Системы комплексного диагностического мониторинга

Одной из важнейших задач для предприятий нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслей промышленности является определение текущего технического состояния оборудования. Решение этой задачи особенно актуально для объектов, работающих сверх нормативного срока службы.

В связи с большими сроками эксплуатации конструкций и возрастающей с каждым годом интенсивностью аварийных отказов, связанных с образованием в металле эксплуатационных дефектов в виде коррозионного и эрозионного износа стенок, несплошностей, расслоений и трещин, использование традиционных дискретных методов обследования становится неэффективным из-за большой трудоемкости, несвоевременности и локальности данных способов обследования.

Радикальным способом обеспечения необходимого уровня эксплуатационной надежности конструкций является применение систем комплексного диагностического мониторинга (КДМ).

Мониторинг технического состояния моста через р. Белую в г. Уфе.

Практический опыт показывает, что применение систем КДМ:

  • позволяет повысить уровень прогнозируемости текущего состояния технологического оборудования и вести аппаратный контроль технического состояния объектов и работы всей системы с выводом результатов непосредственно к диспетчеру;
  • обеспечивает повышение уровня безопасной эксплуатации технических устройств и снижение уровня преждевременного коррозионного износа узлов технологического оборудования, раннее выявление дефектов монтажа и сварки и увеличение межремонтного пробега технологического оборудования;
  • снижает затраты на проведение периодических обследований и на ремонт оборудования за счет раннего выявления дефектов.

Системы КДМ позволяют осуществлять непрерывный контроль (мониторинг) технического состояния объектов в процессе их эксплуатации, основываясь на различных методах неразрушающего контроля, методах измерения напряженно-деформированного состояния, средствах измерения рабочих параметров технологического процесса и методах слежения за факторами, влияющими на повреждаемость объекта.

Необходимость установки систем КДМ целесообразна на объектах, обладающих следующими признаками:

  • разрушение конструкции может приводить к значительным материальным и экологическим потерям, человеческим жертвам;
  • доступ для осуществления периодического осмотра и контроля конструкции отсутствует или затруднен;
  • значительный объем подготовительных работ и работ по периодическому контролю на объекте требует частичной или полной остановки объекта и сооружения вспомогательных конструкций для проведения контроля;
  • конструкция обладает низкой эксплуатационной живучестью;
  • требования руководящих документов.

Концепция комплексного диагностического мониторинга

Предлагаемая компанией «ИНТЕРЮНИС» концепция построения систем КДМ подразумевает объединение в единую систему целого ряда составляющих:

  • мониторинг методами неразрушающего контроля (НК);
  • мониторинг напряженно-деформированного состояния (НДС) объекта;
  • слежение за рабочими параметрами технологического процесса;
  • мониторинг факторов, влияющих на повреждаемость объекта;
  • управление исполнительным оборудованием.

Наполнение, то есть методы и средства, каждой составляющей варьируется в зависимости от объекта и поставленных задач мониторинга. На основании произведенного анализа факторов, влияющих на повреждаемость объекта, и видов дефектов конструкции выбираются методы и средства контроля.

Концепция построения системы КДМ

Основными методами НК при построении систем КДМ являются:

  • акустическая эмиссия;
  • ультразвуковая толщинометрия;
  • вибродиагностика.

НДС объекта определяется с помощью тензометрии, датчиками деформации струнного типа и др. В качестве рабочих параметров могут измеряться давление, температура, скорость потока рабочей среды и, если необходимо, могут контролироваться уровень кислотности и химический состав рабочей среды.

Факторами, влияющими на повреждаемость объекта, являются:

  • текущие значения скорости коррозии для нефтехимического производства;
  • оползневая и сейсмическая активность для систем трубопроводного транспорта, расположенных на оползнеопасных участках, на слабонесущих грунтах или в зонах карстообразования;
  • метеоусловия для объектов, особо подверженных влиянию окружающей среды (объекты на открытых площадках);
  • смещение опор и проседание фундамента или грунта для крупногабаритных конструкций и т. д. Данные факторы могут приводить к перераспределению напряжений и возникновению потенциально опасных мест в конструкции.

Система КДМ может осуществлять в автоматическом режиме управление технологическим оборудованием (например, управление наносами), результаты работы которого напрямую сказываются на безопасной и надежной эксплуатации объекта в целом. При возникновении нештатных ситуаций система КДМ способна оценить степень риска, принять решение и незамедлительно отреагировать на создавшуюся ситуацию. Реакция может заключаться как в подаче тревожного сигнала персоналу, так и в изменении технологического режима в заданных рамках (например, снижение рабочего давления или температуры) за счет управляющего воздействия на необходимый агрегат.

Согласно разработанной концепции все составляющие системы КДМ строятся на однотипных измерительных устройствах и имеют общее ядро управления на базе центральной вычислительной станции.

Функциональная схема системы КДМ

Реализация всех компонентов в единой системе КДМ позволяет отказаться от дублирования вычислительной части и устройств обработки, хранения и отображения информации, а также в полной мере воспользоваться преимуществами цифровой распределенной системы сбора и обработки данных, а именно: высокими помехозащищенностью, чувствительностью и надежностью. Кроме того, использование однотипных устройств, блоков и узлов, а также унификация прокладки кабельных коммуникаций позволяют уменьшить как саму стоимость системы, так и затраты на ее дальнейшую эксплуатацию.

Помимо физического объединения составляющих на аппаратном уровне, целостность системы КДМ состоит в единстве диагностико-информационного пространства, которое позволяет получить общую временную синхронизацию сбора всех диагностических данных. При этом появляется возможность обобщенного взаимного многофакторного анализа и прогнозирования изменения технического состояния объекта во время его эксплуатации.

Описание системы комплексного диагностического мониторинга

Компанией «ИНТЕРЮНИС» разработаны и поставляются системы непрерывного мониторинга технического состояния опасных производственных объектов, созданные на базе системы КДМ – Лель-М /A-Line 32D (DDM-M)/

Структурная схема системы КДМ – КДМ Лель-М /A-Line 32D (DDM-M)/

Варианты построения:
     1 – для близко расположенного объекта;
     2 – для большого количества близко расположенных объектов;
     3 – для протяженных или удаленных объектов.

Аппаратная часть Лель-М /A-Line 32D (DDM-M)/ представляет собой распределенную систему сбора и обработки диагностических данных и состоит из центральной вычислительной станции и цифровых многоканальных измерительных модулей во взрывозащищенном исполнении.

Каждый модуль имеет гальваническую развязку и может содержать комбинацию трех любых блоков измерения или формирования сигналов управления для исполнительного оборудования. В составе модуля могут использоваться блоки измерения: акустической эмиссии (АЭ), напряженно-деформированного состояния (НДС), вибрации, температуры, скорости коррозии, линейного перемещения, уровня рН и т. д., к которым подключаются соответствующие датчики и преобразователи.

Программное обеспечение (ПО) системы КДМ Лель-М /A-Line 32D (DDM-M)/ обеспечивает регистрацию, обработку и долговременное хранение показаний обширного парка датчиков, ведет подробный протокол работы системы КДМ и действий персонала. Экспертная система и блок принятия решений, основанный на многофакторном анализе диагностических данных, позволяют минимизировать влияние человеческого фактора на оценку технического состояния объекта. В случае возникновения опасной ситуации система КДМ включает сигналы звуковой и световой тревоги, указывает местоположение и тип возможного повреждения, выдает рекомендации по действию персонала и предпринимает иные предусмотренные шаги по предотвращению аварии. ПО системы КДМ позволяет вести глубокую статистическую обработку и накопление базы данных по техническому состоянию объекта. 

Пример основного информационного окна в ПО системы КДМ

Принципиальная особенность непрерывного мониторинга состоит в том, что в течение всего периода эксплуатации система работает в автоматическом режиме. Данные диагностирования непрерывно поступают в модули, где оцифровываются, подвергаются предварительной обработке и далее передаются на центральную вычислительную станцию для окончательной обработки и отображения на дисплее в диспетчерской в режиме реального времени. На дисплее представлены основные информационные окна, в которых выводятся: схема объекта мониторинга с указанием местоположения измерительных и управляемых устройств, значения измеряемых параметров, подробный протокол действий системы КДМ и действий персонала, прогноз текущего технического состояния объекта и рекомендации по дальнейшей эксплуатации.

Оценка технического состояния объекта и выдача рекомендаций по его эксплуатации производятся экспертной системой, которая включает в себя следующие элементы:

  • базу знаний – алгоритмы классификации состояний объекта по определенным критериям;
  • базу данных – структурные схемы хранения данных об объекте и об эксплуатационных регламентах, воздействиях побочных факторов и отклонениях рабочих параметров технологического режима;
  • блок принятия решений на основании классифицированного состояния объекта формирует рекомендации по его эксплуатации.

При поступлении данных о повреждениях объекта или нештатных ситуациях экспертная система производит оперативную оценку текущего технического состояния объекта и формирует рекомендации по дальнейшей эксплуатации, например:

  • продолжать эксплуатацию с заданными рабочими параметрами;
  • произвести дополнительное обследование дефектной зоны;
  • следить за развитием дефекта. Быть готовым к аварийной остановке объекта;
  • понизить рабочее давление или рабочую температуру;
  • произвести аварийную остановку объекта.
Мы не гарантируем корректную работу сайта в браузерах Internet Explorer 6 и Internet Explorer 7. Обновите, пожалуйста, Ваш браузер до версии Internet Explorer 8 или до более поздней версии.