Безопасность и экономия
ITPESтм
(Innovation Technology of Prevention of Emergency Situationsтм)
Инновационная технология предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера посредством волоконно–оптического телеметрического комплекса
Датчики температуры, деформации, давления и вибрации объектов, в течение последних нескольких лет активно разрабатываются во всем мире. Об этом свидетельствуют многочисленные публикации в указанном направлении, анализ которых позволяет сделать однозначный вывод о важности и перспективности описываемых систем для практических приложений. Во многих случаях (особенно если речь идет о распределенных измерениях в условиях повышенной взрыво- и пожароопасности, об удаленной регистрации стационарных и динамических процессов) авторы опубликованных работ отмечают полное отсутствие альтернативных способов измерения.
В настоящее время в мире успешно реализован целый ряд проектов по внедрению и эксплуатации таких систем для контроля состояния механизмов, агрегатов и конструкций, подвергающихся механическим и тепловым нагрузкам различного характера. Такие системы прошли успешные испытания для контроля состояния автомобильных и железнодорожных мостов, линий электропередач, для измерения распределения механических нагрузок в конструктивных материалах лопастей вертолетов и крыльев самолетов, на объектах энергетики и атомной энергетики.
Необходимость постоянного комплексного мониторинга объектов обусловлена чрезвычайно высокой опасностью возникновения техногенных катастроф в случае нарушения режимов эксплуатации, отклонения режимов протекания технологических процессов, ошибок деятельности персонала, а так же в случае воздействия природных факторов. В виду того, что процессы, приводящие объекты в аварийное состояние зачастую протекают скрытно, на первое место в комплексе мер по предупреждению аварий выходит правильно организованный комплексный мониторинг, включающий контроль температурного, вибро и деформационного состояния силовых элементов.
Значительной экономии и повышения безопасности можно достичь за счет заблаговременного проведения работ по замене аварийных элементов до возникновения аварийных ситуаций, а так же за счет исключения необоснованных и некачественных ремонтов. При этом важно иметь в виду, что речь идет не только о прямой экономии средств, перерасход которых при устранении аварий неизбежен, но и об уменьшении издержек, связанных с нарушением графиков и структуры работы всех прилегающих к месту аварии учреждений, объектов и т.д.
Одним из новых и наиболее перспективных вариантов волоконно – оптических датчиков (ВОД) температуры, давления, вибрации и механических деформаций являются датчики с использованием волоконных брэгговских решеток (ВБР) показателя преломления в качестве чувствительного элемента.
Точность ВОД основанных на применении ВБР при измерении температуры достигает 0.1°С, а при измерении относительной деформации - 10-6. В настоящее время разработаны конструктивные решения, позволяющие обеспечить сочетание чувствительности и динамического диапазона измерений, требуемое для конкретных приложений.
Основные достоинства
v безиндукционность (защищенность от воздействия внешних электромагнитных полей и наводок) – обусловлена оптическим диапазоном частот, а также тем, что материалы волоконной оптики, чаще всего, являются диэлектриками;
v высокая чувствительность;
v высокая надежность и воспроизводимость измерений – обусловлены применением спектральных методов измерения;
v широкий динамический диапазон измерений, обусловленный высокой спектральной яркостью современных источников излучения и высокой чувствительностью существующих фотоприемников;
v малые габариты чувствительных элементов обусловлены малым диаметром самого световода (~ 100 мкм);
v малый вес чувствительных элементов, являющийся следствием малых габаритов;
v высокая химическая и коррозионная стойкость – материалы волоконной оптики могут быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить отсутствие химического взаимодействия с той или иной химически агрессивной средой;
v высокая термическая стойкость, обусловленная способностью волоконных световодов длительное время сохранять свои оптические и механические характеристики при температурах 600°С и выше;
v высокая радиационная стойкость – световоды способны сохранять работоспособность при поглощенных дозах излучения 1МГр и выше;
v электроизоляционная прочность – напряжение электрического пробоя кварцевого стекла, например, составляет ~10кВ/мм (20°C) и ~2,5кВ/мм (500°C);
v высокая упругость, обусловленная высокими значениями модуля упругости и предела прочности (для кварцевого стекла ~76ГПа и ~10ГПа, соответственно), а также отсутствием неупругой деформации до +500°C;
v высокая пожаробезопасность, обусловленная отсутствием в конструкциях чувствительных элементов электрических токов и нагреваемых областей;
v возможность проведения многоточечных и распределенных измерений;
v возможность дистанционных измерений - низкие оптические потери в световодах;
v возможность интеграции (внедрения) в структурные элементы механизмов, агрегатов и конструкций - без ухудшения их механических характеристик;
v малое время отклика чувствительных элементов (1 мс и лучше), как правило, ограниченное временем реакции конструктивных элементов, а не световода;
v низкое энергопотребление - единицы ватт.
Экономическая эффективность технологии
v повышение эффективности эксплуатации контролируемого оборудования;
v сокращение случаев сбоев оборудования по вине отказа оборудования;
v выявление начальной стадии развития дефекта и/или предаварийных и аварийных режимов в контролируемом оборудовании;
v сокращение инвестиционных затрат на необоснованное обновление оборудования;
v снижение расходов на проведение ремонтов;
v сокращение трудозатрат персонала в результате внедрения автоматизированных методов контроля и диагностики;
v увеличение ресурса эксплуатации оборудования на основании фактических значений критических параметров оборудования;
v уменьшение затрат на страхование, так как наличие систем мониторинга и диагностики оборудования является серьезным фактором для страховых компаний.