Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методики непрерывного магнитного коррозионного мониторинга энергетического оборудования с помощью датчика на основе эффекта гигантского магнитного импеданса с целью повышения уровня безопасности атомных электростанций

Номер контракта: 14.575.21.0011

Руководитель: Бардин Илья Вячеславович

Должность: НИТУ "МИСиС"

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
безопасность, атомная электростанция, коррозионный мониторинг, датчик, гигантский магнитный импеданс

Цель проекта:
Коррозионное разрушение материалов энергетического оборудования остается «слабым местом» в обеспечении безопасной эксплуатации атомных электростанций (далее – АЭС). В связи с этим, несомненно, актуален непрерывный коррозионный мониторинг оборудования АЭС. Однако непрерывному мониторингу коррозионного состояния энергетического оборудования АЭС уделяется недостаточное внимание. Проводятся только регламентные обследования энергетического оборудования различными методами дефектоскопии, а также регламентные остановки энергетического оборудования с целью осмотра и проверки его коррозионного состояния. В настоящее время накоплено достаточно большое количество методов проведения непрерывного коррозионного мониторинга оборудования, находящегося в процессе эксплуатации, то есть без остановки оборудования, – применение различных коррозионных датчиков, позволяющих непрерывно, в режиме реального времени, контролировать скорость коррозии и коррозионное состояние технологического оборудования. Однако все методы проведения непрерывного коррозионного мониторинга оборудования имеют один из следующих существенных недостатков: 1) коррозионный датчик находится внутри технологического оборудования, но происходит измерение параметров коррозии ни материала конструкции, а специального образца, изготовленного из того же материала. 2) коррозионный датчик или метод мониторинга обнаруживают коррозионное разрушение конструкционного элемента оборудования на поздней стадии, т.е. когда коррозионный дефект уже появился и достиг определенного, часто достаточно большого, размера, который может зафиксировать конкретный метод. Датчик на основе эффекта гигантского магнитного импеданса (далее – ГМИ-датчик) не обладает указанными недостатками и поэтому является перспективным для осуществления непрерывного коррозионного мониторинга. Исследования коррозионного поведения материалов при помощи ГМИ-датчика проводятся впервые. В связи с этим целью данной работы является разработка методики непрерывного магнитного коррозионного мониторинга экспериментальных образцов с помощью ГМИ-датчика.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработка и изготовление Лабораторной установки непрерывного магнитного коррозионного мониторинга экспериментальных образцов (далее – Лабораторной установки).
2. Разработка Программного обеспечения математической модели для компьютерного моделирования величины и пространственного распределения локальных магнитных полей, возникающих вследствие протекания коррозионных процессов на гетерогенной (с коррозионной точки зрения) металлической поверхности.
3. Проведение сравнительных коррозионных испытаний экспериментальных образцов в различных агрессивных водных средах без и при помощи Лабораторной установки.
4. Разработка Методики непрерывного магнитного коррозионного мониторинга экспериментальных образцов при помощи ГМИ-датчика и Проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка системы непрерывного магнитного коррозионного мониторинга энергетического оборудования АЭС при помощи ГМИ-датчика».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Изготовлена Лабораторная установка непрерывного магнитного коррозионного мониторинга экспериментальных образцов, включающая: ГМИ-датчики для работы в агрессивных растворах; электронику ГМИ-магнитометра; систему магнитных экранов; немагнитный координатный столик с винтовыми передачами механизма управления; держатель ГМИ-датчика; немагнитную подставка для крепления координатного столика и держателя ГМИ-датчика; блок крепления шаговых двигателей с тягами управления перемещением; несущую для крепления узлов Лабораторной установки; Программное обеспечение управления Лабораторной установкой.
Проведены дополнительные патентные исследования и подана заявка на патент: РИД «Способ измерения величины и пространственного распределения локальных магнитных полей, возникающих вследствие протекания коррозионных процессов на металлической поверхности в проводящем растворе». После проведения дополнительных патентных исследований сделан вывод о потенциальной патентоспособности РИД и целесообразности его правовой охраны в режиме патентного права. Сравнительный анализ технических характеристик базовых образцов и исследуемого РИД позволяет сделать вывод о том, что объект разработки по своим качествам превосходит технический уровень аналогичных отечественных и зарубежных образцов.
2. Разработано Программное обеспечение математической модели для компьютерного моделирования величины и пространственного распределения локальных магнитных полей, возникающих вследствие протекания коррозионных процессов на гетерогенной (с коррозионной точки зрения) металлической поверхности «CorrosionHdistr.exe», которая предназначена для расчета пространственного распределения электрических полей, коррозионных токов и магнитных полей, соответствующих экспериментально измеренным при помощи ГМИ-датчика значениям магнитного поля на заданной высоте сканирования корродирующей поверхности. Программа позволяет получить оценочное значение скорости коррозии образца на основе полученного распределения коррозионных токов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Лабораторную установку можно применять для проведения сравнительных коррозионных испытаний экспериментальных образцов в различных агрессивных водных средах. При этом она позволит определять не только тип, но и скорость коррозии металлического материала в агрессивной водной среде. Предполагается, что Лабораторная установка может стать обязательным инструментом в работе коррозионных лабораторий:
- крупных российских и зарубежных предприятий металлургической, машиностроительной, авиационной, автомобильной, нефтегазовой и атомной промышленности;
- российских организаций по стандартизации и сертификации металлопродукции;
- отраслевых научно-исследовательских институтов;
- институтов Российской академии наук.
Применение Лабораторной установки для проведения коррозионных исследований переведет подобные исследования на качественно новый уровень.
Коррозионный ГМИ-датчик не имеет недостатков, присущих всем известным в настоящее время коррозионным датчикам и методам коррозионного мониторинга технологического оборудования в процессе эксплуатации. Коррозионный датчик на основе ГМИ-эффекта может стать основным элементом Единой системы непрерывного коррозионного мониторинга оборудования АЭС в процессе эксплуатации, которая является ключевым инструментом обеспечения безопасной эксплуатации АЭС. В случае создания и успешного проведения испытаний, Единая система непрерывного коррозионного мониторинга энергетического оборудования АЭС с коррозионным датчиком на основе ГМИ-эффекта станет обязательной не только для каждой функционирующей и проектируемой АЭС в России, но и в мире. Кроме того, система непрерывного коррозионного мониторинга может быть использована в других отраслях промышленности, в которых применяется сложное технологическое оборудование, безопасность функционирования которого напрямую зависит от коррозионного состояния материалов: тепловая энергетика, заводы химической, нефтегазовой, атомной, пищевой, текстильной и других промышленностей.
Эффекты от внедрения результатов проекта:
- непрерывный магнитный коррозионный мониторинг функционирующего оборудования;
- прогнозирование потенциально опасных и аварийных ситуаций и, соответственно, надежность и безопасность работы АЭС;
- регистрация величины скорости коррозии металлических материалов, ее отклонения от величины, заданной в технической документации, и определение срока безопасной эксплуатации (фактического ресурса) оборудования АЭС;
- определение начала процесса усиленной коррозии и расчет скорости коррозии металлических материалов, что позволит уменьшить как минимум в 4 раза количество регламентных обследований оборудования методами ультразвукового контроля, а также как минимум в 2 раза сократить количество регламентных остановок оборудования с целью осмотра и проверки его коррозионного состояния.
В случае разработки и изготовления коммерческого образца Лабораторной установки и коррозиметра с ГМИ-датчиком возможен вывод конкурентоспособной продукции не только на российский, но и на международный рынки.

Текущие результаты проекта:
1. Получены уникальные экспериментальные данные сравнительных коррозионных испытаний экспериментальных образцов в различных агрессивных водных средах без и при помощи Лабораторной установки. Подтверждена работоспособность Лабораторной установки.
2. Разработана Методика непрерывного магнитного коррозионного мониторинга экспериментальных образцов при помощи ГМИ-датчика и Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка системы непрерывного магнитного коррозионного мониторинга энергетического оборудования АЭС при помощи ГМИ-датчика».