Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1 ГЛАВА Обзор и анализ автоматического управления и обследования промышленных трубопроводов.
1.1. Промышленный трубопровод, как объект неразрушающего контроля.
1.2. Классификация дефектов на металлических трубопроводов.
1.3. Обзор неразрушающего метода обследования промышленных трубопроводов.
1.3.1. Магнитные методы.
1.3.2. Электромагнитные методы.
1.3.3. Ультразвуковой метод.
1.3.4. Радиационные методы.
1.3.5. Томографические методы на основе рентгеновского излучения
1.4. Томография на рассеянном излучении
1.4.1. Томографы на основе коллимационных систем источника и детектора.
1.4.2. Лабораторные (опытные) томографы
1.1.1. Коммерческие (серийные) томографы
1.4.1. Томография на рассеянном неколлимированном излучении
1.5. Выводы по первой главе
1.6. Задачи диссертационной работы
ГЛАВА Модель томографа на рассеянном неколлимированном излучении обследования поверхностных слоев трубопровода
2.1. Физические основы моделирования 73
2.2. Физические основы реконструкции (обратная задача)
2.2.1. Представление объекта реконструкции
2.2.2. Физические основы реконструкции на основе неколлимированного рассеянного излучения 79
2.2.3. Особенности алгоритма реконструкции 83
2.3. Модель взаимодействия рентгеновского излучения с объектом контроля (прямая задача) 88
2.4. Алгоритм реконструкции 93
2.5. Выводы по второй главе 98
3 ГЛАВА Исследование эффективности томографической реконструкции на
основе обратно рассеянного неколлимированного излучения 99
3.1. Исследование качества реконструкции на тестовом объекте 99
3.2 Исследование качества реконструкций поверхностных слоев трубопровода 104
3.3. Интенсивность регистрации рассеянных фотонов при обследовании поверхностных слоев трубопровода
3.4. Глубина реконструкции и разрешение 113
3.5. Рациональный диапазон энергия фотонов 116
3.6. Разрешающая способность реконструкции 120
3.7. Производительность контроля 121
3.8. Оценка числа рассеянных фотонов по числу зарегистрированных детектором 122
3.9. Выводы по третьей главе 128
4 ГЛАВА Разработка системы автоматизации
обследования трубы с использованием радиационных методов информационного обеспечения.
4.1. Принцип работы узкоколлимированного рентгеновского сканера манипулятора
4.2. Техническая разработка узкоколлимированного рентгеновского сканера для томографа на обратнорассеянном излучении
4.3. Технические средства интегрированного комплекса рентгеновской компьютерной томографии
4.4. Выводы по четвертой главе
5. Общие выводы по работе
6. Литература
7. Приложения. Тексты М-Файлов основных блоков модели реконструкции слоев объекта
7.1. Функция определения траектории фотона в одном пикселе
7.2. Функция определения полной траектории фотона в объекте
7.3. Функция моделирования процесса сканирования объекта
7.4. Модель взаимодействия фотонов с поверхностным слоем
7.5. Функция реконструкции
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время отношение к техническому прогрессу должно характеризоваться не только экономическими и социальными аспектами, но и экологическими. Реалистичный подход выражается в стремлении полностью избежать обратного влияния их на человека и природу, а во всемерном развитии тех способов транспортировки, которые минимизируют отрицательные последствия и полностью исключают необратимые явления в окружающей среде.
Трубопроводный транспорт, в отличие от других видов транспорта, пока остается узкоспециализированным, предназначенным для перекачки на дальние расстояния жидких и газообразных продуктов ограниченной номенклатуры. Трубопроводный транспорт наиболее экономичен. Трубопроводный транспорт по грузообороту уже превзошел железнодорожный, поскольку строительство трубопроводов в 3- 5 раз быстрее и дешевле, чем железных дорог. По трубопроводам передается 97% нефти, весь газ, многие продукты их переработки.
Трубопроводный транспорт играет ключевую роль не только в энергообеспечении страны, но и в формировании государственного бюджета. Поэтому от успешного функционирования трубопроводных систем в значительной степени зависит экономическое благополучие, энергетическая и национальная безопасность страны. В XXI веке технические и технологические решения, не обеспечивающие промышленную, социальную и экологическую надежность и безопасность функционирования сооружений и объектов, не будут иметь права на применение.
Роль национального трубопроводного транспорта еще более повышается в условиях глобализации мировой экономики, приводящей к расширению межгосударственных хозяйственных связей.
Одна из центральных задач безопасности промышленных трубопроводов - оценка возобновляемого остаточного ресурса эквивалентной оценке текущей долговечности. Определение остаточного ресурса базируется на диагностике сооружений магистралей с использованием высокоточных моделей деформирования тонких несовершенных оболочек, механике разрушении, теории надежности с учетом влияния человеческого фактора и классификации обнаруженных дефектов.
Магистральные и промышленные трубопроводы должны сооружаться как системы нового поколения, в которых риск возникновения чрезвычайных ситуаций, отказов и аварий сведен к минимуму. При этом возникнут иные отношения человека с природой, что будет способствовать реализации концепции перехода на траекторию устойчивого развития общества.
За последние 10 лет практически не проводились серьезные исследования по разработке научных основ обеспечения надежности и безопасности трубопроводов. Сейчас, когда повышаются требования к трубопроводам, когда возникла настоятельная потребность сооружать трубопроводы нового поколения, крайне важно сформировать научно обоснованную целостную теорию надежности и безопасности трубопроводных систем.
Чтобы в полной мере воспользоваться открывающимися возможностями, прежде всего, необходимо создать диагностические снаряды нового поколения, позволяющие обеспечить комплексную оценку состояния трубопроводов. Для такой работы появилась прекрасная возможность благодаря внедрению и развитию автоматизированной информационной система на обратнорассеянном излучении.
Промышленные трубопроводы могут иметь целый ряд зоны дефектов. Несмотря на широкую номенклатуру выпуска приборов диагностики промышленных трубопроводов надежный контроль до сих пор не достигнут. Проблема обнаружения методом неразрушающего контроля наиболее типичных промышленных дефектов в виде раковин, пор, воздушных пузырей, инородных включений, произвольно ориентированных трещин, расслоений, для которых существующие методы контроля наиболее уязвимы, менее разработаны. Данные дефекты характеризуются отличием плотности в зоне дефект. Это обуславливает эффективность применения радиационных методов контроля, чувствительных именно к изменению плотности.
Данная работа посвящена развитию автоматизированной информационной системы на рассеянном рентгеновском излучении для обследования состояния промышленных трубопроводов.
Дель работы.
Целью работы является разработка и исследование автоматизированной информационной системы для обследования промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
Методы исследования.
В работе использовались методы статистического моделирования, математической статистики и компьютерного эксперимента.
Научная ценность работы:
Научная новизна работы заключается:
• Разработке структуры системы автоматизации обследования верхних слоев промышленных трубопроводов с использованием рентгеновского томографа.
• разработке математической модели автоматизированной информационной системы на обратнорассеянном неколлимированном излучении для установления состояния промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
• разработке алгоритма реконструкции структуры промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения. • исследованиях по оценке эффективности реконструкции состояния промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
• оптимизации параметров автоматизированной информационной обеспечения на обратнорассеянном неколлимированном излучении для определения состояния трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
На защиту выносится:
• Алгоритм реконструкции состояния промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
• Результаты математического моделирования функционирования автоматизированной информационной системы для управлении робототехнической системы эксплуатационно-ремонтных обслуживания промышленного трубопровода.
• Результаты исследований восстановления состояния промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения.
Практическая значимость работы.
Практическая ценность работы заключается в разработке метода эксплуатационно-ремонтных обслуживания промышленных трубопроводов на основе рассеянного рентгеновского излучения с использованием автоматизированной информационной системы.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:
- на 4-й Международной конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", Москва, 2005г. - на 5-й Международной конференции "Молодые ученые промышленности, науке, технологиям и профессиональному образования: проблемы и новые решения", Москва, 2005г. 17-й Всеросийской научно- технической конференции "Томография", Москва, 2005 г.
- на научно- технических конференциях МИФИ (ГУ) в 2004г.
- на теоретико- практической конференции монгольских аспирантов и докторантов, обучающихся в вузах РФ, Монголия, 2006г.
Публикации.
Основные научные результаты диссертации опубликованы в 5-ти статьях.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертация состоит из введение, четырех глав, выводов по работе, список используемой литературы, приложений, документов по практическому использованию результатов диссертации в практике и содержит стр. 183 машинописного текста, 99 рисунка, 102 наименование в списке используемой литературы, 5 приложений.
Похожие диссертации на Автоматизация ремонтно-эксплуатационного обслуживания промышленных трубопроводов
