Мониторинг трубопроводного транспорта с помощью ультразвуковых толщиномеров. Современные возможности и новые технологии

Введение

В последние годы в России начала развиваться инновационная технология дистанционного мониторинга технического состояния трубопроводного транспорта. Увеличение объёмов добычи полезных ископаемых приводит к росту использования гидротранспортных систем – пульпопроводов и шламопроводов, предназначенных для транспорта абразивных материалов по обогатительной фабрике и от фабрики до хвостохранилища.

В процессе эксплуатации стальные трубопроводные системы подвержены интенсивному эрозионно-коррозионному износу из-за абразивного истирания стенок трубопровода твердыми частицами пульпы. Это приводит к разрушению оксидной пленки на внутренней поверхности металла, что способствует развитию коррозии и образованию трещин. Одним из подходов к обеспечению надежной эксплуатации и повышению сроков службы труб является внедрение автоматизированных систем мониторинга толщины стенки трубопровода, устанавливаемые в местах наибольших истираний.

Для решения проблемы гидроабразивного износа и обеспечения непрерывного мониторинга состояния стенок трубопроводов применяется ультразвуковая диагностика толщины стенок трубопроводов.

Компания НТП «Горизонт» разработала и активно внедряет автоматизированную систему непрерывного мониторинга толщины стенок пульпопровода на базе ультразвукового толщиномера TMGG собственной разработки.

Определение толщины материалов и изделий в диапазоне от долей до десятков миллиметров, особенно при ограниченном доступе к объекту, чаще всего осуществляется методом ультразвукового эхо-импульсного контроля с использованием прямых совмещенных или раздельно-совмещенных пьезопреобразователей. Измерение базируется на времени задержки отраженного сигнала от внутренней поверхности трубы, с последующим расчетом толщины материала, учитывающим скорость распространения ультразвуковых волн и временную задержку в призме преобразователя.  Преобразователь обеспечивает локальное измерение толщины непосредственно под местом установки датчика.

Применение ультразвуковых толщиномеров обеспечивает качественный контроль толщины и скорости утончения стенок пульпопровода.

Преимущества автоматизированной системы мониторинга

Непрерывность: TMGG обеспечивает постоянный контроль толщины и скорости утонения при различных режимах работы пульпопровода.

Достоверность: Измерение толщины ручными толщиномерами нередко имеет существенную погрешность измерения из-за отсутствия учета изменения скорости распространения звука в металле при изменении температуры. В датчиках TMGG реализовано измерение температуры стенки и температурная коррекция измерения толщины.

Доступность: Датчики TMGG можно устанавливать в труднодоступных местах и точках повышенного риска, что позволяет контролировать состояние трубопроводов без необходимости направления специалистов на объекты.

Гибкость: Применение беспроводных технологий передачи данных на базе технологии LoRaWAN (в переводе с английского «Long Range Wide Area Network» – «дальняя глобальная сеть) дает широкие возможности по наращиванию и конфигурированию системы мониторинга по мере эксплуатации пульпопровода, перемещать датчики без дополнительных затрат на связь.

Эффективность: Снижение расходов на ручной сбор данных, обход ниток пульпопровода. Кроме того, внедрение автоматизированной системы позволяет лучше контролировать состояние стенок трубопроводов, понимать скорость утонения для различных режимов работы, а значит лучше планировать бюджет на замену труб.

Установка толщиномеров на пульпопровод возможна без очистки поверхности металла от лакокрасочного покрытия непосредственно на краску. Первоначальная установка датчика производится с помощью магнита. Дополнительно датчик фиксируется к трубе бандажной лентой. За счет возможности последовательного подключения датчиков друг к другу через штатные разъемы легко построить кольцевую сборку из нескольких датчиков, подключенных к одному модулю сбора и передачи данных. К одному модулю возможно подключить до 32 толщиномеров.

Оборудование сбора и передачи данных на базе технологии LoRaWAN

Сбор и передача данных с датчика возможна по проводным сетям RS-485, беспроводным сетям сотовой связи 3G/4G/5G или по беспроводной сети LoRaWAN с помощью модулей сбора и передачи данных, так же разработанных ООО «НТП «Горизонт» для задач мониторинга. Модули сбора и передачи данных работают от собственных батарей Li-SOCl2 (литий-тионилхлорид) емкостью 26000мА/ч. Данный тип батарей обладает очень большой удельной плотностью энергии, низкой потерей емкости при низких температурах и низкой потерей саморазряда во времени. Модули сбора и передачи данных могут проработать на одном комплекте батарей несколько лет до замены даже в температурных условиях Арктики.

Настройки сбора данных подразумевают выбор периода опроса и период сеансов связи, в рамках которых будут переданы накопленные данные. В случае, если по каким-то причинам сеанс связи не состоится, данные будут накоплены в энергонезависимой памяти и будут переданы при следующем сеансе связи. Собственной памяти модуля хватает, чтобы записывать данные с толщиномеров TMGG в течение нескольких лет, поэтому логгеры могут применяться как автономные регистраторы. Переписать данные можно с помощью любого планшета или ПК.

Технология LoRaWAN имеет несколько преимуществ, которые связаны с дальностью передачи данных, низким энергопотреблением устройств, безопасностью и масштабируемостью сети.

Покрытие сети

Реальное покрытие, создаваемое одной базовой станцией, достигает 1,5 километров в городских условиях и 8-9 километров в условиях тундры. Высокая проникающая способность сигнала и способность работать на отраженном сигнале за счёт использования частот 868мГц. Высокая помехозащищенность, за счет которой связь работает на очень низких уровнях сигналов и в условиях большой зашумленности эфира, достигается применением низкоуровневых модуляций и технологиями расширения спектра кодовыми последовательностями.

Открытый диапазон

Частотный диапазон 868мГц открыт для общего использования при соблюдении требований к ограничению мощности и времени передачи. Использование оборудования LoRaWAN не требует получения разрешений или лицензий у Заказчика.

Высокая энергоэффективность

Технология изначально разрабатывалась для IoT-решений (в переводе с английского «Internet of Things» – интернет вещей), подразумевающее высокую энергоэффективность при малом объеме передаваемых данных, что отлично подходит для мониторинговых решений.

Масштабируемость

К одной базовой станции на практике можно подключить очень большое количество устройств. Теоретический предел – несколько тысяч, но вряд ли этот предел практически достижим. В практике НТП «Горизонт» существует пример подключения более 100 датчиков к одной базовой станции, при котором данное подключение не вызывало коллизий или других сбоев системы сбора данных.

Низкая стоимость

Базовые станции LoRaWAN – недороги, компактны, работают при уличных температурах и не требуют специальных защитных укрытий.

Оборудование сбора и передачи данных на базе сотовой связи

В линейке оборудования сбора и передачи данных есть решения, позволяющие передавать данные по сетям сотовой связи стандарта UMTS, LTE, NB-IoT, с предустановленными чипами-SIM для любых операторов связи. Достаточно включить модуль сбора данных CU, и он сам подключится к сети сотовой связи оператора с наилучшим покрытием. Благодаря этому пользователю не требуется выбирать оператора, оплачивать счета за связь и пр.

Проприетарные технологии передачи данных, разработанные компаний НТП «Горизонт»

Возможно построение топологий сети типа chain или mesh. Технология передачи данных, разработанная специалистами НТП «Горизонт», подразумевает передачу данных от дальнего логгера к ближнему и далее по цепочке к шлюзу данных. В таких сетях возможно построение систем сбора данных на очень большие расстояния без необходимости установки промежуточных базовых станций или шлюзов вдоль пульпопровода. Так реализовываются измерительные сети очень длинных пульпопроводов, если нет возможности установки промежуточных базовых станций и сбора данных с датчиков, расположенных в радиотени. Данные с логгера в радиотени передаются на логгер, находящийся в зоне покрытия сети LoRaWAN и далее на сервер сбора данных.

Серверное ПО Gorizont Asset Monitoring EcoStructure («Горизонт Эсэт Мониторинг ЭкоСтракче»)

Серверное программное обеспечение Gorizont Asset Monitoring Ecostructure (GAME) – это многомодальная платформа для мониторинга, анализа и предиктивной аналитики технического состояния производственных активов горнодобывающего предприятия.

Платформа представляет собой универсальное решение для автоматизированной обработки данных с любых типов датчиков производства НТП «Горизонт», а также средств измерений других производителей, сигналов внешних систем (АСУ ТП, диагностические приборы), ручных средств измерений. Функционал программного обеспечения позволяет обрабатывать данные с датчиков независимо от типа объекта, выявлять многомерные корреляционные зависимости, проводить регрессионный анализ процессов, вычислять тренды и делать предикацию технического состояния объекта мониторинга.

Данные с толщиномеров поступают на сервер для дальнейшего хранения, визуализации процесс эрозии и прогноза технического состояния пульпопроводов.

Благодаря онлайн-контролю состояния объекта и автоматизации анализа износа стенок трубопровода, специалисты могут оперативно контролировать процесс износа пульпопровода, контролировать скорость износа.

GAME имеет облачную архитектуру: данные поступают на сервер, пользователи имеют доступ к данным мониторинга в любой точке, если сервер подключен к Интернет и только находясь в своей локальной сети если сервер не имеет доступа в Интернет. Пользователи имеют доступ к своим настроенным рабочим столам системы мониторинга через браузер.

Серверное решение GAME позволяет пользователям легко проанализировать полученные в автоматическом или ручном режиме данные, выявить тренды и сделать предсказание об износе пульпопровода в будущем, получать уведомления о достижения критической толщины.

Заключение

Внедрение автоматизированных систем мониторинга толщины стенок трубопроводов на основе ультразвуковых толщиномеров TMGG представляет собой эффективный инструмент повышения надежности и безопасности эксплуатации пульпопроводов и шламопроводов. Применение современных методов диагностики в сочетании с беспроводными технологиями передачи данных позволяет организовать непрерывный контроль состояния трубопроводной инфраструктуры, своевременно выявлять участки с повышенной скоростью износа и минимизировать риски аварийных ситуаций. Комплексный подход, реализованный в решении НТП «Горизонт», обеспечивает высокую точность измерений, адаптивность системы и возможность ее масштабирования в зависимости от задач предприятия.

Использование серверного программного обеспечения для анализа и предиктивной оценки технического состояния трубопроводов открывает дополнительные возможности для перехода к риск-ориентированной модели эксплуатации. Это позволяет не только снизить затраты на обслуживание за счет оптимизации графиков ремонтов, но и повысить общую эффективность производственных процессов. Таким образом, предложенное решение соответствует современным требованиям цифровизации промышленности и может быть успешно применено на предприятиях горнодобывающей и перерабатывающей отраслей, эксплуатирующих гидротранспортные системы.

Получите подробную консультацию по телефонам: 8-800-333-0140, 8-495-909-1284 или по электронной почте info@ntpgorizont.ru