Ученые ЮУрГУ разработали систему удаленного мониторинга коррозии для промышленного оборудования
В Южно-Уральском государственном университете разработана интеллектуальная система мониторинга коррозионного износа металлических конструкций, предназначенная для эксплуатации в сложных промышленных условиях. Разработка выполнена коллективом ученых под руководством Дмитрия Шнайдера в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Система ориентирована на долговременный контроль изменения толщины стенок трубопроводов, сосудов под давлением и других ответственных элементов оборудования на нефтеперерабатывающих, химических и энергетических предприятиях.
Актуальность разработки
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.
Принцип работы технологии
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.
Программно-аппаратная реализация
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.
Эксплуатация на высокотемпературных объектах
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.
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.
Интеграция и промышленный интернет вещей
Разработка ориентирована на применение в составе распределенных систем мониторинга и поддерживает интеграцию в разработанную в университете систему промышленного интернета вещей IIoTSense. Это обеспечивает передачу измерительных данных в централизованные аналитические платформы, возможность удаленного 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.
Стадия готовности и планы
В настоящее время разработан функциональный прототип электронного модуля, прошедший тестирование на синтетических данных и реальных образцах металла. Проведенные испытания подтвердили работоспособность предложенного метода при высокой шероховатости поверхности и повышенном уровне шумов.
Следующим этапом является проведение опытно-промышленных испытаний и доработка системы с учетом требований конкретных отраслей промышленности.
Перспективы сотрудничества
«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, – отмечает руководитель 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 партнерами для дальнейшей доработки, испытаний и внедрения технологии в реальных производственных условиях».
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"