Регистрация / Вход
Прислать материал

Прикладные научные исследования по созданию нового бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла и экспериментальная разработка на базе данного метода опытного образца контрольно-измерительного внутритрубного робототехнического комплекса, обеспечивающего решение проблемы своевременной диагностики коррозионных повреждений подземных трубопроводов тепловых сетей малых диаметров (Ду200 Ду400) без их вскрытия в сфере энергетики и ЖКХ.

Номер контракта: 14.581.21.0004

Руководитель: Колесников Юрий Леонидович

Должность: проректор Университет ИТМО

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
внутритрубная диагностика, робототехника, робот, теплосеть, жкх, измерительный контроль металла труб малого диаметра, магнитный метод переменного намагничивания, предотвращение аварий трубопроводов, повышение безопасности, энергоэффективность, энергосбережение

Цель проекта:
Получение значимых результатов по созданию нового бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла и экспериментальная разработка на базе данного метода опытного образца контрольно-измерительного внутритрубного робототехнического комплекса, обеспечивающего решение проблемы своевременной диагностики коррозионных повреждений подземных трубопроводов тепловых сетей малых диаметров (Ду200÷Ду400) без их вскрытия в сфере энергетики и ЖКХ, послужат основой для последующего создания индустриальным партнером ЗАО «Диаконт» во взаимодействии с Университетом ИТМО новых видов продукции и технологий: 1. малогабаритный, контрольно-измерительный, дистанционно-управляемый робототехнический комплекс для трубопроводов диаметром Ду200÷Ду400 мм. 2. магнитный модуль переменного намагничивания 3. метод измерений на основе метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе ПНИЭР планируется создать макеты малогабаритных роботов с функционированием в условиях повышенной температуры и наличия остаточного теплоносителя, с возможностью прохождения трубопроводов сложной конфигурации (отводы, наклонные и вертикальные участки). Такие макеты роботов будут являться отечественным унифицированным средством доставки измерительных модулей и в дальнейшем станет основой для развития направления внутритрубной диагностики малых диаметров на основе бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла.
К разработке комплекса предлагается высокоэффективный метод для контроля трубопроводов тепловых сетей малых диаметров, который обеспечит достоверную оценку остаточного ресурса на всей протяженности обследуемого участка без подготовки поверхности через слой коррозионных и шламовых отложений. Метод позволяет выявлять различные коррозионные дефекты, в т.ч. сквозные.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Необходимость проведения ПНИЭР вызвана отсутствием существующих решений для контроля металла подземных сетей трубопроводов малого диаметра (Ду200÷Ду400) и неэффективностью применяемых методов и технологий диагностики трубопроводов теплосетей, имеющих низкую производительность. Разработанный в ходе работы макет малогабаритного, контрольно-измерительного, внутритрубного робототехнического комплекса сможет производить диагностику труб малых диаметров.
К разработке комплекса предлагается высокоэффективный метод для контроля трубопроводов тепловых сетей малых диаметров, который обеспечит достоверную оценку остаточного ресурса на всей протяженности обследуемого участка без подготовки поверхности через слой коррозионных и шламовых отложений. Метод позволяет выявлять различные коррозионные дефекты, в т.ч. сквозные.
В ходе ПНИЭР планируется создать макеты малогабаритных роботов с функционированием в условиях повышенной температуры и наличия остаточного теплоносителя, с возможностью прохождения трубопроводов сложной конфигурации (отводы, наклонные и вертикальные участки). Такие макеты роботов будут являться отечественным унифицированным средством доставки измерительных модулей и в дальнейшем станет основой для развития направления внутритрубной диагностики малых диаметров на основе бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металлаСоздаваемый в рамках ПНИЭР метод контроля металла труб переменным намагничиванием не имеет аналогов в мире, опережение в разработке нового метода и технологии контроля металла трубы методом переменного намагничивания позволит сформировать и занять в Мире новую нишу в области высокоскоростного неразрушающего контроля трубопроводов теплосетей. Основное преимущество данного метода контроля металла труб, это отсутствие необходимости в предварительной подготовке поверхности, тогда как существующие методы внутритрубного диагностирования (визуальный, ультразвуковой) в условиях отложений становятся неэффективными и требуют значительных затрат по удалению отложений.
Метод контроля металла труб переменным намагничиванием является высокопроизводительным и обеспечит получение информации по всей площади трубопровода, имея высокую чувствительность к локальным утончениям.
Данный метод обеспечит получение информации достаточной для выполне-ния расчетов прочности с целью продления работоспособности трубопроводов.
Создание отечественного унифицированного контрольно- измерительного, дистанционно- управляемого, малогабаритного робототехнического комплекса для труб малого диаметра, способного доставлять диагностическое оборудование в трубах малого диаметра, снимает необходимость в закупке импортных диагностических систем и исключает зависимость в высокотехнологичной поддержке и обслуживании зарубежными компаниями.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
На сегодняшний день службами, эксплуатирующими подземные трубопроводы теплосетей, применяются различные методы оценки технического состояния (гидравлические испытания, выборочное шурфование, тепловизионная аэрофотосъемка, акустическая эмиссия и т.д.), но все они решают частную задачу обнаружения мест аварий и не позволяют достоверно оценить остаточный ресурс трубопроводов на всем протяжении рассматриваемого участка.
Существующее внутритрубное диагностирование трубопроводов теплосетей применяется только для трубопроводов больших диаметров Ду500÷Ду1200 и значительно затрудняется из-за наличия коррозионных и шламовых отложений на внутренней поверхности трубопроводов. Данные отложения делают неэффективными применяемые методы контроля и требуют значительных объемов подготовительных работ по удалению отложений.
Износ тепловых сетей оценивается как критический, и находится на уровне от 60 процентов до 80 процентов, в зоне риска находятся трубопроводы после 10 лет эксплуатации. Количество аварий за последние десять лет выросло в пять раз и составляет в среднем 200 аварий на 100 км трубопроводов теплосетей.
Обеспечение эксплуатации трубопроводов осуществляется путем проведения текущих и капитальных ремонтов. При этом выбор участков трубопроводов для ремонта базируется на косвенных параметрах, таких как, проектный срок службы, статистика повреждаемости при эксплуатации и гидравлических испытаниях.
Эффективность эксплуатации трубопроводов системы теплоснабжения может быть существенно повышена за счет продления ресурса безаварийной работы на основе достоверной диагностической информации о текущем техническом состоянии участков трубопровода.
1.Проведенные исследования обосновали применение в качестве бесконтактного неразрушающего контроля трубопровода именно метод с переменным намагничиванием металла.
2. При поиске конструктивных решений механических узлов робота для доставки измерительного модуля в трубопроводах диаметрами от 200мм до 300мм и от 301мм до 400мм (см. рисунок 1 ), были рассмотрены последние решения организаций решающих или решавших схожие задачи, проанализированы недостатки и достоинства этих решений, рассмотрены через "призму" особенностей условий эксплуатации и разработаны новые конструктивные решения, с учетом имеющегося как позитивного, так и негативного опыта конструирования.
3.Определен объем и разработана комплектность технического документации необходимой для реализации проекта в целом и для последующего внедрения и коммерциализации результатов Индустриальным партнером.
4. Разработана эскизная конструкторская документация в соответствии с планом графиком по исполнению обязательств и комплектностью технической документации.
5. Проведено компьютерное моделирование метода контроля с переменным намагничиванием, и определены зависимости характеристик (дефектов труб, материала трубных сталей, частот токов и т.д.) влияющие на распределение магнитного поля внутри трубы.
6. Создано программное обеспечение цифровой обработки сигналов для апробирования метода контроля в программной среде MatLab.
7.Создано метрологически значимое программное обеспечение измерительного канала комплекса.
8.Разработана эскизная конструкторская документация на оборудование системы управления робота.
9. Разработана эскизная конструкторская документация на узел позиционирования Робота в трубе
10. В программной среде MatLab создана математическая модель робота, для оценки дальности перемещения по трубопроводу сложной формы.
11. Создано программное обеспечение тестирующие метрологически значимое программное обеспечение измерительного комплекса.
12. Разработана эскизная конструкторская документация в соответствии с планом графиком по исполнению обязательств и комплектностью технической документации.В ходе проекта особое внимание будет уделяться созданию нового бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла, обеспечивающего решение проблемы своевременной диагностики коррозионных повреждений подземных трубопроводов тепловых сетей малых диаметров (Ду200÷Ду400) без их вскрытия в сфере энергетики и ЖКХ, без дальнейшего проведения обширного объема опытно-конструкторских или опытно-технологических работ. Мотивация данных исследований обусловлена тем, что металл трубопровода теплосетей, расходящиеся от коллекторов к потребителям и имеющие малые диаметры (Ду200÷Ду400) совсем не обследуется. В периоды повышенного энергопотребления (отопительный сезон) в условиях внешней низкой температуры и внутренней высокой происходят регулярные аварии на теплотрассе, для устранения которых необходимо отключать потребителей теплоэнергии в холодный период года и в летний период для профилактики и испытаний высоким давлением. Это вызывает повышенную неудовлетворенность общественных потребностей в безопасности жиз-недеятельности и жилищно-коммунальных услугах. Разработка малогабаритного робототехнического комплекса, использующего бесконтактный магнитный метод неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла поможет своевременно диагностировать утонения стенок труб или появление язв и сквозных отверстий. Это позволит производить предупредительный ремонт , сократит сроки ремонта и предотвращать не только аварии, повышая безопасность, но и увеличивать энергоэффективность и энергосбережение за счет выявления внешней коррозии трубы и разрушения теплоизолирующей защиты. К робототехническому комплексу создается высокоэффективный метод для контроля трубопроводов тепловых сетей малых диаметров, который обеспечит достоверную оценку остаточного ресурса на всей протяженности обследуемого участка без подготовки поверхности через слой коррозионных и шламовых отложений. Метод позволяет выявлять различные коррозионные дефекты, в т.ч. сквозные.


Текущие результаты проекта:

Проведенные исследования обосновали применение в качестве бесконтактного неразрушающего контроля трубопровода именно метод с переменным намагничиванием металла.
2. При поиске конструктивных решений механических узлов робота для доставки измерительного модуля в трубопроводах диаметрами от 200мм до 300мм и от 301мм до 400мм, были рассмотрены последние решения организаций решающих или решавших схожие задачи, проанализированы недостатки и достоинства этих решений, рассмотрены через "призму" особенностей условий эксплуатации и разработаны новые конструктивные решения, с учетом имеющегося как позитивного, так и негативного опыта конструирования.
3. Определен объем и разработана комплектность технического документации необходимой для реализации проекта в целом и для последующего внедрения и коммерциализации результатов Индустриальным партнером.
4. Разработана эскизная конструкторская документация в соответствии с планом графиком по исполнению обязательств и комплектностью технической документации.
5. Проведено компьютерное моделирование метода контроля с переменным намагничиванием, и определены зависимости характеристик (дефектов труб, материала трубных сталей, частот токов и т.д.) влияющие на распределение магнитного поля внутри трубы.
6. Создано программное обеспечение цифровой обработки сигналов для апробирования метода контроля в программной среде MatLab.
7. Создано метрологически значимое программное обеспечение измерительного канала комплекса.
8.Разработана эскизная конструкторская документация на оборудование системы управления робота.
9.На основании выбранных конструктивных решений по первому этапу была разработана эскизная конструкторская документация на узел перемещения робота.
10.Разработана эскизная конструкторская документация на узел позиционирования Робота в трубе
12. В программной среде MatLab создана математическая модель робота, для оценки дальности перемещения по трубопроводу сложной формы.
13. Создано программное обеспечение тестирующие метрологически значимое программное обеспечение измерительного комплекса.
14. Разработана эскизная конструкторская документация в соответствии с планом графиком по исполнению обязательств и комплектностью технической документации.
Текущие результаты проекта подтверждают правильность выбранного направления прикладного научного исследования нового бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла для обеспечения решения проблем своевременной диагностики коррозионных повреждений трубопроводов и показывают целесообразность дальнейшего развития ПНИЭР в целом.

Текущие результаты проекта подтверждают правильность выбранного направления прикладного научного исследования нового бесконтактного магнитного метода неразрушающего контроля трубопроводов с переменным намагничиванием металла для обеспечения решения проблем своевременной диагностики коррозионных повреждений трубопроводов и показывают целесообразность дальнейшего развития ПНИЭР в целом.