计算，并将测量仪器重新定位于左房间的坐标系中，进行左房间各管段的数据采集工作。

4.如权利要求3所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述选用引测工具，于所述引测工具上设置左测量基准点和右测量基准点的步骤具体为：

所述引测工具为水准尺，在所述水准尺的中间位置预留比左右房间之间墙体厚度大的距离，并在该段距离的左侧粘贴固定左测量基准点，右侧粘贴固定右测量基准点。

5.如权利要求1～4任一项所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述采集各管段的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

用记号笔在螺杆端面标记出螺杆端面中心点，用专用测点工具配合靶球测量螺杆端面中心点的坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。

6.如权利要求5所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述用记号笔在螺杆端面标记出螺杆端面中心点的步骤之前，还包括步骤：在所述螺杆端面粘贴不锈钢胶带。

7.如权利要求1～4任一项所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述采集各管段的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

制作螺帽，在所述螺帽的中心钻中心孔，将所述螺帽套在螺杆外端，将专用测点工具卡入所述中心孔内，再配合靶球测量螺杆端面中心点坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。

8.如权利要求7所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，制作螺帽时，使所述螺帽的内径稍大于所述螺杆外径。

9.如权利要求1～4任一项所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述采集各管段的三维测量数据的步骤包括采集螺栓孔中心数据：

制作螺帽，在所述螺帽的中心钻中心孔，将靶球置于所述中心孔中，将所述螺帽套在螺杆外端，测量螺杆端面中心点坐标，将螺杆端面中心点的坐标投影到法兰平面上，获得螺栓孔中心坐标。

10.如权利要求1～4任一项所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述对各管段进行三维尺寸测量工作，采集各管段的三维测量数据的步骤中，所述三维测量数据包括两端法兰面数据、螺栓中心数据、支管数据及支座数据。

11.如权利要求1～4任一项所述的核电厂闭合管线三维测量与建模方法，其特征在于，所述采用手工测量进行补测的步骤中，对于采集不了的法兰厚度数据，采用游标卡尺进行测量，将所得到的数据输进三维测量模型中。

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