Политехники смогут находить коррозию в металлических резервуарах
Арсений Чулков, аспирант Института неразрушающего контроля, создает прототип источника нагрева для первого в стране дефектоскопического аппарата на основе светодиодных источников. Дефектоскоп позволит бесконтактно обнаружить коррозию в резервуарах и емкостях, используемых в ядерной и нефтехимической промышленности. Проект Арсения победил на региональном смотре-конкурсе инновационных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых УМНИК. Благодаря этому аспирант получит 400 тысяч рублей на его реализацию.
Новое в неразрушающем контроле
Стоит отметить, что разработки в области теплового контроля ведутся не только в Томском политехническом. Ученые в России и за рубежом ищут новые области применения этого вида неразрушающего контроля. Однако дефектоскопов, работающих на основе светодиодных источников, в нашей стране пока нет. Именно поэтому разработка аспиранта ТПУ вызвала интерес у экспертов конкурса УМНИК.
За рубежом тепловые дефектоскопы используют для поиска дефектов в композитах. В частности, прибор ThermoScope фирмы Thermal Wave Imaging (США), использующий в качестве нагревателей ксеноновые лампы, предназначен для контроля композитных авиационных панелей.
— Американский прибор способен проводить неразрушающий контроль материалов толщиной до 2 мм, — поясняет Арсений Чулков. — Для обнаружения коррозии в толстом металле лампы-вспышки неэффективны, они не смогут обеспечить контролируемый объект достаточным тепловым нагружением.
Чтобы обнаружить коррозию металла большей толщины, политехники решили применить для нагрева исследуемой поверхности светодиодные лампы. Автором идеи стал доктор технических наук профессор Владимир Вавилов. На сегодняшний день исследования со светодиодным источником нагрева мощностью 120 Вт и металлом толщиной 2 мм дали положительные результаты и стали первым шагом на пути к созданию мощного светодиодного источника нагрева.
Ученые уверены, что портативный тепловой дефектоскоп на основе светодиодов найдет широкое применение в нефтеперерабатывающей, химической, пищевой промышленности, а также везде, где используются металлические цистерны и резервуары для хранения и транспортировки жидких, сжиженных и твердых веществ. С помощью нового прибора можно будет определить коррозию в контейнерах для хранения радиоактивных отходов на атомных станциях, в резервуарах для нефти, воды и других продуктов нефтехимический предприятий.
Сегодня основным методом неразрушающего контроля в этих отраслях остается ультразвуковой. Он обладает рядом недостатков: контактность, необходимость специальной подготовки поверхности, низкая производительность и слабая наглядность результатов проверки. В свою очередь, тепловой метод позволит исследовать металлические емкости на предмет коррозии быстрее и проще. Так, стальную 200-литровую емкость можно будет «просканировать» тепловизионным методом менее чем за 20 минут.
Технические параметры
В будущем приборе неразрушающего контроля предполагают использовать светодиоды мощностью от 500 Вт до 1 кВт. Они позволят простимулировать металлическое изделие толщиной до 15 мм одновременно с регистрацией распределения температурного поля тепловизором. Зона контроля прибора составляет 0,04 м2. С помощью специализированной программы обработки данных, разработанной в ТПУ, анализируются полученные термограммы и делается вывод о наличии коррозии, ее локализации и проценте уноса материала.
Разрабатываемый мощный светодиодный источник нагрева планируется оборудовать кулерами, а в перспективе — ноутбуком и встраиваемым тепловизором. Таким образом, будущий портативный тепловой дефектоскоп по размеру будет немногим больше осциллографа или обычного системного блока.
По мнению Асения Чулкова, у использования светодиодных ламп в тепловизионном методе диагностики скрытой коррозии целый ряд преимуществ. Во-первых, небольшие габариты и масса. Кроме того, спектральный диапазон излучения светодиодов значительно уже, чем, к примеру, у тех же галогеновых ламп, а значит, меньше вероятность помех и точнее исследования.
Во-вторых, в процессе работы светодиод разогревается примерно в пять раз слабее по сравнению с галогеновой лампой, следовательно остаточное излучение после его выключения значительно меньше. Именно поэтому снижается вероятность образования помех при съемке тепловизором. Чтобы свести разогрев светодиодных источников к минимуму, Арсений Чулков предлагает использовать систему принудительного охлаждения с электрическими вентиляторами — кулерами, подобными тем, что стоят в компьютерах. Это улучшит точность результатов исследования и поможет продлить работу самих светодиодов, способных выйти из строя при температуре выше 100 оС.
Еще один элемент, который будет снижать негативное влияние остаточного теплового излучения светодиода на объект исследования, — это управляемые компьютером непрозрачные «шторки».
— После нагрева образца тепловизор продолжает регистрировать температуру, светодиоды уже отключены, но при этом продолжают, остывая, излучать тепло, — пояснил аспирант ТПУ. — «Шторки» автоматически закрываются, чтобы исключить отражение светодиода на поверхности контроля. Таким образом, мы уменьшаем помехи в процессе исследования.
Все перечисленные приемы позволят собрать наиболее точные данные, быстро их обработать и получить качественный результат.
День сегодняшний
Сейчас Арсений Чулков работает с более мощными светодиодами, нежели прежде. Недавно были приобретены лампы мощностью 500 Вт. Его задача — провести эксперименты по контролю емкостей с различной толщиной стенок и разнообразными лакокрасочными покрытиями. Дело в том, что виды красок и способы их нанесения могут влиять на получаемые тепловизионным методом результаты.
— Все зависит от коэффициентов отражения и поглощения того или иного покрытия, — объяснил Арсений. — Например, объект, окрашенный черной матовой краской, нагреть значительно проще, чем ничем не покрытый алюминиевый или стальной.
Поэтому ближайшая цель исследователя — определить зависимость выявления дефектов (коррозии) от разного рода покрытий емкостей. Для этого в лаборатории подготовили опытный образец — бочку, окрашенную с разных сторон разными способами и красками. Исследование объекта проходит на специальном поворотном столе — так сканирование занимает не больше 20 минут.
Не менее важная задача, требующая решения, — разработка программного продукта для будущего дефектоскопа. Существующие программы используют при работе слишком широкий спектр параметров и фильтров для обнаружения дефектов в самых разных материалах. Задача Арсения и научной команды — разработать специализированный программный продукт, ориентированный на оценку процента уноса материала в металлических изделиях, то есть коррозии, а следовательно, и степень износа емкости.
Кроме того, в первом полугодии молодой ученый планирует завершить работу над схемой размещения элементов светодиодного дефектоскопа и собрать пробный экземпляр для проведения лабораторных испытаний. При этом важно, чтобы прибор был компактным и сравнительно легким. В дальнейшем Арсений хочет провести исследования уже на реальных объектах, например на АО «Сибирский химический комбинат» или ООО «Томскнефтехим», и затем оформить патент на изобретение.
Лариса Богомазова