Металлургическая промышленность — это суровый мир высоких температур, агрессивных химических сред и механических нагрузок. В таких условиях коррозия становится одним из главных врагов оборудования, угрожая как безопасности производства, так и его экономическим показателям. Поэтому эффективный мониторинг коррозии — это жизненно необходимая часть управления активами и обеспечения надёжности металлургического предприятия.
После ухода западных вендоров с российского рынка и перехода на отечественное программное обеспечение встал острый вопрос, как импортозамещать системы мониторинга коррозии оборудования?
Как работают такие системы?
Датчики или зонды коррозии устанавливаются в ключевых точках, где наиболее вероятно возникновение коррозии. Это могут быть подверженные высоким нагрузкам участки трубопроводов, соединения, сварные швы, зоны повышенной влажности и т.д. Датчики непрерывно или периодически собирают данные, характеризующие состояние металла и окружающей среды. Потом происходит передача, обработка и анализ данных.
Учёные Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали импортозамещающую систему, которая контролирует техническое состояние различного промышленного оборудования, предотвращая аварии. Технологию можно применять на объектах с температурой поверхности до 600 градусов.
Разработка выполнена коллективом учёных под руководством Дмитрия Шнайдера в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» нацпроекта «Молодёжь и дети».
«Мы ставили перед собой задачу не просто создать импортозамещающее решение, а разработать технологию, способную обеспечить более высокую точность и устойчивость измерений в сложных условиях эксплуатации, — цитирует пресс-служба вуза руководителя лаборатории промышленной автоматизации и интернета вещей ЮУрГУ Дмитрий Шнайдер. — Сегодня у нас есть научный задел и функциональный прототип, и мы открыты к сотрудничеству с промышленными партнёрами для дальнейшей доработки, испытаний и внедрения технологии в реальных производственных условиях».
Руководитель лаборатории промышленной автоматизации и интернета вещей ЮУрГУ Дмитрий Шнайдер
Система ориентирована на долговременный контроль изменения толщины стенок трубопроводов, сосудов под давлением и других ответственных элементов оборудования на нефтеперерабатывающих, химических и энергетических предприятиях, сообщают в пресс-службе вуза.
Коррозия и эрозионный износ остаются одними из основных причин аварий, внеплановых ремонтов и простоев промышленного оборудования. Особую сложность представляет контроль объектов, эксплуатируемых при высоких температурах и имеющих выраженную шероховатость поверхности. В таких условиях традиционные методы ультразвукового контроля часто теряют точность из-за искажений сигнала и высокого уровня шумов.
В основе разработки лежит метод обработки ультразвуковых сигналов, основанный на скользящей кросс-корреляции с субдискретной оценкой временных сдвигов. Алгоритм анализирует последовательности ультразвуковых импульсов, что позволяет повысить устойчивость измерений при наличии рассеяния волн и шумов, характерных для шероховатых поверхностей.
Применяемый подход обеспечивает чувствительность к изменениям толщины на уровне нескольких микрон, при этом погрешность измерений в лабораторных и экспериментальных условиях составляет порядка 10 мкм, что превышает точность ряда традиционных решений, используемых для контроля в сложных промышленных условиях. Алгоритм также учитывает температурное влияние на скорость распространения ультразвука в металле.
Для системы разработано кроссплатформенное программное обеспечение с графическим интерфейсом, предназначенное для настройки режимов измерения, тестирования алгоритмов и визуализации данных в режиме, близком к реальному времени.
Аппаратная часть представляет собой стационарный ультразвуковой датчик, рассчитанный на установку в наиболее нагруженных и коррозионно-опасных зонах оборудования — в области сварных швов, изгибов труб и соединений. Стационарная установка позволяет исключить погрешности, связанные с повторным позиционированием ручных приборов, и формировать достоверные временные ряды данных для анализа динамики износа.
Возможность применения системы на высокотемпературных объектах (температура поверхности до 600 °C) обеспечивается специальной конструкцией ультразвуковых волноводов, которые передают сигнал от зоны контроля к измерительной электронике. Такое конструктивное решение позволяет размещать электронные компоненты и источники питания вне зон экстремального нагрева, сохраняя стабильность измерений и повышая безопасность эксплуатации оборудования.
Система мониторинга коррозии промышленного оборудования контролирует коррозионные процессы в режиме реального времени без остановки технологического оборудования
Периодичность измерений может варьироваться от нескольких минут до одного часа, что многократно превосходит частоту традиционного периодического контроля портативными приборами и позволяет выявлять ранние признаки ускоренного коррозионного износа. Кроме того, предлагаемое решение позволяет исключить необходимость пребывания персонала в непосредственной близости от опасного оборудования, эксплуатируемого при высоких температурах. Это снижает производственные риски, повышает уровень промышленной безопасности и соответствует современным требованиям к организации безопасных условий труда.
Разработка ориентирована на применение в составе распределённых систем мониторинга и поддерживает интеграцию в разработанную в университете систему промышленного интернета вещей IIoTSense. Это обеспечивает передачу измерительных данных в централизованные аналитические платформы, возможность удалённого мониторинга состояния оборудования и использование технологий предиктивной аналитики.
Использование энергоэффективных и термически стабильных компонентов снижает эксплуатационные риски и обеспечивает возможность длительной автономной работы датчика в условиях промышленного производства, подчёркивают в ЮУрГУ.
На текущий момент есть научный задел и функциональный прототип. Он прошёл тестирование и готов к передаче промышленным партнёрам. Разработку можно применять на предприятиях нефтепереработки, химической и энергетической отраслей, в металлургии, судостроении, транспортной инфраструктуре и в сфере жилищно-коммунального хозяйства.
«Везде, где требуется удалённый мониторинг состояния металлических конструкций и переход к предиктивному обслуживанию оборудования», — цитирует ТАСС Минобрнауки России.
Егор Петров
