Романтики, поэты и путешественники часто говорят, что у городов есть душа, у каждого – своя. А чтобы эту душу поддерживать и развивать, необходима отлаженная работа урбанистического «тела» и всех его органов. Можно фантазировать насчёт городского эквивалента желудка, печени или даже мозга, но одна из самых однозначных метафор – это трубы-кровеносные сосуды, которые доставляют воду и тепло в каждый дом (и канализация, которая как вены вымывает продукты жизнедеятельности из «клеток» городского организма). Как и человеку, городу необходимо следить за состоянием своих сосудов, особенно старых и склонных к «тромбозам» и ломкости.
К сожалению, как бы привлекательно ни выглядела идея города-организма, подавать сигналы в мозг, как наши внутренние органы, отдельные части города не могут. В случае с трубами это приводит к тому, что ремонт происходит не по надобности, а по плану, и далеко не всегда там, где это действительно необходимо. А о диагностике тонких труб, которые подают воду в жилые дома, на сегодняшний день работники ЖКХ могу только мечтать.
Эти мечты могут воплотить в жизнь сотрудники Петербургского НИУ информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), работающие в составе группы под руководством Юрия Колесникова над проектом робота, который мог бы диагностировать трубы изнутри, выявляя места потенциальных поломок. Проект поддержан в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы». STRF.ru обсудил ход его реализации с одной из исполнительниц, аспиранткой кафедры систем и технологий безопасности Анастасией Птицыной.
В чём актуальность реализуемого вашей группой проекта «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»?
– За таким длинным и сухим названием проекта кроется решение одной из самых острых проблем качественного и безопасного жизнеобеспечения граждан: диагностика теплотрасс. В системе централизованного теплоснабжения России эксплуатируются более 200 000 км трубопроводов тепловых сетей, и каждый год нас потрясают сообщения новостных лент о разрывах трубопроводов горячего водоснабжения и последствиях этих аварий: повреждение имущества, пострадавшие и даже погибшие. Проводятся проверки, наказываются виновные, но причина – колоссальный износ трасс – не устраняется.
По разным данным от 60% до 80% теплотрасс изношены: стенки труб утончаются из-за коррозии или язв, а то и вовсе появляются сквозные отверстия, что приводит к авариям. Это происходит во многом потому, что выбор участков трубопроводов для ремонта базируется на косвенных параметрах,
таких как, проектный срок службы, статистика повреждаемости при эксплуатации и гидравлических испытаниях. Абсолютно все трубы раскопать и «в слепую» заменить невозможно, а применяемые на сегодня методы неразрушающего контроля подземных трубопроводов теплосетей (регламентируемые «Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок»), не обеспечивают достоверную оценку их технического состояния. Большинство применяемых эксплуатирующими организациями методов (гидравлические испытания, выборочное шурфование (вскрытие и обследование технического состояния на локальном участке трубопровода – Ред.), тепловизионная аэрофотосъемка, акустическая томография и т.д.) решают частную задачу обнаружения мест аварий и не позволяют достоверно оценить остаточный ресурс трубопроводов на всем протяжении рассматриваемого участка. В этих условиях не просто актуальны, но и крайне востребованы, работы по созданию нового бесконтактного метода внутритрубной диагностики труб малого диаметра (от 200мм до 400мм) без подготовки поверхности через слой коррозионных, шламовых отложений и сложной геометрии, проложенных от коллекторов непосредственно к домам и робототехнического комплекса для проведения этих работ внутритрубной диагностики
Какое решение предлагается в рамках проекта?
– Результатом прикладных научных и исследовательских работ будет не только новый магнитный метод диагностики (с использованием переменного намагничивания), но и робототехнический комплекс позволяющий продемонстрировать жизнеспособность метода и подтвердить диагностические характеристики на реальных трубопроводах. Подана заявка на патентование метода диагностики как изобретения, а на полезную модель робототехнического комплекса и уже получен патент – но это все как «внешняя оболочка проекта».
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 не только повышать безопасность предотвращать аварии, производя предупредительный ремонт и сокращая его сроки, но и увеличивать энергоэффективность и энергосбережение за счет выявления внешней коррозии трубы и разрушения теплоизолирующей защиты.
Кроме обеспечения безопасности, как университет мы всегда преследуем цель развития технического потенциала России: разработанные технические решения являются неоспоримым вкладом в развитие отечественной компактной робототехники.
Стоит добавить, что трубопроводы малых диаметров есть не только у ЖКХ. Это и газовая, и нефтяная промышленности (компрессорные и насосные станции), АЭС (паропроводы, трубопроводы охлаждения реактора). Специфичность технических требований позволяют применять реализованный робототехнический комплекс не только в труднодоступных трубопроводах, но и в экстремальных условиях, где нахождение дефектоскописта-человека опасно для жизни и просто недопустимо.
Какие заделы в этой области уже есть в мире и чем будет отличаться проект ИТМО?
– Безусловно, прогресс не стоит на месте и в мире достаточно много как различных способов диагностики трубопроводов, так и оборудования. Но уникальность решаемой задачи накладывает на решение свой отпечаток: большая часть оборудования диагностирует трубопровод снаружи, для этого нужен доступ к телу трубы, а это значит, дорогостоящее раскапывание и диагностирование уже становиться сопоставимо по объему работ с заменой. В свою очередь,
разрабатываемый комплекс производит диагностику трубы изнутри. Он загружается в трубу через теплофикационные камеры или коллекторы, они повсюду в городе.
Конкурирующие иностранные компании (к примеру: Inuktun) предлагают роботов для визуального осмотра состояния трубопровода, но шламовые отложения за несколько лет на внутренней поверхности достигают десятков миллиметров, и тела трубы просто не видно. УЗК (ультразвуковой контроль) через такую «кашу» тоже теряет сигнал. В отличие от этих подходов магнитный метод с переменным намагничиванием металла позволяет выявлять язвы, свищи и утонения, выдает достоверные данные толщинометрии для последующего расчета прочности и остаточного ресурса.Ранее переменное намагничивание не использовалось для решения задач диагностики в таких условиях. В этом и кроется особенность и отличительная черта проекта. Кроме того расширение парка диагностического оборудования отечественными разработками снимает необходимость России закупать дорогостоящее диагностическое оборудование у западных партнеров.
Ваши разработки поддерживает и готовится внедрять индустриальный партнёр АО «Диаконт». Расскажите, пожалуйста, о его роли в проекте.
– Компания «Диаконт» имеет огромный опыт в производстве и эксплуатации роботов, в основном атомного и газового применения. На этапе исполнения проекта «Диаконт» выступает как со-финансирующий орган совместно с Минобрнауки, но, как коммерческая организация, он имеет конкретные коммерческие интересы. Так, результаты ПНИЭР передаются индустриальному партнеру для последующей коммерциализации за счет вывода технологии и робота на российский и международный рынки.
Степень завершенности решений и документации по окончанию работ позволит «Диаконту» с минимальными затратами поставить производство робототехнических комплексов, реализующих новый магнитный метод, что называется, на поток. В настоящее время, как мне известно, специалисты «Диаконта» уже проводят предконтрактные проработки заказчиков, для успешной коммерциализации результатов ПНИЭР в последующие пять лет.
Каковы этапы выполнения проекта, и на каком этапе сейчас находится реализация?
– Проект состоит из непосредственной разработки метода (это уже завершено), моделирования и проектирования комплексов (особенно уделено внимание аварийным ситуациям и режимам работы). Этот второй этап на завершающей стадии, уже есть трехмерные и математические модели, готова документация по деталировке и ряду сборок.
Нам предстоит изготовление и один из самых сложных и волнующих этапов: испытания. Технические решения смоделированы, подтверждены расчетами и отработаны в лабораторных условиях, но практика и действительность всегда вносит коррективы.
#этоинтересно | Выпуск 129: Самые необычные роботы 2015 / ©Youtube
