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.

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

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.

Описание системы комплексного диагностического мониторинга

НПФ "Экситон-автоматика" поставляет 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)/

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:

  • 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 комплексного диагностического мониторинга:

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.

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.