Zautomatyzowane monitorowanie rur z parą przegrzaną
Większość przewodów transportujących przegrzaną parę w elektrowniach wykonanych jest z odpornej na pełzanie stali ferrytycznej. Jak w przypadku wielu materiałów, strefa wpływu ciepła (HAZ, strefa przy spoinie, która nie topi się, jednak doświadcza zmian mikrostrukturalnych), jest bardzo osłabiona. Uszkodzenia w obszarze HAZ stanowią ogromne wyzwanie i choć przewody rurowe są poddawane okresowym kontrolom pod kątem usterek, błędne oszacowanie skali uszkodzenia może mieć katastrofalne następstwa. W ramach finansowanego przez UE projektu HOTPHASEDARRAY (High temperature pipe structural health monitoring system utilising phased array probes on TOFD configuration) powstał ultradźwiękowy system SHM, który jest rozwiązaniem tego problemu. Możliwe będzie zastosowanie fazowanego systemu ultradźwiękowego z dyfrakcją czasu przelotu (PA-TOFD), zdolnego do dokonywania pomiaru ewolucji usterek w czasie w przewodach rurowych ze stali nierdzewnej klasy P91 transportujących przegrzaną parę. Staranne pomiary rozmiaru uszkodzenia i jego zmiany zachodzącej w czasie zmniejszą niepewność w prognozowaniu czasu trwania serwisowania i planowanej wymiany przewodów. To z kolei zminimalizuje występowanie katastrofalnych w skutkach usterek i zwiększy zaufanie opinii publicznej do bezpieczeństwa operacyjnego energii cieplnej i elektrowni jądrowych. Prace rozpoczęto od przygotowania sprzętu oraz oprogramowania do przetwarzania sygnału, potrzebnych do budowy systemu PA-TOFD. Naukowcy zaprojektowali niezbędne oprzyrządowanie i zdefiniowali zasadnicze parametry wejściowe, charakterystykę próbnika i technikę inspekcji. Zoptymalizowali także końcową konstrukcję próbnika piezoelektrycznego. Po stronie przetwarzania sygnału, badacze stworzyli graficzny interfejs użytkownika i ocenili metody filtrowania i uśredniania, aby zwiększyć względny wskaźnik poziomu szumów. System HOTPHASEDARRAY jest w pełni zautomatyzowany, zdalnie sterowany i trwale zamocowany na przewodach wysokotemperaturowych w celu monitorowania stanu technicznego konstrukcji w czasie pracy. Jest to pierwszy system umożliwiający zautomatyzowane testowanie w warunkach roboczych, aby precyzyjnie i spójnie mierzyć powstawanie spękań na przestrzeni czasu. Trwały montaż system pozwala ponadto ograniczyć czynności konserwacyjne, a wysoka czułość daje możliwość wczesnego wykrywania małych defektów z dokładnością 99,5%. System jest także przydatny w innych branżach wykorzystujących przewody rurowe poddawane bardzo wysokim temperaturom, w tym w przetwórstwie chemicznym, rafineriach, a także zakładach spalania paliw kopalnych i wytwarzania energii słonecznej.
Słowa kluczowe
Para przegrzana, monitorowanie stanu konstrukcji, strefa wpływu ciepła, HOTPHASEDARRAY, TOFD