Специалисты Южно-Уральского государственного университета (вуз входит в Союз машиностроителей России) разработали импортозамещающую интеллектуальную систему мониторинга коррозионного износа металлических конструкций, которая контролирует техническое состояние промышленного оборудования и трубопроводов, предотвращая аварии. Система предназначена для эксплуатации в сложных промышленных условиях.
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.
Предложенная авторами система ориентирована на долговременный контроль изменения толщины стенок трубопроводов, сосудов под давлением и других ответственных элементов оборудования нефтеперерабатывающих, химических и энергетических предприятий. В основе разработки — 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. Алгоритм также учитывает температурное влияние на скорость распространения ультразвука в металле.
Аппаратная часть комплекса представляет собой стационарный ультразвуковой датчик, рассчитанный на установку в наиболее нагруженных и коррозионно-опасных зонах оборудования — в области сварных швов, изгибов труб и соединений. Возможность применения системы на высокотемпературных объектах с температурой поверхности до 600 °C обеспечивается специальной конструкцией ультразвуковых волноводов, которые передают сигнал от зоны контроля к измерительной электронике.
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. 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.
«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. Сегодня у нас есть научный задел и функциональный прототип, и мы открыты к сотрудничеству с промышленными партнерами для дальнейшей доработки, испытаний и внедрения технологии в реальных производственных условиях», — отметил руководитель лаборатории промышленной автоматизации и интернета вещей ЮУрГУ Дмитрий Шнайдер, под чьим руководством осуществлялась разработка.
На прошлой неделе Дмитрий Шнайдер выступал с докладом на расширенном заседании Челябинского отделения Союза машиностроителей России с участием куратора реготделения, члена Бюро ЦС ООО «СоюзМаш России», президента АО «АВТОВАЗ» Максима Соколова.
По мнению авторов, система может быть востребована на предприятиях нефтепереработки, химической и энергетической отраслей, в металлургии, судостроении, транспортной инфраструктуре и сфере жилищно-коммунального хозяйства — везде, где требуется удаленный мониторинг состояния металлических конструкций и переход к предиктивному обслуживанию оборудования.
В настоящее время функциональный прототип электронного модуля прошел тестирование и готов к передаче промышленным партнерам. Командой проекта получено Свидетельство о государственной регистрации программного комплекса.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».