47482-2229
advertisement
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Кафедра «Технологические машины и оборудование » ПРЕЗЕНТАЦИЯ Разработка программно-аппаратного комплекса для оценки технического состояния металлических конструкций технологического и энергетического оборудования с применением электромагнитно-акустического метода Участник: аспирант 1 курса Хуснутдинова И.Г. Науч. руководитель: д.т.н., профессор Баширов М.Г. Цели и задачи 2/21 Цель проекта: разработка программно-аппаратного комплекса для выявления ранней стадии поврежденности металлических конструктивных элементов энергетического и технологического оборудования, оценки технического состояния и повышения безопасности эксплуатации оборудования. Задачи проекта: - исследование и выявление закономерностей взаимосвязи механических и электрофизических свойств конструкционных материалов в динамическом режиме Увеличение дохода Увеличение чистого Расширение сферы от межбанковской процентного дохода услуг комиссии - установление значений интегральных диагностических параметров, соответствующих предельным и критическим состояниям конструктивных элементов оборудования - разработка алгоритмов и программ идентификации технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации - создание мобильного программно-аппаратного комплекса для оценки технического состояния и прогнозирования ресурса конструктивных элементов длительно эксплуатируемого энергетического оборудования в производственных условиях Развитие СОДЕРЖАНИЕ: Проблематика Научные исследования Аналоги План Потенциальные реализации потребители проекта Описание проблемы Актуальность Энергоэффективность оборудования во многом определяется его техническим состоянием, поэтому поддержание необходимого уровня технического состояния обеспечивает соответсвующий уровень энергоэффективности. 3/21 Распределение отказов по основным видам оборудования, % Отказы и аварии, наоборот приводят к потерям энергоресурсов и сопровождаются экономическим и экологическим ущербом. 1500 Ежегодное количество аварий на нефтеперерабатывающих предприятиях в мире Причины повреждений электроэнергетического оборудования (2008-2012 гг.) , % Источник: Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" Выпуск № 4 (50), 2013 г.(http://ipb.mos.ru/ttb/) Процессы, приводящие к авариям 4/21 Стадии Стадия инкубационная рост пор по границам зерен слияние пор в микротрещины Напряженно-деформированное состояние + Коррозионная среда = Концентратор напряжения (часто в виде питтинга) цепочки пор по границам зерен развитие микротрещин Аварийное состояние одиночные поры Т, К P, кПа pH и др. вакансии и их скопления Стадия субкритическая достижение размеров субкритических трещин критических размеров Источник: анализ интернет статей и модель сделанная в программе ANSYS Образование зародышевых дефектов стабильный рост зародышевых дефектов Конечный быстрый долом Решение проблемы сегодня Использование неразрушающего контроля (НК) Согласно ГОСТу 18353-79 применяются следующие методы НК: • магнитный; • вихретоковый; • радиоволновой; • оптический; • акустический (ультразвуковой); • радиационный; • тепловой; • электрический; • проникающими веществами. Распределение объемов неразрушающего контроля по основным методам Существующие методы и приборы направлены на выявление зародышевых дефектов. ! Когда как выполнение контроля необходимо выполнять на раннем этапе их развития – контроль напряженнодеформированного состояния с определением зон концентрации напряжений. Источник: анализ интернет статей 5/21 Решение проблемы сегодня 6/21 Определение напряженно-деформированного состояния (НДС) На рисунке представлен наглядный пример модели НДС конструкций созданные в программе ANSYS, COMSOL MULTIPHYSICS, которые дают возможность увидеть наиболее нагруженные участки требующие особого контроля. В этих участках изменяются электрофизические свойства материала Изменение магнитной проницаемости На сегодняшнем этапе развития неразрушающего контроля бурно обсуждаются и предлагаются методы, позволяющие по измененным электрофизическим параметрам оценить НДС металла. Наиболее перспективны три направления развития: 1. Метод магнитной памяти металла основан на использовании эффекта возникновения высокой намагниченности металла в зонах больших деформаций металла элементов конструкций, обусловленных действием рабочих нагрузок. Разработки Дубова А.А. Недостаток: исключен любой источник намагничивания в зоне действия контроля 2. Электромагнитно-инденторный метод Патент РФ № 76459, 2008 г. Ишмухаметов В.С., Кузеев И.Р., Баширов М.Г., Баширова Э.М. Недостаток: контакт с металлом 3. Электромагнитно-акустический метод Сегодня уже имеется Наше предложение 1)Предлагаются 1) Применить ЭМА разные виды метод для преобразовател количественной оценки ей и напряженнодефектоскопов, деформированного Изменение твердости выявляющие состояния; дефекты; 2) В качестве параметра 2) Изучаются и диагностической Изменение эл. разрабатываютс информации проводимости я алгоритмы предложить выделения использовать информации параметры диагностики передаточной функции. Источник: анализ интернет статей , 3D модель сделанная в программе ANSYS, экспериментальные исследования на кафедре Схема экспериментальной установки Идея ЭМА метода для оценки НДС Силовые линии магнитного поля Генераторная катушка Перемещение частиц металла в магнитном поле под действием ультразвуковой волны Измерительная катушка Схема экспериментальной установки Образец контроля 7/21 1. В результате взаимодействия наведенных вихревых токов с постоянным магнитным полем в объекте возникает ультразвуковая волна. 2. На поверхности объекта под действием ультразвуковой волны происходит перемещение частиц металла в магнитном поле, возникают электрические токи, которые воспринимаются приемной катушкой. Входное воздействие Выходной сигнал Растяжение на испытательной машине УММ-5 Источник: анализ интернет статей ЭМА преобразователь Программноаппаратный комплекс Экспериментальные исследования Результаты 3D моделирования Выявление влияния зависимости от различной частоты генераторной катушки а – распределение магнитной индукции при частоте 50Гц в генераторной катушке; б – распределение магнитной индукции при частоте 200Гц в генераторной катушке; Источник: 3D модели, сделанные в программе COMSOL MULTIPHYSICS 8/21 Экспериментальные исследования Результаты 3D моделирования Сердечник 9/21 Распределение индукции электромагнитного поля и токов в образце с различным напряженно-деформированным состоянием Постоянный магнит Измерительная катушка Генераторная катушка Наблюдение появления токов в измерительной катушке Источник: 3D модели, сделанные в программе COMSOL MULTIPHYSICS Экспериментальные исследования Результаты 3D моделирования Связь задач: механические и электрофизические параметры Источник: 3D модели, сделанные в программе COMSOL MULTIPHYSICS Импульс тока наблюдаемый в измерительной катушке 10/21 Обработка диагностической информации 11/21 Алгоритм количественной оценки о напряженно-деформированном состоянии Проведение дальнейших исследований направлены на оценку предельного состояния материала по предложенной Башировой Э.М. методике оценки, но применительно к электромагнитно-акустическому методу контроля. Расположение характеристического образцов стали марки СтЗсп корней уравнения Изменение сигнала в приемной катушке при различных растягивающих усилиях (образцы из стали Ст3)* По анализу сигнала от приемной катушки определяются параметры передаточной функции и корни характеристического уравнения с помощью программ TAУ, разработанных на кафедре «Автоматизация химико-технологических процессов» УГНТУ. Источник: *результаты экспериментов на кафедре Вывод: можно выделить области комплексных корней, полученные для уровня накопленных повреждений: Область упругих деформация; Область площадки текучести; Область упрочнения; Область временного сопротивления. Данный факт был принят за критерий количественной оценки предельного состояния оборудования! Достигнутые результаты 12/21 опубликована 3 статьи в рецензируемом журнале из списка ВАК (Газовая промышленность, 2013, Современные проблемы науки и образования, 2014, Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья, 2014); опубликовано 11 статей Всероссийских конференций; в сборниках трудов Международных и выступления с докладами на Международных конференциях (г. Москва, г. Казань, г. Салават); награждена дипломом за 1 место во Всероссийском конкурсе выпускных квалификационных работ по специальности«Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» награждена 5 дипломами Международных конференций и конкурсов за высокий научный уровень представленных докладов (в т.ч. 2 дипломов I степени, 2 диплома II степени, 1 диплом участия в пленарном заседании). подана заявка на выдачу патента на полезную модель «Устройство электромагнитно-акустической оценки напряженно-деформированного состояния металлических конструкций», дата подачи 10.03.2015, регистрационный номер 2015108184. . Аналоги и их возможности Название прибора Сканер механических напряжений STRESSVISION® 13/21 Измеритель Концентрации Напряжений ИКН-7М-16 Измеритель Концентрации Напряжений ИКН-8М-4 ООО «Энергодиагностика» г. Москва ООО «Энергодиагностика» г. Москва ООО «Фирма РКК» г. Москва 320 000 руб. 170 000 руб. Нет данных ИНТРОСКАН анализатор напряжений и структуры металлов Внешний вид прибора КомпанияООО«Феррологика» производитель г. Санкт-Петербург Цена 1 209 600 руб. Недостатки возможность только «ручного сканирования» применение не полностью изученного метода магнитной памяти металла Источник: анализ интернет статей: http://stressvision.ru/2014/02/stressvision-expert-2-013 использование магнитошумового эффекта Основные отличия продукта Критерии 14/21 Существу ющие методы Предлага емый метод Использование в области пластической деформации Контроль протяженных конструкций Возможность оценки глубинных слоев металла Не требуется построение градуированных графиков Не требуется предварительная подготовка контролируемой поверхности Достоинства • • Возможность определения, анализа и оценки конкретного вида структурно – физических предельных состояний деградации (конструктивная прочность, хрупкость, усталость, длительная прочность; Использование одновременно нескольких параметров контроля Оценка рынка Потенциальные потребители По грубым оценкам ежегодная потребность в настоящее время по России: - более 500 толщинометров; - более 1000 дефектоскопов. Основные покупатели: Металлургические заводы Автомобильные заводы Трубные заводы Проведение диагностики в нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях (ежегодные тендеры в размере 1020 млрд. руб.) Производители средств неразрушающего контроля 15/21 Анализ конкурентов На российском рынке производителей средств НК представленные фирмы в своем развитии могут стать конкурентами «Южно-Уральский ОпытноМеханический Завод»(Челябинск) АЛТЕС (Москва) АЛТЕК (Санкт-Петербург) ВЗЛЕТ (Санкт-Петербург) ИНТЕРЮНИС (Москва) ИНТРОТЕСТ (Москва) КОНСТАНТА (Санкт-Петербург) ЛУЧ (Москва) Научно-практическая лаборатория НИИИН «СПЕКТР» (Санкт-Петербург) НОРДИНКРАФТ (Череповец) ПОЛИТЕСТ (Москва) ПРИБОР (Ногинск) РАДИОАВИОНИКА (Санкт-Петербург) ТВЕМА (Москва) ЦНИИТМАШ (Москва) ЭЛТЕСТ (Москва) ДИАСКАН (г. Кишинёв ) ВИГОР (г. Кишинёв) ИНТРОСКОП (г. Кишенёв) VOTUM (г. Кишинёв) Иностранные конкуренты не рассмотрены, так как отечественное производство не уступает и даже дешевле в 3-4раза. Источник: анализ интернет статей, официальных сайтов Ресурсное обеспечение проекта и предполагаемый конечный результат 16/21 Имеющиеся оборудования в филиале для проведения НИОКР: Приобретение оборудования для НИОКР: •испытательная машина УММ-5 290 000 руб.; •цифровой осциллограф Актаком АСК-2023 (20 МГц) 32 000 руб.; •стандартные образцы из конструкционных сталей марок Ст3, Ст10, Ст20, 09Г2С; • наличие лицензионных программных продуктов (в.т.ч. UniSim от Honeywell, программный продукт TRIM-PMS, Компас – 3D, Delphi, CorelDraw, пакет программ Microsoft Office Professional), пакета ТАУ (УГНТУ) и программ собственной разработки для моделирования и обработки результатов экспериментальных исследований; •ультразвуковой прибор типа УК-14П; •двуканальный осциллограф GOS-620FG 48 320 руб. •прибор Handyscope HS5-540 (2 квартал 2015); •генератор Г4-221/1 - 41 796 руб. (3 квартал 2015); •стабилизированные источники питания - 10 000 руб. (4 квартал 2015); •портативный анализатор спектра электрических сигналов АКС-1291 – 166 026 руб. (1 квартал 2016); •ноутбук – 30 000 руб. (2 квартал 2016); •приобретение электронных компонентов и дополнительного программного обеспечения для создания мобильного программноаппаратного комплекса – 50 000 руб. (2 квартал 2016). Затраты (ориентировочно 397 822 руб.) Снижение потерь времени на выполнение диагностики технического состояния за счет отсутствия дополнительных расчетов Предложение решений на пути обеспечения безопасности оборудования добычи, транспорта, хранения и переработки нефти и газа за счет возможности раннего обнаружения дефектов План реализации проекта на 2015 год Наименование работы Приобретение электроматериалов и деталей для создания электромагнитно-акустического преобразователя. Приобретение постоянных неодимовых магнитных дисков – 2 шт., 30х30 1900 руб. Выбор марок сталей и изготовление стандартных образцов для проведения экспериментальных исследований Расчет, моделирование и изготовление опытных образцов электромагнитноакустических измерительных преобразователей Приобретение прибора для регистрации и анализа переходных процессов Handyscope HS5-540 Экспериментальное исследование и математическое моделирование изменения параметров электромагнитных и акустических волн. Приобретение Г4-221/1 - 41 796 руб. Разработка интегральных диагностических параметров Опубликование 2 статей в журналах из списка ВАК. Разработка метода, алгоритмов и программ Приобретение стабилизированных источников питания 10 000 руб. Подача 1 заявки на выдачу патента. I II 17/21 III IV V VI VII VIII IX X XI XII План реализации проекта на 2016 год Наименование работы Приобретение портативного анализатора спектра АКС-1291– 166 026 руб.; Разработка методики и создание мобильного программно-аппаратного комплекса для оценки технического состояния и прогнозирования ресурса длительно эксплуатируемого энергетического и нефтегазового оборудования в производственных условиях. Подготовка к публикации 1 статьи в зарубежном рецензируемом журнале. Приобретение персонального компьютера типа ноутбук 30 000 руб., электронных компонентов и дополнительного программного обеспечения для конструирования и создания мобильного программно-аппаратного комплекса 50 000 руб. Проведение испытаний разработанного метода и программно-аппаратного комплекса в производственных условиях. Государственная регистрация 2 алгоритмов и программ идентификации технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации конструктивных элементов энергетического и технологического нефтегазового оборудования. Опубликование 2 статей в журналах из списка ВАК I II 18/21 III IV V VI VII VIII IX X XI XII Перспективы коммерциализации НИОКР 19/21 Оценка рисков коммерциализации 4 1 2 3 Низкий Влияние Средний Высокий Риски связанные с разработкой и внедрением 5 1. Незаинтересованность в использовании у потенциальных потребителей 2. Угроза появления идентичного прибора у конкурентов 3. Угроза появления товаров – субститутов (заменителей) 4. Зависимость от потребителей 5. Отсутствие обученного кадра Возможные меры Низкий Средний Высокий 1. Грамотная презентация проекта с раскрытием всех достоинств и недостатков 2. Улучшение чувствительных характеристик 3. Развитие предложенного метода в разных направлениях 4. Сотрудничество с фирмами, развитый рынок потребителей 5. Обучение Вероятность которые имеют уже Оценка экономической эффективности 20/21 Финансовое положение вопроса Основные методы диагностики Финансовый ущерб от опасных событий на объектах в России, млн. руб. Технические показатели Экономические показатели УЗ Количество продиагностир. 58,3 тыс м металла в год Ущерб от перебраков ки за год 5 097 руб. ВТ 246,24 тыс м Скорость контроля, м/ч + Средний коэффициент перебраковки + Экономический эффект + Вихрето- Предлож енный ковый ЭМА + + + + + + + +++ Выводы ЭМА 254,9 тыс м Капитальные 2 220 000 руб (220 000 – закупка затраты оборудования для проведения НИОКР, 2 млн. руб – реализация прибора) NPV 5 176 171 руб Срок 1 год окупаемости 12 489 руб. Ульт разв уков ой Выручка 3 млн. руб. за счет контроля металла (1200 руб./м) 2 549 руб. Ставка дисконтирования - 10% Период расчёта проекта - 5 лет 21/21 Доклад окончен. Спасибо за внимание!
