Ученые ТПУ: цифровые двойники помогают прогнозировать надежность резервуаров для нефти

По мнению специалистов, использование методов деформационного мониторинга и численного математического анализа в т.ч. может помочь снизить риск возникновения инцидентов, подобных ситуации в Норильске

Томск, 9 июн - ИА Neftegaz.RU. Инженеры Томского политехнического университета, применяя методы дефектоскопии, лазерного сканирования и численного математического моделирования, получают точные копии объектов, учитывающие различные параметры и дефекты.
Об этом сообщила пресс-служба Томского политехнического университета.

В нефтегазовой отрасли такой подход позволяет, например, с высокой точностью оценивать надежность резервуаров для нефтепродуктов.

По словам специалистов, в требованиях Ростехнадзора прописано проведение деформационного мониторинга хранилищ нефти раз в пять лет начиная с момента ввода в эксплуатацию. Это капитальная проверка, включающая в себя целый комплекс мероприятий.

Политехники расширили существующий спектр инструментов, применив технологии наземного лазерного сканирования и методы математического моделирования поведения объектов нефтегазовой отрасли.

В реализации комплекса мероприятий задействованы специалисты Инженерной школы природных ресурсов, Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности и Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ.

Тезисы участника проекта, главного специалиста научно-производственной лаборатории Агробиофотоника А. Искрина:

• мы используем систему лазерного сканирования прибор, произведенный мировым лидером по выпуску геодезического оборудования, работающий с высокой скоростью и точностью;
• на выходе получаем облако точек высокой плотности 2-3 мм, по которому можно сделать высокоточную геометрическую модель объекта, показывающую дефекты и неровности;
• по сути, мы получаем точную копию реального резервуара.

Он уточнил, что некоторые компании также используют лазерное сканирование, но не применяют его в комплексе с аналитикой деформационных процессов, диагностикой металла и объединением всех данных в программном продукте.

Тезисы доцента отделения нефтегазового дела К. Манабаева:

• отличительной особенностью нашей методики является совокупность использования технологий измерительного и диагностического контроля с численным моделированием поведения объекта в специализированных расчетных комплексах;
• результаты технической диагностики объекта и лабораторных исследований материалов, из которых он создан, вводятся в численную модель;
• таким образом, эта модель учитывает все индивидуальные особенности конкретного объекта, его дефекты, локальные деформации, очаги коррозии и т.д.;
• получается так называемый цифровой двойник резервуара, на котором мы можем анализировать эволюцию напряженно-деформированного состояния объекта от действия различных нагрузок, прогнозировать его работу в долгосрочной перспективе. 

При создании цифрового двойника учитывается широкий спектр геометрических параметров реального объекта.

За первоначальный сбор данных отвечают специалисты предприятий, занимающихся экспертизой промышленной безопасности. Они проводят визуально-измерительный контроль, дефектоскопию элементов конструкции, анализируют состояние фундамента, крыши и многое другое. Также учитываются свойства материалов, из которых сделан резервуар, коррозионные включения и так далее. Лазерное сканирование зачастую выполняется параллельно, чтобы получить наиболее полную и актуальную информацию.

Подобные работы политехники выполняли на объектах Газпрома, Роснефти, Томскнефти, Томскнефтехима и других компаний нефтегазовой отрасли.

По мнению специалистов, использование методов деформационного мониторинга и численного математического анализа в т.ч. может помочь снизить риск возникновения инцидентов, подобных ситуации в Норильске. Там 29 мая 2020 г. из-за осадки грунта произошла разгерметизация резервуара хранения дизельного топлива.
А. Искрин считает:

• это был достаточно старый резервуар, во время ввода его в эксплуатацию не было современных технологий для увеличения морозостойкости, были другие проектные решения;
• но, кроме того, возможно, не до конца была организована служба мониторинга этих объектов, время было упущено, чтобы предотвратить аварийную ситуацию, поняв, что эксплуатировать этот объект уже нельзя;
• чтобы избежать подобных инцидентов, необходимо регулярно проводить мониторинг и оценку надежности объекта, используя новые технологии.

Кроме того, в ТПУ разрабатывают виртуальный компьютерный тренажер симулятор обучающей среды Изучение, техническое обслуживание и диагностика резервуара вертикального стального наземного 10 000 куб. м. (РВС-10000) для организации образовательной программы.

К. Манабаев пояснил:

• виртуальная среда будет содержать конструкции и оборудование, которые невозможно закупить, смонтировать, разместить и эксплуатировать на реальных площадках обучающих организаций из-за их размеров, норм охраны труда и соображений экономики;
• натурный резервуар для обучения сотрудников могут себе позволить только крупные нефтегазовые предприятия, и в основном на учебных полигонах;
• наш виртуальный симулятор предназначен для вузов, центров подготовки узких специалистов и предприятий нефтегазовой отрасли, в т.ч. в области промышленной безопасности и неразрушающего контроля.

Иллюстрации: 3D-сканирование с внешней и внутренней сторон резервуара методом наземного лазерного сканирования для определения фактических геометрических параметров.