Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение
Современные изделия металлургической промышленности отличаются многообразием размеров, форм, материалов, конструктивного исполнения, технологий и другими особенностями. Производство стальных и чугунных корпусных изделий и труб, алюминиевой и медно-сплавной арматуры, жаропрочных стальных лопаток и титановых изделий, изделий из пластмасс и драгоценных металлов и много других наименований – все они требуют визуального контроля.
Визуальная оценка состояния обследуемой поверхности объекта предполагает зрительное восприятие ее изображения на некотором удалении от самого участка. Оптическое изображение у объекта дистанцируется потребителю (оператору) посредством технологических операций и технических устройств, объединенных в единую систему визуально-оптической дефектоскопии. Важными составными частями такой системы являются техника и технологии оптического обзора предметной поверхности.
При всех различиях в технике и технологиях, все виды контроля, в том числе и оптический, являются весьма ответственными и трудоемкими, требующими значительного психо-эмоционального и физического напряжения. Значимость и объемы работ (например, все изделия литейного производства подвергаются стопроцентному осмотру) предъявляют повышенные эксплуатационные и эргономические требования к технике и технологиям визуального осмотра. Они для оператора должны быть сравнительно простыми, легко воспринимаемыми и производительными.
Наиболее прогрессивным направлением в оптическом виде контроля на сегодняшний день является эндоскопия, которая возникла в результате сближения и частичного слияния волоконно-линзовой оптики, с одной стороны и визуального контроля, с другой. Эта быстро развивающаяся область визуально-оптического контроля представлена большим количеством теоретических работ и многочисленными образцами оригинальных и высокотемпературных оптических систем, устройств и приборов различного назначения. Многие из этих оптических средств выпускаются промышленностью серийно [1].
1 Общая часть (обзор и сравнительный анализ)
1.1 Анализ характеристик объекта контроля
Основным объектом контроля в рамках данного дипломного проекта являются стальные трубы внутренним диаметром от 100 до 180 мм. Согласно [2], трубы по наружному диаметру можно разделить на 3 группы:
Контролируемые объекты, попадают под категорию труб малых и средних диаметров. Толщина стенок, область применения, а также материал изготовления указан в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Некоторые характеристики стальных труб
|
Нормативный документ |
Наружный диаметр, мм |
Толщина стенки, мм |
Марка стали |
Область применения |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ГОСТ 3262-75 Трубы стальные водогазопроводные |
21,3 |
2,35-2,8 |
Ст1,Ст2, СтЗ по ГОСТ 380-94 |
Применяются для водопроводов и газопроводов, систем отопления, а также для водопроводных и газопроводных конструкций |
|
26,8 |
2,35-3,2 |
|||
|
33,5 |
2,8-3,2 |
|||
|
42,3 |
2,8-3,2 |
|||
|
48,0 |
3,0-4,0 |
|||
|
60,0 |
3,0-4,0 |
|||
|
75,5 |
3,2-4,0 |
|||
|
88,5 |
3,5-4,0 |
|||
|
101,3 |
3,5-4,0 |
|||
|
ГОСТ 10705-80 Трубы стальные электросварные |
25,0 |
1,5-2,0 |
Ст1,Ст2, СтЗ По ГОСТ 380-94
08,10,20 по ГОСТ 1050-88 |
Применяются для строительства трубопроводов и конструкций различного назначения |
|
33,0 |
2,0-3,2 |
|||
|
42,0 |
1,5-3,2 |
|||
|
48,0 |
1,5-2,0 |
|||
|
51,0 |
1,5-2,5 |
|||
|
57,0 |
2,0-4,0 |
|||
|
60,0 |
2,0-4,0 |
|||
|
76,0 |
2,2-4,0 |
|||
|
89,0 |
2,8-4,0 |
|||
|
102,0 |
3,0-4,0 |
|||
|
108,0 |
3,0-4,0 |
Продолжение таблицы 1.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
ГОСТ 20295-85 |
159, 168, 219, 245, 273, 325, 377, 426 |
4,0-10,0 |
СтЗсп, СтЗпс |
Для сооружения магистральных газонефтепроводов, нефтепро-дуктопроводов, технологических и промысловых трубопроводов. |
|
ГОСТ 10704-91 ГОСТ 10705-80 |
114, 140, 146, 159, 168, 178, 219, 245, 273, 325, 377, 426, 530 |
4,0-10,0 |
Ст10, Ст10пс, Ст20, Ст20пс |
Для трубопроводов и конструкций разного назначения |
Основные дефекты, подлежащие выявлению проектируемым устройством при визуальном контроле состояния основного материала и сварных соединений трубопроводов:
Кроме того с помощью проектируемого устройства, в трубах можно производить поиск засоров и утерянных деталей.
К выявляемым дефектам корня сварного шва относятся следующие дефекты [3].
Вогнутость корня шва. Неглубокая канавка со стороны корня одностороннего сварного шва (рисунок 1.1 а).
Местное превышение проплава. Местный избыточный проплав сверх установленного значения (рисунок 1.1 б).
Наплыв. Избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним (рисунок 1.1 в).
Натёк. Металл шва осевший от тяжести и не сплавленный с соединяемой поверхностью, нижнем или потолочном положении сварки (рисунок 1.1 г).
Непровар в корне шва. Несплошность по всей длине шва или на его отдельном участке, возникающая из-за неспособности расплавленного металла проникнуть внутрь соединения (рисунок 1.1 д).
Превышение проплава. Избыток наплавленного металла на обратной стороне стыкового шва (рисунок 1.1 е).
а – вогнутость корня шва; б – местное превышение проплава; в – наплыв;
г – натёк; д – непровар в корне шва; е – превышение проплава;
Рисунок 1.1 – Основные дефекты в корне сварного шва
1.2 Технология визуального осмотра
Простейшим видом визуального контроля является традиционно выполняемый осмотр. В соответствии с нормативно-технологическими требованиями оператор (контролер) визуально оценивает фактическое состояние поверхности, отдельных ее участков и наиболее склонных к отклонениям элементов, зон и других областей. Для повышения восприимчивости потенциальных отклонений применяются оптические приборы увеличения изображений (лупы, микроскопы, бинокли).
В линзовых приборах визуального осмотра воспринимаемое изображение осматриваемого участка (зоны) формируется и передается оптической системой, построенной на элементах геометрической оптики. Посредством линзовых объективов, длиннофокусных цилиндрических световодов, оптических дефлекторов и других устройств осуществляется целенаправленное преобразование и передача всех элементов структуры осматриваемого предмета с их переносом к адекватному отображению у оператора. С помощью такой техники контролер больше и лучше видит и воспринимает увиденное и с учетом своего опыта и знаний по концептуальной модели делает заключение о дальнейшей пригодности изготовленного предмета. Такие действия осуществляются как при оценке готовой продукции, так и при определении объемов работ и его ремонтопригодности при восстановлении в процессе ремонта [4].
В каждом конкретном случае характер визуального осмотра определяется видом контроля. Например, при приемочном контроле осматривается состояние исходных комплектующих, материалов, сборочных единиц и других объектов. В операционном контроле визуально оценивается состояние изделия или полуфабриката на той или иной операции производственного процесса. При сдаточном контроле визуальный осмотр может быть некоторой составной частью всего комплекса контрольно-измерительных операций, предназначенных для установления полного соответствия фактического состояния изделия его стандартным требованиям. Т.е. сдаточный контроль для некоторого этапа производства является заключительным.
В зависимости от характера пространственного и технологического сосредоточения потенциально значимых аномальных отклонений и источников информации используются различные виды осмотра.
При случайном осмотре пространственно-временное положение участка может быть ограничено только имеющимися статистическими данными; как пространственные характеристики, так и качественные характеристики возможных дефектов не определены и не предсказуемы. Такая ситуация имеет место при отработке технологических режимов, выборе материалов, испытаниях и доводке конструктивных схем различных отливок и форм. Достоверность результатов определяется только статистическими данными и комбинированным применением разрушающих и неразрушающих методов контроля.
За счет ориентирования наблюдатель ведет целенаправленный осмотр технологически и конструктивно означенных мест (участков, зон). Такое ориентирование задается заранее предусмотренными технологическими точками (в авиационно-космической отрасли) или с помощью специальной технологической оснастки.
В дефектоскопии объектов со случайно распределенными по длине или в пространстве источниками информации эффективно применение сканирования предметной поверхности. Особо важное значение имеет сканирование внутренних поверхностей протяженных длинномеров с изменяющейся формой поверхности [4].
Выбор схемы сканирования преимущественно определяется конструктивными и габаритными особенностями объектов. Для длинномеров используются:
– сканирование вращательно-поступательным движением предметной поверхности со статически фиксированными неподвижными приемниками изображений;
– сканирование перемещающимся (вращательное, прямолинейное или совместное) приемником изображения при статически фиксированном положении предметной поверхности (рисунок 1.2).
|
|
б) |
|
в) |
|
(а) с сосредоточенными приемниками 1 на поверхности 2 объекта 3; (б) передвижной приемник 1, поверхность 2; (в) сканирование программное. 1 - сканер, 2 - преобразователь, 3 - канал передачи, 4 – устройство ОС, 5 - органы управления и регулирования.
Рисунок 1.2 – Схемы сканирования предметной поверхности
На контрольной позиции n–приемников 1 располагаются в соответствии с алгоритмом контроля и числом аппроксимированных участков по развертке предметной поверхности 2 (рисунок 1.2, а). Информация с поступательно перемещающегося и вращающегося объекта 3 считывается приемниками. Для протяженных длиномеров рациональнее схема сканирования подвижным приемником 1, перемещающимся относительно предметной поверхности объекта 2 (рисунок 1.2, б).
Посредством сканирующего устройства 1 производится непрерывное восприятие изображения предметной поверхности объекта О (рисунок
3.9, в) в различных его участках. Сканируемое оптическое изображение одновременно передается на преобразователь 2, согласующий его параметры с соответствующими параметрами канала передачи 3. Вся координация операций сканирования на первичном уровне осуществляется органами регулирования 5 и управления 4 с необходимыми механическими а, электрическими b и оптическими c связями. При необходимости наблюдатель может производить повторный (неоднократный) просмотр сомнительных мест за счет реверсивного привода.
Осмотр динамических объектов на основе метода наложения первичного изображения обследуемого места (элемента конструкции) и изображения эталона (образца) реализуется по схеме стробирования. Для обеспечения стробоскопического эффекта наблюдаемый элемент освещается частотно-фазовым регулируемым светом, передаваемым по осветительному световоду. Фиксируемое изображение по информационному световоду передается в устройство регистрации и для зрительного восприятия наблюдателем.
Посредством сканирования и стробирования значительно улучшается качество дефектоскопии, особенно труднодоступных, сложнопрофильных и динамических объектов [4].
1.3 Технические средства визуально-оптической дефектоскопии
В технологическом контроле объектами дефектоскопии выступают как отдельные детали, узлы и целые конструкции, так и машины и аппараты. Выбор методов дефектоскопии и их применимость определяется результатами анализа конструкторско-технологической документации, условиями ремонтопригодности, технико-экономическими и другими показателями. Особенно для сложных объектов литейного производства эффективно применение визуально-оптических методов и технологий, позволяющих наблюдать и оценивать реальное состояние труднодоступных участков без разрушения и демонтажа.
Визуальный контроль внутренних поверхностей является весьма трудоемкой и ответственной операцией и используемые технические средства и технологии контроля должны быть сравнительно просты в пользовании. При всей своей специфичности они должны быть хорошо и быстро осваиваемыми и не требовать высокой квалификации.
Массо-габаритные параметры изделий, производственная структура производственных цехов и участков зачастую ограничивают применение стационарных контрольно-измерительных комплексов. Более употребительными являются переносные, малогабаритные и эргономически удобные волоконно-оптические или жесткие эндоскопы с автономными и стационарными осветителями [1].
Эндоскопы или бороскопы – это смотровые приборы, построенные на базе волоконной и линзовой оптики и механических устройств.
Принцип действия эндоскопов заключается в осмотре объекта контроля с помощью специальной оптической системы (часто типа микроскоп, телескоп), позволяющей передавать изображение на значительные расстояния (до нескольких десятков метров) с отношением эффективной длины эндоскопа L к его наружному диаметру d: L/d >> 1.
Современный серийный эндоскоп является универсальным оптико-механическим прибором, обеспечивающим любой вид визуальной диагностики и контроля внутри закрытого пространства на значительную глубину (практически до 30 м).
Использование в эндоскопах холодных источников света высокой яркости открыло безопасный метод контроля поверхностей в полостях, содержащих взрывчатые материалы, жидкости или газы, а также обеспечило качественное фотографирование, киносъемку и телевизионную передачу изображения указанных поверхностей при малых размерах входного отверстия контролируемой полости.
Эффективные методы жидкого и газового охлаждения позволяют использовать эндоскопы в горячих местах ядерных реакторов, ракетных установок и металлургических печах при температуре до 2000 °С.
Существуют линзовые, волоконно-оптические и комбинированные эндоскопы.
Линзовые (жесткие) эндоскопы.
Оптическая схема современного типичного линзового эндоскопа показана на рисунке 1.3.
1 - объектив; 2 - металлическая трубка; 3 - система оборачивающих линз; 4 - световод, передающий световую энергию от источника в металлическую трубку для освещения ОК;
5 – окуляр.
Рисунок 1.3 - Структурная схема линзового (жесткого) эндоскопа:
Освещенное, с использованием световода, изображение участка объекта контроля (ОК) передается наблюдателю по цепочке, содержащей линзы объектива, иногда и призм, систему поворачивающих линз, служащих для увеличения эффективности рабочей длины прибора, и линз окуляра. Эндоскопы этого типа снабжаются системой фокусировки, позволяющей получать резкое изображение анализируемого участка ОК как в ближней, так и в дальней зоне. Управляя поворотной ручкой, можно поворачивать трубку на угол более 360° и легко изменять анализируемый участок ОК.
Вводимые в ОК элементы линзового эндоскопа работоспособны при температурах от -40 до +150 °С и под давлением 4 атм. Водонепроницаемая конструкция трубки эндоскопа позволяет вести контроль в воде и масле. Линзовыми эндоскопами можно контролировать стены зданий, поверхности разнообразных трубопроводов, авиационные двигатели, автомобильные литые детали и т.п. и обнаруживать царапины, трещины, коррозионные пятна, выбоины и другие дефекты размерами 0,03 ... 0,08 мм в изделиях длиной 10 м и диаметром 5 ... 100 мм и более.
Линзовые эндоскопы обычно представляют собой жесткую конструкцию. Но уже созданы приборы, имеющие участки корпуса с гибкой оболочкой, изгибающиеся в пределах 5 ... 10° [1].
Волоконно-оптические эндоскопы.
Возможности технической эндоскопии существенно расширены, благодаря созданию волоконно-оптических элементов.
Волоконные световоды представляют собой набор тонких стеклянных светопроводящих волокон диаметром 9 ... 30 мкм, собранных в жгут. Каждый элементарный световод (волокно с большим показателем преломления) покрыт снаружи тонким слоем (1 ... 2 мкм) стекла с более низким показателем преломления.
На границе волокно-покрытие происходит полное внутреннее отражение света, входящего в основное волокно, что обеспечивает его прохождение по световоду с минимальным ослаблением (рисунок 1.4). При значительных размерах световода число отражений бывает более 10 . Это приводит к ослаблению сигнала, которое связано с длиной световода экспоненциальной зависимостью.
а - с прямыми торцами; б - с косыми торцами; в - изогнутые; г - фокен (уменьшает размеры передаваемого изображения); д - афокен (увеличивает размеры передаваемого зображения).
Рисунок 1.4 - Структурные схемы волоконных световодов
Для работы в ультрафиолетовой области используют кварцевые волокна, прозрачные в диапазоне 0,2 ... 4 мкм.
В инфракрасном диапазоне (0,9 ... 10 мкм и более) применяют волокна из специальных халькогенидных бескислородных стекол.
Световоды для передачи световой энергии изготовляют из беспорядочно уложенных волокон диаметром около 30 мкм.
Для передачи изображения используют пучок волоконно-оптических элементов с упорядоченной структурой. При этом число элементарных волокон может превышать 106 на 1 см2 при диаметре волокон 9 мкм. Торцы световодов полируют. При использовании световодов следует иметь в виду, что они могут сильно деполяризировать проходящий свет.
Разрешающая способность серийных световодов составляет в среднем 15...20 ммֿ¹. Лучшие образцы могут иметь разрешающую способность до 50 ммֿ1.
В целом волоконные световоды, используемые в эндоскопах, пока уступают по качеству изображения линзовым системам. Однако разрабатываются меры по устранению мозаичной структуры изображения в световодах и повышению их разрешающей способности.
Волоконные световоды обладают преимуществами, делающими их незаменимыми при решении многих задач. Так, они позволяют передавать изображение без искажения при их изгибе по любому криволинейному профилю. Высокая световая эффективность световодов используется при создании осветительных систем эндоскопов. При этом источник света располагается вне прибора, что позволяет исключить нагрев изделия.
Волоконные осветители "холодного" света могут иметь торцы любой формы, например кольцевой, что обеспечивает высокую равномерность освещения объекта [1].
Особенности оптических схем эндоскопов.
Технический прогресс в промышленной эндоскопии неразрывно связан с решением таких важных задач, как большое поле зрения, отсутствие искажений изображения, точная передача цветов и необходимая яркость.
Самые яркие изображения получают эндоскопами малой длины и большого диаметра. При увеличении длины эндоскопа изображение становится менее ярким из-за потерь света в дополнительных оптических элементах, устанавливаемых для передачи изображения на достаточно большие расстояния. Для минимизации таких потерь оптические элементы просветляют.
В зависимости от длины телескопического участка изображение требует горизонтального, вертикального, либо двойного перевертывания (инверсии). Такое преобразование осуществляется в окулярном устройстве с помощью корректирующих линз в эндоскопах малого диаметра или оборачивающих линз в эндоскопах большого диаметра. Часто окулярные устройства бывают сменной конструкции на различные увеличения.
Рабочее расстояние, при котором может быть надежно визуально проконтролирован ОК при достаточной яркости изображения его поверхности, зависит от коэффициента отражения поверхности, длины эндоскопа, типа и увеличения окулярного устройства, углового поля зрения, а также типа наблюдения (обзора его поверхности). Поэтому далее коротко рассмотрим особенности эндоскопов с различными типами обзора поверхностей ОК.
Прямонаправленный (прямой) обзор. Тип I, дающий прямое (торцовое) наблюдение на угол визирования, применяется для контроля торца или дна канала, или штуцера (рис. 4.21). Эндоскопы с таким типом обзора имеют типичное угловое поле зрения около 45° (линейное поле зрения 20 мм на расстоянии 25 мм от линзы до поверхности ОК). Для освещения поверхности ОК в таких эндоскопах могут быть применены малогабаритные лампочки, расположенные по окружности, в центре которой имеется отверстие для прохождения отраженного от ОК света. Такая объективная часть не используется при малых рабочих расстояниях и при контроле небольшого участка в глухих отверстиях.
Косоприцеленный вперед обзор. Тип II, дающий наблюдение, наклонное вперед на угол визирования 25 и 45°, применяется для контроля, например, сварных швов в торце. В таких эндоскопах источники света обычно монтируются на дистальном конце эндоскопа. Размер поля контроля можно увеличивать при вращении направления визирования относительно оптической оси эндоскопа.
Боковой обзор. Тип III, обеспечивающий боковой контроль с углом визирования 90°, используется при детальном контроле стенок ОК с достаточно большим увеличением. Это эффективный прибор для визуального контроля стволов ружей, пистолетов, цилиндрических стенок или углубленных отверстий. Эндоскопы этого типа обычно снабжаются источником света, размещенным перед линзой объектива.
Ретроспективный обзор. Тип IV, обеспечивающий наклонные наблюдения назад на угол 135°, используется для контроля задних торцовых стенок, отверстий с внутренними уступами и т.п.
Панорамный (кольцевой обзор). Тип V обеспечивает высокопроизводительный осмотр цилиндрической полости сразу по всей кольцевой поверхности ОК. Объектив такого эндоскопа может обозревать цилиндрическую полосу с угловой шириной 30º по всей окружности отверстий.
Несмотря на свои преимущества перед жёсткими эндоскопами, гибкие волоконно-оптические эндоскопы тоже обладают некоторыми недостатками, которые особенно проявляются при контроле внутренней поверхности труб.
Во-первых, это длина гибких эндоскопов. В большинстве случаев, она составляет от 0,5 до 3 метров и этого, естественно, не достаточно для контроля объектов большой длины. С увеличением длины эндоскопа многократно возрастает его стоимость, т.к. качественное оптоволокно на сегодняшний день стоит не дёшево. К примеру, качественный эндоскоп ЭТГ 10-2,7 Российского производства с диной кабеля 2,7м и диаметром рабочей части 10мм, по состоянию на февраль 2010 года стоит 102 000 российских рублей (≈ 3200 у.е.).
I - прямонаправленный; II и III - косоприцельный и боковой;
IV - ретроспективный; V – панорамный.
Рисунок 1.5 – Конструкции дистальных концов эндоскопов для различных типов направлений визирования
Во-вторых, это качество изображения. В результате многократных отражений в оптоволокне, световой сигнал испытывает ослабление, что приводит к ухудшению видимого изображения на окуляре. Для увеличения разрешающей способности изображения, требуется увеличить количество оптических волокон в кабеле, что в свою очередь ведёт к увеличению диаметра кабеля и как следствие, к удорожанию эндоскопа.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что для контроля внутренних поверхностей достаточно длинных объектов, необходимо создание иного устройства. Одним из таких устройств является видеокроулер. Кроулеры – это устройства, предназначенные для самостоятельного перемещения по ОК и несущие на своём борту аппаратуру для его контроля. Кроулеры, как правило, делаются на колёсном ходу, но существуют также модели и для перемещения на плаву.
Круг задач, решаемых с помощью видеокроулеров, следующий:
Области применения видеокроулеров:
Анализ готовых решений, имеющихся на рынке.
Низкопрофильный робот ROVVER 400 оценен во всем мире за его широкую универсальность. Система ROVVER 400 имеет модульную конструкцию, и максимальную адаптируемость. Обеспечивает широкий обзор в горизонтальной трубе или туннеле с помощью обзорной телевизионной камеры. Камера имеет дистанционно-регулируемый фокус и всегда даёт четкую картинку [5].
Рисунок 1.5 – Видеокроулер Rovver 400
Таблица 1.2 – Технические характеристики видеокроулера Rovver 400
|
РОБОТ |
|
|
Длина: 247 мм с курсовой телекамерой |
|
|
Ширина: 94 мм |
|
|
Высота: 80 мм |
|
|
Вес: 4.5 кг |
|
|
Материал: Никелированная медь, нержавеющую сталь, алюминий |
|
|
Двигатель: один двигатель постоянного тока на 20 Вт, 6 колес, измененяемое направление, регулируемые скорости |
|
|
Допустимая глубина: 1 бар - Эквивалентно глубине воды в 10 м |
|
|
Наборы колёс: |
Ø 64 мм диски для 100.0 мм трубы |
Продолжение таблицы 1.2
|
КАМЕРА |
|
Тип: Цветная 1/2” CCD матрица |
|
Разрешение: 380,000 пикселей, 360 HTV линий |
|
Линза: 4 мм, ƒ1.2, удалённая фокусировка |
|
Линза FOV: 68 град. x 90град. x 100 град. |
|
Фокус: 6 мм до бесконечности (дистанционно регулируемый) |
|
Габариты: Курсовая - ø 48 мм x 78 мм |
|
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ |
|
Габариты: 420 мм x 343 мм x 292 мм |
|
Управляемые величины: Направление движения, скорость хода, сила света, управление |
|
Мощность: 110/230 В, 50/60 Гц CE |
|
Выходы: композитный NTSC (EIA-170A) видео (PAL) 19 дюймовый устанавливаемый в стенда контроллер |
|
Вес: 18.2 кг |
|
СВЕТ |
|
На камере: 10 Вт, 16 x 0.6 Вт, галоген |
|
На платформе: 40 Вт, 2 x 20 Вт, галоген |
|
Дополнительный: 40 Вт, 2 x 20 Вт, дихроичный рефлектор |
|
Максимум: 90 Вт |
|
КАБЕЛЬНЫЙ БАРАБАН |
|
Кабель: 7 мм (0.28 дюйма) диаметра, многожильный с основой из Kevlar® с прочностью на |
|
Длина: до 200 м |
|
Барабан: кабельный барабан с контактными кольцами под кабель различной длинны |
|
Вес: Приблизительно 23 кг - модель, в зависимости от длины кабеля |
ROVVER 600 низкопрофильный робот - мобильный и универсальный способ инспекции трубопроводов. Идеально подходит для различных применений благодаря его модульной конструкции и его способности осматривать внутренности труб с диаметрами в пределах от 150 мм до 900 мм. Это малый колёсный робот в своем классе, что дает ему способность пройти через замусоренные трубы, большие выступы, и выдающиеся трубные швы. Дистанционное управление робота ROVVER дает способность контролировать фокус и освещение, а также направлять ход, когда есть препятствия, типа мусора или ответвлений [5].
Рисунок 1.6 – Видеокроулер Rovver 600
Таблица 1.3 – Технические характеристики видеокроулера Rovver 600
|
|
|
|
Длина: 282 мм с курсовой телекамерой, 374 мм с обзорной телекамерой |
|
|
Ширина: 118 мм |
|
|
Высота: 90 мм |
|
|
Вес: 8 кг |
|
|
Материал: Никелированная медь, нержавеющую сталь, алюминий |
|
|
Двигатель: два двигателя постоянного тока на 20 Вт, 4 колеса, измененяемое направление, регулируемые скорости |
|
|
Допустимая глубина: 1 бар - Эквивалентно глубине воды в 10 м |
|
|
Уклон: +/- 10 % опционально |
|
|
Наборы колёс: |
Ø 90 мм диски для 150.0 мм трубы |
|
КАМЕРА |
|
|
Тип:Цветная 1/2” CCD матрица |
|
|
Разрешение: 380,000 пикселей, 360 HTV линий |
|
|
Линза: 4 мм, ƒ1.2, удалённая фокусировка |
|
|
Фокус: 6 мм до бесконечности (дистанционно регулируемый) |
Продолжение таблицы 1.3
|
Габариты: Курсовая - ø 48 мм x 78 мм, обзорная при панорамировании (175 град.), при наклоне (135 град.) – ø 88 мм x 192 мм |
|
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ |
|
Габариты: 420 мм x 343 мм x 292 мм |
|
Управляемые величины: Направление движения, скорость хода, сила света, управление |
|
Мощность: 110/230 ВА, 50/60 Гц CE |
|
Выходы: композитный NTSC (EIA-170A) видео (PAL) |
|
Вес: 18.2 кг |
|
КАБЕЛЬНЫЙ БАРАБАН |
|
Кабель: 7 мм (0.28 дюйма) диаметра, многожильный с основой из Kevlar® с |
|
Длина: до 200 м |
|
Барабан: кабельный барабан с контактными кольцами под кабель различной длинны |
|
Вес: Приблизительно 23 кг - модель, в зависимости от длины кабеля |
ROVVER 900 несет курсовую и обзорную цветные видео камеры, с которыми может осуществлять поиск и осмотр на расстоянии до 200м. Эти характеристики идеально удовлетворяют многие потребности из-за его модульной конструкции и способности осмотреть внутренние трубы с диаметрами, большими чем 225 мм. Управляемая платформа системы ROVVER позволяет оператору поднимать и опускать камеру, управлять фокусировкой и освещением, управлять сцеплением и направлением движения транспортера, когда на пути его движения встречаются препятствия [5].
Рисунок 1.7 – Видеокроулер Rovver 900
Таблица 1.4 – Технические характеристики видеокроулера Rovver 900
|
РОБОТ |
|
|
Длина: 488 мм с курсовой телекамерой, 582 мм с обзорной телекамерой |
|
|
Ширина: 200 мм |
|
|
Высота: 150 мм |
|
|
Вес: 25 кг |
|
|
Материал: Никелированная медь, нержавеющая сталь, алюминий |
|
|
Двигатель: два двигателя постоянного тока на 20 Вт, 4 колеса, измененяемое направление, регулируемые скорости |
|
|
Допустимая глубина: 1 бар - Эквивалентно глубине воды в 10 м |
|
|
Уклон: +/- 10% опционально |
|
|
Наборы колёс: |
Ø 110 мм диски для 225.0 мм трубы |
|
КАМЕРА |
|
|
Тип:Цветная 1/2” CCD матрица |
|
|
Разрешение: 380,000 пикселей, 360 HTV линий |
|
|
Линза: 4 мм, ƒ1.2, удалённая фокусировка |
|
|
Фокус: от 6 мм до бесконечности (дистанционно регулируемый) |
|
|
Габариты: Курсовая - ø 48 мм x 78 мм, обзорная при панорамировании (175 град.), при наклоне (135 град.) – ø 88 мм x 192 мм |
|
|
Подъём телекамеры: удалённо-управляемая в трубах от 225 мм до 800 мм |
|
|
КАБЕЛЬНЫЙ БАРАБАН |
|
|
Кабель: 7 мм (0.28 дюйма) диаметра, многожильный с основой из Kevlar® с |
|
|
Длина: до 200 м |
|
|
Вес: Приблизительно 23 кг - модель, в зависимости от длины кабеля |
P-200 – это комплекс на базе колёсного самоходного робота с цветной видеокамерой, имеющей функцию увеличения (10х оптическое и 4х цифровое). Робот заполняется сухим азотом для предотвращения конденсации влаги внутри корпуса и на стекле видеокамеры при работе в условиях перепада температур. Предназначен для телеинспекции трубопроводов диаметром от 250 до 1200 мм. Определяет профиль залегания трубопровода на основе показаний датчика тангажа. Наличие системы бортового поворота для маневрирования в трубах. Пантографический механизм подъёма видеокамеры обеспечивает расположение видеокамеры по оси трубопровода в трубах диаметром до 1200 мм [6].
Рисунок 1.8 – Видеокроулер Р-200
Видеокроулер SUPERVISION модель для инспекций трубопроводов диаметром от 250 до 1000 мм длиной до 300 м. 4 ведущих колеса, водонепроницаемость до 10 бар.
Рисунок 1.9 – Видеокроулер SuperVision
1.4 Постановка задачи проектирования
Из вышеприведённого анализа видно, что на сегодняшний день на рынке видеокроулеров присутствует немало качественных разработок. Однако подавляющее большинство моделей не предназначено для контроля труб диаметром порядка 100 мм. Кроме того, все разработки имеют импортное происхождение, что ведёт к увеличению их стоимости для конечного потребителя в РБ. К примеру, цена некоторых кроулеров в полной комплектации, может доходить до 10000 у.е.
Поэтому возникает вопрос о целесообразности создания малогабаритного видеокроулера, предназначенного для контроля труб относительно небольших диаметров (от 100 до 180 мм). Готовое решение предполагается быть более простым, по сравнению со своими аналогами, однако и более доступным по цене.
Сформулируем основные задачи дипломного проекта:
2 Выбор метода контроля и теоретическое моделирование
2.1 Выбор и обоснование метода контроля
Основной метод оптического вида контроля, который реализуют видеокроулеры – это визуально-оптический метод. Его характеристики даны в таблице 2.1 [7].
Таблица 2.1 – Характеристики визуально-оптического метода НК
|
Название метода |
Область применения |
Факторы, ограничивающие область применнения |
Контролируемые параметры |
Чувствительность |
Погрешность % |
|
Визуально-оптический |
Дефектоскопия с помощью микроскопов, стереоскопия. Размерный контроль с помощью проекционных устройств. Эндоскопия внутренних поверхностей, интроскопия |
Минимальная яркость изображения ОК не менее 1 кд/м2. |
Размеры изделий, дефектов, отклонения от заданной формы. |
(0.6*λ)/А |
0,1 - 1 |
Видеокроулеры так же могут оснащаться дополнительной измерительной аппаратурой, которая расширяет возможности устройства по контролю или диагностике заданного ОК. Это могут быть, например, акустические или вихретоковые датчики. В рамках данного дипломного проекта, на устройство планируется установка датчика горючих газов (пропан, бутан, метан) или датчика паров жидких углеводородов (бензин, ацетон). Эти датчики позволят производить предремонтную диагностику объектов нефтегазового комплекса (газопроводы, бензопроводы, резервуары для ГСМ), для принятия решения о возможности дальнейшего проведения ремонтных работ.
Существует множество различных типов газоаналитических датчиков. Рассмотрим три наиболее распространенных типа [8].
Оптико-абсорбционные. В основу принципа действия газоанализаторов заложен оптико-абсорбционный метод анализа газа, основанный на измерении поглощения инфракрасной (ИК) энергии анализируемым компонентом. Степень поглощения ИК-энергии излучения зависит от концентрации анализируемого компонента в газовой смеси. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения, это обуславливает возможность проведения избирательного анализа газов. Функциональная схема работы этих датчиков изображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема оптико-абсорбционных датчиков.
К преимуществам датчиков данного типа следует отнести крайне малую погрешность выходного сигнала от температуры окружающей среды, а также возможность работы в широком диапазоне измерений.
К недостаткам, датчиков данного типа относятся зависимость выходного сигнала от наличия в среде пыли или дыма, а также относительно большие габариты из-за наличия газовой кюветы с множеством световых призм для увеличения проходимого ИК-лучом пути. Этот недостаток не позволяет применять данные датчики в малогабаритных устройствах, таких как проектируемый видеокроулер.
Термокаталитические. Принцип действия датчика основан на каталитическом сгорании углеводородных газов и паров на чувствительном элементе датчика. Датчик состоит из двух элементов (чувствительного и опорного), установленных в одном корпусе и разделенных экраном (рисунок 2.2). Элементы представляют собой платиновые терморезисторы, покрытые керамикой оксида алюминия (чувствительный элемент - активирован Pt - Pd катализатором). Выходной сигнал датчика обусловлен разностью температур чувствительного и опорного элемента в присутствии горючих газов.
Рисунок 2.2 – Устройство термокаталитического датчика
Преимуществом этих датчиков является их малые габариты и вес, а недостатком – возможность измерять лишь довзрывные концентрации горючих газов. Однако, даже в этом случае применение данного датчика возможно в рамках проектируемого устройства.
Полупроводниковые. Принцип действия датчика основан на увеличении проводимости полупроводниковой керамики, находящейся при температуре 400 - 450 оС в присутствии восстанавливающих газов (рисунок 2.3). При питании датчика стабилизированным током выходной сигнал (Uвых) образуется за счет разницы падения напряжения на чувствительном элементе в чистом воздухе (Uв) и газовой среде (Ur).
Рисунок 2.3 – Устройство полупроводникового датчика
Преимущества и недостатки у полупроводникового датчика практически те же, что и у термокаталитического. Однако из-за отсутствия опорного элемента в датчике, кол-во проводов для работы с ним сокращено с 3 до 2. Это позволит применить кабель с меньшим числом жил, что более приемлемо для проектируемого устройства.
После анализа наиболее распространённых типов газоаналитических датчиков, для применения выбран полупроводниковый датчик.
2.2 Расчёт параметров контроля
В качестве измерительного оборудования на видеокроулер установлен полупроводниковый датчик горючих газов ПГС-1Ех. Более подробное описание этого датчика будет дано в пункте 3. Здесь же остановимся на параметрах измерения данным устройством горючих газов (паров жидких углеводородов). Значения основных параметров датчика, для каждого измеряемого компонента, даны в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Параметры датчика для измеряемых компонентов.
|
Определяемый компонент |
Еденица измерения, % |
Диапазон измерений |
Коэффициент преобразования |
Еденица физ. величины |
|
Метан (СН4) |
НКПР |
0 – 50 |
0.32 |
мВ |
|
Пропан (С3Н8) |
НКПР |
0 – 50 |
0.64 |
мВ |
|
Бензин (C6H6) |
НКПР |
0 – 50 |
0.9 |
мВ |
НКПР – минимальное содержание горючего газа или пара в воздухе, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника [9].
Например, для метана НКПР равен 5% объемной доли в воздухе, для пропана – 2,1%, для бензина – 4%.
Газоанализатор обеспечивает выдачу сигнала, пропорционального значению концентрации определяемого компонента. Значение концентрации определяемого компонента по выходному сигналу вычисляется по формуле:
(2.1)
где Uвых – выходной сигнал датчика в мВ;
Un – нижняя граница выходного сигнала, равная 2 мВ;
Кn – номинальный коэффициент преобразования, согласно таблице 2.2;
Следовательно, номинальная функция преобразования датчика по выходному токовому сигналу имеет вид:
(2.2)
где С – значение концентрации определяемого компонента;
График зависимости выходного сигнала в мВ от процентного содержания исследуемого компонента в единицах НКПР, представлен на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Значение выходного сигнала от концентрации измеряемого компонента для датчика ПГС-1Ех
2.3 Оценка чувствительности контроля
Для газоаналитических датчиков чувствительность к измеряемым компонентам обычно выражается в специальных единицах – PPM.
PPM (сокращение от англ. parts per million - «частей на миллион») – единица измерения концентраций и других относительно малых величин.
1 ppm = 0,001‰ = 0,0001%
Для датчика ПГС-1Ех чувствительность к метану и пропану составляет 10 ppm, а для бензина – 100 ppm. В пересчёте на объёмную долю в воздухе, это составит 0,001% и 0,01% соответственно.
Более подробные характеристики чувствительности датчика приведены в таблице 2.3.
Стоит отметить, что данная чувствительность, а также прочие технические характеристики датчика обеспечиваются только при полном соблюдении условий эксплуатации, которые подробно оговорены в пункте 3.5.
Таблица 2.3 – Параметры чувствительности датчика ПГС-1Ех
|
Регистрируемый газ в газо-воздушной смеси |
Чувствительность к измеряемому компоненту, ppm |
Диапазон регистра-ции, % об. |
Газочувствительтельность (отношение сопротивле-ния газочувств. слоя в воздухе к сопротивлению в контрольной газовой смеси (Rвоздух/Rc , где ин-декс С-концентрация газа в газовой смеси, % об.) |
Относи-тельная погреш-ность реги-страции, % |
Время установ-ления 95% сигнала (t0.95), не более, с |
|
Бензин |
100 |
0,01 - 2,0 |
Rвоздух/R0.5 не менее 7 |
10 |
2 |
|
Метан |
10 |
0,001 - 2,5 |
Rвоздух/R1.0 не менее 3 |
10 |
2 |
|
Пропан |
10 |
0,001 - 1,0 |
Rвоздух/R0.5 не менее 5 |
10 |
2 |
Применяемая в разрабатываемом устройстве видеокамера, обладает светочувствительностью 0,5 лк. Более подробные характеристики видеокамеры, приведены в пункте 3.4.
3 Разработка технических средств контроля
3.1 Разработка структурной схемы установки контроля
На начальном этапе проектирования любой установки необходимо разработать и составить структурную схему установки контроля.
Схемы структурные и функциональные предназначены для общего ознакомления с изделием и для изучения общих принципов работы изделия.
Данные схемы разрабатывают на этапах эскизного и технического проектирования. Они определяются сложностью изделия и необходимостью обеспечить исходными данными последующий этап проектирования [10].
На структурной схеме в виде прямоугольников должны быть изображены все основные функциональные части изделия. Допускается изображать элементы, устройства, функциональные части в виде условных графических обозначений (УГО). Основные составные части изделия изображаются, как правило, без учета их действительного расположения и подробностей. Однако графическое построение схемы должно наглядно показывать взаимодействие функциональных частей в изделии.
На схеме должны быть показаны взаимосвязи электрические и, при необходимости, механические, существующие между функциональными частями. На линиях взаимосвязи можно стрелками показывать направление хода процессов, происходящих в изделии. Графическое построение структурной схемы должно наглядно показывать взаимодействие функциональных частей в изделии.
Структурная схема применяется для изучения принципов работы при наладке, регулировке, контроле и ремонте. Структурная схема состоит из следующих блоков:
Структурная схема установки контроля представлена на чертеже 20.01.02 00.00.000 C1.
3.2 Выбор структурных элементов и основные требования к ним
Опишем требования и назначение для каждого блока структурной схемы и определим выбор или его дальнейшую разработку.
Датчик горючих газов предназначен для измерения объёмной концентрации углеводородов, которые находятся (метан, пропан) или могут находится в газообразном состоянии (бензин) при нормальных условиях внутри ОК.
Осветительное устройство должно обеспечивать освещённость ОК, достаточное для его визуально-оптического осмотра.
Видеокамера выполняет роль первичного приёмника в электронно-оптической схеме. С помощью неё и осуществляется визуально-оптический осмотр внутренних поверхностей ОК.
Передвижная платформа предназначена для перемещения по ОК осветительного, измерительного, регистрирующего, и другого оборудования. Для передвижения по ОК, кроулер оснащается электроприводом, который передаёт вращение на рабочий орган (колесо или гребной винт).
Многожильный соединительный кабель служит для передачи информационных сигналов от видеокамеры и датчика горючих газов к видео регистратору и газоанализатору соответственно. От блока управления сигнал может подаваться на управление электроприводом, осветительным устройством, видеокамерой. Также через кабель происходит снабжение всех систем видеокроулера электроэнергией.
В качестве газоанализатора может применяться любой переносной прибор, способный работать с полупроводниковыми датчиками горючих газов. Прибор должен быть согласован с датчиком как по типу определяемого газа, так и по диапазонам измерения.
Блок управления служит для манипуляции различными системами кроулера. Например, интенсивностью осветительных устройств, скоростью и направлением вращения электропривода.
В качестве видеорегистратора может быть использован портативный ЖК-монитор. Однако, наиболее приемлемым вариантом будет использование ноутбука с наличием видео входа. Это позволит записывать результаты контроля в видео или графический файл, для их последующего просмотра и вывода на печать.
Блок питания обеспечивает все электрические системы видеокроулера энергией. Он должен выдавать постоянный ток требуемого напряжения, а его мощности должно хватать для обеспечения работы видеокроулера в течении достаточно продолжительного времени.
3.3 Моделирование и расчёт механической части кроулера
По техническому заданию максимальная длина обследуемой части трубы должна составлять 50 м. Для этого необходимо использовать многожильный кабель соответствующей длины. Для решения этой задачи был выбран 10-ти жильный кабель КСПВ производства фирмы «Паритет» (РФ). Данный тип кабеля предназначен для использования в системах сигнализации и телекоммуникации. Технические характеристики кабелей данного типа представлены ниже [11].
Таблица 3.1 – Технические характеристики кабелей КСПВ
|
Число жил / диаметр жилы (мм) |
Номинальный наружный диаметр (мм) |
Масса кабеля (кг/км) |
Электрическое сопротивление проводящих жил 0,4 мм постоянному току при 200С, НЕ более (Ом/км) |
|
2 х 0,4 |
2,8 |
7,27 |
148 |
|
4 х 0,4 |
3,2 |
12,10 |
|
|
6 х 0,4 |
3,7 |
16,43 |
|
|
8 х 0,4 |
4,0 |
20,62 |
|
|
10 х 0,4 |
4,8 |
26,10 |
|
|
12 х 0,4 |
5,0 |
30,27 |
Из таблицы видно, что удельная масса 10-ти жильного кабеля составляет 26,1 г/м. Следовательно масса кабеля длинной 50 м составит:
(3.1)
Кроме того, изначально предполагалось, что масса самого кроулера не превысит 1,8 килограмма. Следовательно, максимальная масса груза, которую необходимо перемещать не превысит 3,1 кг.
После предварительного эскизирования положения кроулера в трубе диаметром 100 мм, было выяснено, что для эффективного использования всего свободного пространства трубы такого диаметра, угол скоса колёс должен составлять 50°, а ширина колес 10 мм. Скос колёс нужен для того, чтобы во время продвижения по трубам с малым радиусом кривизны, кроулер всё время сохранял прямой курс. Диаметр колёс был конструктивно выбран равным 60 мм, а зазор между колесом и корпусом кроулера 3 мм.
Ширина платформы кроулера составила при этом 50 мм. Из этого следовало, что двигатель, необходимый для передвижения кроулера с общей массой 2,8 кг, нужно располагать вдоль платформы, а для передачи вращательного движения на колёса, потребуется конический редуктор.
Основные характеристики передач:
Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проектного расчёта любой передачи [12].
Проведём энергетический и кинематический расчёт привода. Исходными данными для этого расчёта являются:
Вес тележки G:
. (3.2)
Сила сопротивления качению F:
. (3.3)
Сила сопротивления движению кроулера Fc:
. (3.4)
Мощность, потребляемая рабочим органом Рс:
. (3.5)
Мощность, потребляемая электродвигателем Рэд:
. (3.6)
Угловая скорость вращения колеса ωКОЛ:
. (3.7)
Частота вращения колеса nКОЛ:
. (3.8)
В качестве силовой установки было принято решение использовать бесколлекторный микродвигатель постоянного тока. Эти двигатели находят широкое применение в системах автоматики, телемеханики, в вычислительной технике, выполняя различные, порой уникальные функции. Электрические микромашины отличаются от машин средней и большой мощности не только малыми размерами. Для них характерны очень широкие диапазоны частоты вращения (от одного оборота в сутки для двигателя с редуктором, до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту), относительно большое значение тока холостого хода (до 90%), мало или практически совсем не насыщенные магнитные цепи, значительно меньшие потери в стали, по сравнению с потерями в обмотках, большие плотности тока в обмотках. Кроме того, в отличие от коллекторных двигателей, отсутствие трущихся частей, таких, как щётка и коллектор, делает двигатель гораздо менее требовательным к обслуживанию и ремонту.
Недостатком данных двигателей по сравнению с шаговыми приводами, является невозможность точного позиционирования вала. Вместе с тем, когда не требуется точное позиционирование, а только управление скоростью, бесколлекторный двигатель постоянного тока с редуктором является наиболее экономичным решением, поскольку, в отличие от шаговых двигателей, не требует сложных схем управления. Это очень важно, так как стоимость схемы управления шаговым двигателем сопоставима со стоимостью самого двигателя. Кроме того проблема позиционирования вала, может частично решаться установкой оптических и магнитных энкодеров (датчиков Холла). Несмотря на скромные габариты уровень вращающего момента и допустимые скорости вращения достаточно высоки.
Исходя из расчётной мощности двигателя и ширины платформы, был выбран мотор-редуктор серии IG-32GM фирмы KING RIGHT MOTOR (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Мотор-редуктор IG-32GM
Мотор-редуктор серии IG-32GM состоит из реверсивного бесколлекторного двигателя постоянного тока и планетарного редуктора. Электродвигатель необслуживаемый. Передаточные числа прилагаемых редукторов 5~721. Количество ступеней 1~4. Температурный диапазон эксплуатации от -10°С до +50°С. Модуль зубчатых колес 0,5 мм. Радиальное биение выходного вала редуктора не более 0,05 мм, осевое биение не более 0,3 мм [13]. Габаритные и присоединительные размеры двигателя приведены на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Габаритные и присоединительные размеры мотор-редуктора IG-32GM
Напряжение питания двигателя 12В. Выходная мощность 4 Вт. Номинальная частота вращения данного двигателя nЭД составляет 5300 мин-1. Следовательно общее передаточное число всего привода U0:
(3.9)
Передаточное отношение следует разделить на 2 ступени. Первой ступенью будет являться планетарный редуктор, который встраивается в мотор IG-32GM, а второй ступенью будет являться конический редуктор. Из поставляемых к данному электродвигателю понижающих передач, был выбран планетарный редуктор с передаточным числом равным U1 = 14. Следовательно, передаточное отношение конического редуктора U2 должно составлять:
(3.10)
Исходя из габаритных характеристик (ширина платформы) и передаточного отношения, был выбран конический редуктор с двумя выходными валами фирмы SHAYANG YE INDUSTRIAL (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 – Конический редуктор с двумя выходными валами
Некоторые характеристики данного редуктора:
После моделирования видеокроулера в системе Kompas 3D, расчет МЦХ модели показал, что масса устройства без провода составила 1404 грамма. Т.е. у силовой установки кроулера есть достаточный запас по мощности.
3.4 Моделирование и расчёт оптико-электронной части кроулера
По техническому заданию, разрешающая способность видеокамеры должна составлять не менее 420 ТВ линий. Исходя из этого, была взята миникорпусная камера KPC-VSN700PHB (рисунок 3.4) фирмы KT&C (Южная Корея).
Рисунок 3.4 – Миникорпусная камера KPC-VSN700PHB
Технические характеристики данного устройства представлены в таблице 3.2 [11].
Таблица 3.2 – Технические характеристики камеры KPC-VSN700PHB
|
ПЗС-матрица |
1/3” SONY Super HAD CCD II |
|
Частота развертки |
PAL:15,625 кГц (Г), 50 Гц (В) |
|
Разрешение |
550 ТВЛ |
|
Действующие пиксели |
PAL: 752(Г) х 582(В) |
|
Угол поля зрения |
72о |
|
Светочувствительность |
0,5 лк / F2.0 |
|
Отношение сигн./шум |
48 дБ |
|
Напряжение питания |
12В, IMAX = 90 мА |
|
Масса |
81 г |
|
Габаритные размеры |
30х30х28,5 |
В качестве основного освещения, на видеокроулер был установлен светодиодный прожектор PicLight, состоящая из 3 светодиодов мощностью по 1 Вт каждый (рисунок 3.7). Дополнительное освещение состоит из 7 светодиодов марки КИПД 80Э20-Б1-П, окаймляющих объектив видеокамеры по контуру.
Данные светодиоды имеют высокую яркость, и малый диаметр (5 мм). Производитель ОАО «Протон» (рисунок 3.5).
Рисунок 3.5 – Светодиоды серии КИПД
Основные характеристики светодиодов марки КИПД 80Э20-Б1-П представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Характеристики светодиодов КИПД 80Э20-Б1-П
|
Диапазон рабочих температур |
- 60 °С … + 85 °С |
|
Основные характеристики при t |
25 °С |
|
Цвет линзы |
Прозрачный |
|
Цвет свечения |
Белый |
|
Сила света при If = 20 мА, мкд |
15000 - 20000 |
|
Прямое напряжение Uf (номинал./макс.), В |
3,5 / 4.0 |
|
Полный угол обзора, град. (не менее) |
20 |
Светодиоды следует включать в цепь через балластные сопротивления, т.к. напряжение питания источника превышает прямое напряжение светодиодов. Для вспомогательного освещения, светодиоды будем включать в цепь по следующей схеме:
Рисунок 3.6 – Электрическая схема вспомогательного освещения
Рисунок 3.7 – Светодиодный прожектор PicLight
Произведём расчёт балластных сопротивлений. Исходными данными для расчёта являются:
UПИТ = 12 В, Uf = 3,5 В, If = 20 мА = 0.02 А.
Падение напряжения на резисторах R1 и R2 UБАЛЛАСТН.:
. (3.11)
Сопротивления резисторов R1 и R2:
. (3.12)
Из стандартного ряда Е48 выбираем резисторы номиналом 249 Ом. Аналогично проводим расчет для резисторов R3 – R7. Полученное сопротивление при этом составило 75 Ом.
3.5 Установка измерительного оборудования
На проектируемое устройство, планируется установка датчика горючих газов, который через многожильный соединительный кабель будет подключаться к соответствующему портативному газоанализатору.
В качестве датчика, был выбран полупроводниковый сенсор ПГС-1Ех, производства фирмы «Фармэк» [14].
Сенсор разработан для использования в приборах, предназначенных для обнаружения утечек, сигнализаторах, измерителях концентрации горючих и токсичных газов в воздухе (рисунок 3.8).
Его преимуществами являются высокая чувствительность и быстродействие, низкое энергопотребление, взрывобезопасное исполнение, небольшой размер и вес.
Рисунок 3.8 – Датчик ПГС-1Ех в обычном и взрывозащищённом исполнении
Во взрывозащищённом исполнении, датчик может поставляться как для контроля двух компонентов (метан – пропан), так и трёх (метан – пропан, бензина). Технические характеристики датчика представлены в таблице 3.4.
Таблица 3.4 – Технические характеристики датчика ПГС-1Ех
|
Напряжение питания, В |
1 – 2,4 |
|
Потребляемый ток, мА |
40 – 110 |
|
Сопротивление чувствительного слоя, МОм |
1 – 3 |
|
Линейность в диапазоне, НКПР % |
0 – 50 |
|
Исполнение |
Взрывобезопасное |
|
Быстродействие, с (не более) |
3 |
|
Время прогрева, мин (не более) |
2 |
|
Масса, г (не более): - с взрывобезопасным корпусом - без взрывобезопасного корпуса |
120 3 |
|
Средняя наработка на отказ при соблюдении условий эксплуатации, ч (не менее) |
10 000 |
Условия эксплуатации сенсора:
Для работы с датчиком ПГС-1Ех был выбран переносной газоанализатор «Сигнал-02» (рисунок 3.9). Данный прибор предназначен для поиска и локализации утечек взрывоопасных газов и паров (метан, пропан, бутан, гексан пары спирта, бензина и т.п.). Газоанализатор «Сигнал-02» определяет уровень загазованности в подвалах, колодцах и других помещениях технологических объектов, где по условиям эксплуатации возможно образование взрывоопасных смесей категории ПВ, Т4 [15].
Рисунок 3.9 – Сигнализатор горючих газов «Сигнал-02»
Технические характеристики прибора приведены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Технические характеристики прибора «Сигнал-02»
|
Параметр |
Значение |
|
Температурные условия работы, гр.0С |
От –20 до +40 |
|
Относительная влажность рабочей среды , при температуре +35 гр.0С и атмосферном давлении от 84 кПа до 106,7 кПа. |
до 95% |
|
Степень защиты от внешних воздействий, не ниже |
IP-54 |
|
Выдерживает вибрационные воздействия с амплитудой, не более |
0,5 мм и частотой до 35Гц |
|
Марка взрывозащиты |
1 ExbdIIBT 4 |
|
Измерение концентрации взрывоопасных газов и паров в диапазоне (0…50)% НКПР при основной абсолютной погрешности не более |
± 5% НКПР |
|
Дополнительная абсолютная погрешность при изменении температуры окружающей среды на каждые 10 гр.С. |
± 2,5% НКПР |
|
Время срабатывания звуковой сигнализации, сек (не более) |
10 |
|
Порог срабатывания ограничителя тока в цепях искрозащиты, А (не более) |
0,5 |
|
Подача звукового сигнала разряда аккумуляторов и мигающего светового сигнала происходит при напряжении питания ниже |
4,2 В |
|
При включении питания и разбалансе мостовой схемы измерений на воздухе происходит |
световая индикация |
|
Время непрерывной работы сигнализатора, ч (не менее) |
7 |
|
Средняя наработка на отказ сигнализатора, без учета датчика и аккумуляторов, ч (не менее) |
10 000 |
|
Масса снаряженного сигнализатора, г (не более) |
550 |
|
Габаритные размеры снаряженного сигнализатора, мм: |
194х92х36 |
|
Средний срок службы, лет (не менее) |
10 |
В комплект поставки прибора входят: сигнализатор «Сигнал-02», удлинительный кабель, сенсор ТКС-1, сетевой адаптер, инструкция по эксплуатации, чемодан укладочный (рисунок 3.10).
По требованию заказчика сигнализатор может комплектоваться удлинителем кабельным различной длины.
Рисунок 3.10 – Комплект поставки газоанализатора «Сигнал-02»
Принцип работы сигнализатора основан на регистрации изменения сопротивления газочувствительного сенсора при наличии в воздухе измеряемого компонента. Напряжение разбаланса встроенного в прибор измерительного моста, пропорционально концентрации исследуемого компонента (например, метана).
Отсчет результатов измерения производится по светодиодной линейке с дискретностью 5% НКПР.
4 Разработка методики и организация контроля
4.1 Формирование алгоритма контроля
Технический контроль проводится в соответствии с технической документации и организуется по правилам, установленным стандартом предприятия. Алгоритм выполнения операции контроля представлен на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Алгоритм контроля
Анализ приведенной схемы показывает, что сущность контроля определяется выполнением двух следующих функций:
– получение информации о фактическом состоянии объекта контроля, его контролируемых параметрах и показателях качества (эту информацию называют первичной);
– сопоставление первичной информации с установленными требованиями, критериями и нормами (информация об отклонениях фактических параметров и показателей качества от заданных называется вторичной).
Вторичная информация используется для выработки управляющего решения, направленного на объект контроля. При этом решается главная задача управления качеством – сведение к минимуму или полное устранение выявленных отклонений в ходе технологического процесса изготовления продукции.
4.2 Разработка методики контроля
Помещение устройства внутрь ОК может производиться через рабочие колодцы или же отводы (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2 – Помещение видеокроулера в трубопровод через рабочий колодец
В случае отсутствия прямого доступа к трубам относительно малых диаметров (порядка 100 мм), допускается вываривание специального технологического отверстия.
Устройство по своей конструкции не герметично, и поэтому не предназначено для контроля труб с сильным затоплением или же с повышенной влажностью воздуха (относительная влажность воздуха не более 80%). Перед началом работ, проверяется уровень заряда питающей батареи. Его должно хватать для запланированного времени контроля.
По мере продвижения устройства по ОК, оператор внимательно наблюдает за его внутренним состоянием. Возможные дефекты, которые могут встречаться на пути видеокроулера (рисунок 4.3):
а – коррозия и другие образования на внутренних стенках объекта контроля;
б – выступающие части; в – засоры; г – пробоины и вмятины;
Рисунок 4.3 – Возможные внутренние дефекты внутри ОК
По окончании работ, целесообразно отключить питание видеокроулера в целях экономии заряда батареи, а затем извлечь устройство с помощью кабеля. Расшифровка результатов контроля может проводиться непосредственно во время контроля объекта, или же, в случае записи видеосигнала в файл, после проведения работ.
Методика проведения измерений концентрации горючих газов с помощью прибора «Сигнал-02», приведена ниже.
4.2.1 Перед началом работы следует непосредственно подсоединить датчик к разъему, расположенному на лицевой панели сигнализатора, либо через удлинитель кабельный, входящий в комплект прибора. ВНИМАНИЕ: Не допускается включение прибора без присоединённого датчика во избежание выхода сигнализатора из строя.
4.2.2 Включить тумблер питания, расположенный на боковой накладке сигнализатора. После включения тумблера питания происходит прогрев датчика прибора в течении 60 с. Во время прогрева все светодиоды шкалы мигают с периодом 2 с. После завершения прогрева на светодиодной шкале зажигается крайний слева желтый светодиод (круглого сечения), индицирующий включение шкалы % НКПР.
4.2.3 По истечении этого времени прогрева на светодиодном индикаторе сигнализатора должен светиться светодиод шкалы, соответствующий «нулевому» показанию прибора.
4.2.4 Если в отсутствии горючих газов или паров в месте расположения датчика, показание шкалы отличается от нулевого, необходимо провести коррекцию «нуля» сигнализатора в соответствии с п. 4.2.9. Мигание светодиода, соответствующего «нулевому» показанию прибора, свидетельствует об уходе нуля прибора в область отрицательных сигналов, и требуется провести коррекцию нуля.
4.2.5 Коррекция «нуля» сигнализатора производится в отсутствии горючих газов или паров в месте расположения датчика.
4.2.6 Наличие в месте расположения датчика сигнализатора горючих газов и паров индицируется светодиодной шкалой прибора с дискретностью 5% НКПР.
4.2.7 При концентрации горючего газа и паров более 20% НКПР, сигнализатор подает прерывистый звуковой сигнал при этом зажигается красный светодиод с маркировкой «ПОРОГ».
4.2.8 При снижении напряжения аккумуляторных батарей сигнализатора ниже 4,2 - 4,4 В, раздается прерывистый звуковой сигнал и начинает мигать крайний слева желтый светодиод (круглого сечения), индицирующий включение шкалы % НКПР. ВНИМАНИЕ: Для предотвращения выхода аккумуляторов из строя необходимо выключить тумблер питания сигнализатора и осуществить их зарядку.
4.2.9 Если показания шкалы сигнализатора в чистом воздухе отличаются от «0», то коротким нажатием на кнопку, расположенную под сетевым тумблером, на время менее 0,5 с производится коррекция нуля прибора. Скорректированное нулевое показание светодиодной шкалы сигнализатора появляется через 0.5 с после нажатия на кнопку. При повторном нажатии на кнопку светодиодная шкала сигнализатора снова покажет некорректированное значение.
4.2.10 После выключения сигнализатора повторное включение допускается не менее, чем через 10 с.
4.3 Разработка метрологического обеспечения
К применению допускается контрольно-испытательное оборудование, прошедшее поверку или метрологическую аттестацию, имеющее свидетельства о поверке или аттестации и используются только в течение срока действия этих документов.
Поверка и метрологическая аттестация оборудования осуществляется сторонними организациями, имеющими лицензии на право проведения поверки или аттестации согласно периодичности этой работы, указанной в учётной карточке на оборудование.
Организует проведение поверки и аттестации (отбор, доставку, возврат, регистрацию результатов) начальник лаборатории. Изъятое из применения для поверки, аттестации или ремонта контрольно-испытательное оборудование до отправки на поверку или метрологическую аттестацию ставится в помещение для хранения приборов на отдельное место или обозначается соответствующими табличками для недопущения попадания в эксплуатацию.
Результаты поверки, метрологической аттестации или ремонта фиксируется начальником лаборатории в учётных карточках на оборудование. Поверка оборудования подтверждается свидетельством, выдаваемым на каждую единицу, аттестация – свидетельством или аттестатом, техническое освидетельствование – актом технического освидетельствования. Копии свидетельств, аттестатов, актов технических освидетельствований хранятся в специальной папке у начальника лаборатории.
К каждой применяемой единице оборудования в местах, доступных для осмотра, прикреплена бирка. Бирка даёт информацию о пригодности оборудования к применению. При направлении на ремонт, поверку, метрологическую аттестацию или же техническое освидетельствование бирка изымается, а после удостоверения пригодности оборудования к применению – возобновляется [16].
Основной поверяемый объект в рамках проектируемого комплекса – сигнализатор горючих газов «Сигнал-02». Ниже описана методика, а также средства поверки данного прибора.
4.3.1.1 Периодичность поверки устанавливается предприятием, эксплуатирующим сигнализатор, в зависимости от условий эксплуатации, но не реже одного раза в год.
4.3.1.2 Сигнализатор подлежит обязательной поверке при замене газочувствительного сенсора.
4.3.1.3 Диапазон измерений концентраций метана, пропана, бутана, а также иных взрывоопасных газов и паров: (0…50)% НКПР.
4.3.1.4 Основная абсолютная погрешность должна быть не более ±5% НКПР (СН4).
4.3.1.5 При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:
4.3.1.5 Баллон с ПГС должен эксплуатироваться при соблюдении следующих условий:
4.3.1.6 Баллоны, предназначенные для поверочных газовых смесей данного состава, запрещается заполнять другими газами и газовыми смесями, производить любые операции, которые могут увлажнить или замаслить их внутренние поверхности, запрещается также перекрашивать баллоны или изменять их маркировку.
4.3.1.7 Определение основной абсолютной погрешности измерения производится с применением поверочных газовых смесей из баллонов под давлением.
4.3.1.8 При проведении поверки должны применяться средства поверки, указанные в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Средства поверки сигнализатора «Сигнал-02»
|
Наименование |
Тип |
ГОСТ (ТУ) |
Примечание |
|
Прибор комбинированный |
Ц4317 |
ГОСТ 10373-82 |
|
|
Термометр лабораторный |
ГОСТ 215-73 |
(0…50)С |
|
|
Ротаметр |
РКС-1-0.25 |
ГОСТ 9932-75 |
|
|
ПГС №1 |
Атмосферный воздух |
||
|
ПГС №2 в баллонах |
ТУ6-16-3907-87 |
(1…1,5)% СН4 с воздухом |
|
|
ПГС №3 в баллонах |
ТУ6-16-3907-87 |
(2,2-2,5)% СН4 с воздухом |
|
|
Психрометр |
ПВ-1Б |
ГОСТ 27544-87 |
|
|
Секундомер |
СМ-60 |
ГОСТ 5072-79 |
Примечание: при проведении поверки допускается замена средств измерений, приведенных в таблице 4.1, любыми другими, имеющими метрологические характеристики не хуже указанных средств измерений.
4.3.1.9 Поверяющие приборы должны быть надежно заземлены.
4.3.1.10 Перед проведением поверки сигнализатора "Сигнал-02" необходимо:
4.3.2.Проведение поверки
4.3.2.1 Провести проверку комплектности сигнализатора в соответствии с паспортом на устройство.
4.3.2.2 Проверить соответствие серийного номера на корпусе прибора приведенному в паспорте.
4.3.2.3 Убедиться в сохранности пломбы завода-изготовителя или ремонтной организации. Приборы, не удовлетворяющие требованиям пп.4.3.2.1 – 4.3.2.3, к дальнейшим операциям по поверке не допускаются.
4.3.2.4 Методика определения погрешности измерения:
4.3.2.5 Методика проверки времени срабатывания аварийной сигнализации:
4.3.2.6 В обратной последовательности смонтировать корпус сигнализатора и произвести опломбирование.
4.3.3 Обработка результатов измерения.
4.3.3.1 Погрешность измерения сигнализатора определяется как:
С = |Сi - Cп|, (4.1)
где Сп – паспортное значение концентрации ПГС;
Сi – измеренное значение.
4.3.3.2 Сигнализатор «Сигнал-02» считается годным, если С 5% НКПР.
4.3.4 Оформление результатов поверки
4.3.4.1 На сигнализатор, прошедшей испытания с положительным результатом, выдается свидетельство о поверке по установленной форме.
4.3.4.2 На сигнализатор, не прошедший испытаний, выдается справка о непригодности.
Оформление протокола поверки приведено в приложении А.
4.4 Организация контроля
4.4.1 Организация рабочих мест. Аккредитация лаборатории. Оценку технической компетентности лабораторий неразрушающего контроля осуществляет Орган по аккредитации лабораторий неразрушающего контроля (НК) и технической документации (ТД) Госпромнадзора.
Процедура аккредитации предусматривает также периодический инспекционный надзор за деятельностью аккредитованных лабораторий и соблюдение условий и требований аккредитации.
Аккредитация лаборатории НК и ТД является официальным признанием технической компетентности лаборатории в проведении неразрушающего контроля определенных объектов, в полном соответствии с требованиями нормативной документации при их изготовлении, монтаже, ремонте и техническом диагностировании в эксплуатации.
Лаборатория НК и ТД может быть аккредитована на 3 года. В исключительных случаях срок действия аккредитации может быть уменьшен Органом по аккредитации [17].
Аттестат аккредитации может быть выдан лаборатории НК и ТД в том случае, если она:
Аккредитация является основанием для получения лабораторией или организацией, в состав которой входит лаборатория, лицензии на право проведения определенного вида работ, соответствующих области аккредитации. Кроме этого, аккредитация лаборатории позволяет другим организациям принять решение о правомерности использования результатов контроля, полученных данной лабораторией.
Область деятельности. Область деятельности, на которую предоставляется аккредитация, определяется конкретным видом контролируемого объекта и методами неразрушающего и разрушающего контроля при полном соответствии с нормативной документацией, регламентирующей требования по контролю данного объекта при изготовлении, монтаже, ремонте и техническом диагностировании в эксплуатации. Область деятельности должна быть взаимоувязана с нормативной документацией, устанавливающей требования к объекту и на методы НК.
Порядок проведения аккредитации. Лаборатория, претендующая на аккредитацию, направляет официальную заявку установленной формы в Орган по аккредитации. К заявке прилагаются: положение о лаборатории, паспорт лаборатории, руководство по качеству, область деятельности лаборатории.
Положение о лаборатории. Положение о лаборатории должно определять цели и задачи, функции, права, обязанности, ответственность лаборатории, ее взаимодействие с другими организациями и предприятиями при проведении работ по неразрушающему и другим видам испытаний с целью полного обеспечения требований нормативной документации по контролю конкретных объектов, а также другие аспекты деятельности аккредитуемой лаборатории.
Паспорт лаборатории. В паспорте лаборатории приводится конкретная информация о составе специалистов, их образовании и профессиональной квалификации, о контролируемых объектах, об используемых видах и методах контроля, об используемых приборах и оборудования.
Руководство по качеству. В лаборатории должна действовать разработанная и документированная система качества, соответствующая области деятельности, характеру и объему выполняемых работ. Документация системы качества оформляется в виде «Руководства по качеству».
Руководство по качеству определяет политику в области качества и описывает систему качества организации. В нем излагаются конкретные методы и процедуры, позволяющие лаборатории выполнить задачи в области качества и обеспечить доверие к своей работе. Главное назначение Руководства по качеству состоит в том, чтобы определить и документально описать структуру системы качества, одновременно выполняя роль постоянного справочного пособия по внедрению и поддержанию данной системы в рабочем состоянии.
Руководство по качеству должно включать:
Руководство по качеству и связанные с ним другие документы должны устанавливать:
Оборудование лаборатории. Лаборатория должна быть оснащена оборудованием, необходимым для проведения всех видов работ по неразрушающему контролю в соответствии с ее областью деятельности. Все используемое оборудование должно подвергаться периодическому техническому обслуживанию. Лаборатория должна иметь программу технического обслуживания и проверки технического состояния используемого оборудования, а также график поверки.
Надзор за аккредитованными лабораториями. Орган по аккредитации в соответствии с договором осуществляет постоянный надзор за правильностью использования аттестата аккредитации в процессе деятельности аккредитованной лаборатории. Положительные результаты надзора за деятельностью аккредитованных лабораторий служат основанием для подтверждения статуса аккредитации.
Отказ аккредитованной лаборатории Органу по аккредитации в проведении надзора является основанием для приостановления действия аттестата аккредитации.
Неудовлетворительные результаты надзора являются основанием для приостановления аккредитации, ее отмены или ограничения области деятельности.
Дополнительная аккредитация. Для расширения области аккредитации, закрепленной аттестатом, лаборатория направляет в Орган по аккредитации заявку, на основании которой проводится дополнительная аккредитация в установленном порядке. При положительных результатах аккредитации оформляется дополнение к области аккредитации или измененная область аккредитации [17].
Аннулирование аттестата аккредитации. Аттестат аккредитации может быть аннулирован в следующих случаях:
- несоответствие лаборатории предъявляемым требованиям по результатам инспекционного контроля;
- авария на объекте, причинами которой явились недостоверные результаты контроля, представленные лабораторией;
- непредоставление возможности проведения надзора;
- нарушение договора;
- обоснованная жалоба на деятельность аккредитованной лаборатории.
4.4.2 Оборудование и документация. Средства измерений. Все технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики, называют средствами измерений.
В НК к средствам измерения относятся: стандартные образцы, преобразователи, измерительные приборы (дефектоскопы), установки НК.
Стандартные образцы. Стандартные образцы предназначены для воспроизведения физической величины заданного размера, который характеризуется так называемым номинальным значением.
Преобразователи (детекторы) – это средства измерений, вырабатывающие информацию, удобную для дальнейшей обработки, но, как правило, недоступную для непосредственного восприятия оператором.
Дефектоскопы (или измерительные приборы НК) представляют собой совокупность элементов, создающих проникающие поля (вещества) и обрабатывающих информацию с выхода преобразователя, и отсчетное устройство, часто называемое индикатором дефектоскопа.
Метрологические характеристики. Каждому средству измерений присущи определенные технические характеристики, обусловливающие результат и точность измерений – метрологические характеристики.
Номенклатура и номинальные значения метрологических характеристик и пределы допустимых отклонений от номинальных значений приводятся в разрабатываемой технологической и эксплуатационной документации на средства измерения. Соответствие метрологических характеристик установленным должно систематически проверяться метрологическими органами.
Проверка с целью установления пригодности средств измерений к использованию называется поверкой.
Поверка. Большинство средств НК относится к классу средств измерения и поэтому подлежит поверке. Для поверки средств НК должны быть предусмотрены соответствующие средства и методики поверки, т.е. стандартные образцы, преобразователи, дефектоскопы и установки (исключая индикаторы дефектов) должны быть метрологически обеспечены. Методики поверки регламентируются соответствующими документами, основополагающими из которых являются стандарты [18].
Нормативно-техническая документация на НК. Нормативно-технический документ (НТД) — документ, устанавливающий требования к объектам стандартизации, обязательный для исполнения в определенных областях деятельности, разработанный в установленном порядке и утвержденный компетентным органом.
НТД:
- правила контроля (ПК), в которых оговаривают требования к показателям качества, допуски на их отклонения от номинальных и характер (сплошной, выборочный) контроля;
- технические условия (ТУ) на продукцию, в которых, как и в ПК, определены требования к показателям качества продукции, а также конкретные методы контроля (поверки) этих параметров; к этому виду НТД относятся и ТУ на средства НК (стандартные образцы, преобразователи, дефектоскопы). Технические условия разрабатывают в соответствии с ГОСТ;
- инструкции на методы НК. Как правило, такие инструкции охватывают контроль и оценку качества конкретных объектов конкретными методами или одним методом на предприятии или в ведомстве; например, «Инструкция по ультразвуковому контролю рельсов в пути дефектоскопом типа «Рельс-5»;
- методики (рекомендации) на НК, в отличие от инструкций, охватывают, как правило, основные положения НК объектов определенного вида, не оговаривая правила оценки их качества по результатам НК;
- руководящие технические материалы (РТМ) на НК, в отличие от инструкций и методик, содержат не только указания по контролю и оценке качества продукции, но и оговаривают порядок организации службы НК в ведомстве или в отрасли.
Основополагающими из нормативно-технических документов являются стандарты, устанавливающие требования к группам однородной продукции (технологическим процессам), и правила, обеспечивающие ее разработку, производство и применение.
Метрологическое обеспечение средств НК. Метрологическое обеспечение средств НК, т. е. установление и применение научных и организационных основ, приборов и устройств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений, — обязательная составная часть неразрушающего контроля.
Нормативной базой метрологического обеспечения являются стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).
В состав ГСИ наряду с государственными входят отраслевые стандарты, технические условия и другие нормативно-технические документы.
Метрологическое обеспечение средств НК охватывает стадии: обоснования предложений на разработку новых средств; опытно-конструкторской разработки (ОКР) средств; постановки на производство; производства средств; эксплуатации и ремонта.
При постановке средств НК на производство работы по метрологическому обеспечению сводятся к обеспечению технологических процессов наиболее совершенными методиками выполнения измерений и средствами измерений, гарантирующими необходимую точность аттестации и стандартизации этих методик, а также к подготовке производственного персонала и рабочих мест к выполнению контрольно-измерительных операций.
В процессе производства средств НК каждое средство подлежит поверке (первичной) работниками ОТК, а также работниками приемки, если таковая введена на предприятии. Методика первичной поверки изложена в ТУ на средства НК.
Первичная поверка сводится к проверке (измерению, контролю) соответствия параметров выпускаемого средства НК параметрам, заданным в ТУ.
В процессе эксплуатации средств НК достаточно их поверять (периодическая поверка) на соответствие значений основных параметров аппаратуры или метода значениям, предусмотренным в НТД.
При этом средство НК, не соответствующее ТУ по каким-то характеристикам, может оказаться удовлетворяющим по основным параметрам требованиям НТД на контроль и поэтому эффективным средством контроля конкретных объектов.
При поверке, а также при настройке средств НК широко применяют стандартные образцы (СО). Различают государственные (ГСО), отраслевые (ОСО) стандартные образцы и стандартные образцы предприятий (СОП).
Основное назначение любых стандартных образцов – обеспечение единства и воспроизводимости с заданной точностью основных параметров средств НК, обусловливающих достоверность результатов контроля.
Применение неповеренных средств НК запрещено.
Испытания средств неразрушающего контроля. С целью обеспечения единства результатов НК, постановки на производство и выпуска средств, по своему техническому уровню соответствующих лучшим отечественным и зарубежным образцам или превышающих их, ГСИ предусмотрено проведение государственных испытаний средств НК, как средств измерений.
Установлено два вида государственных испытаний: приемочные и контрольные (ГОСТ 8.383-80).
Государственным приемочным испытаниям подлежат опытные образцы средств НК, предназначенные для серийного производства, а также образцы средств НК, подлежащие ввозу из-за границы партиями.
Положительные результаты государственных приемочных испытаний являются основанием для утверждения типа средств НК и выдачи разрешения на производство установочной партии.
Типы средств НК, прошедших государственные испытания, заносятся в Государственный реестр средств измерений.
Серийно изготавливаемые средства НК подвергают предъявительским, приемосдаточным и периодическим испытаниям.
Цель этих испытаний – установить пригодность средств к применению.
Предъявительские испытания каждого средства НК проводятся отделом технического контроля предприятия-изготовителя, а приемосдаточные – органами приемки. Периодические испытания проводят в соответствии с ГОСТ 26964-86 на нескольких образцах изделия, выдержавших приемосдаточные испытания.
Высокое качество средств НК при их производстве может быть обеспечено при условии введения сертификации средств НК [18].
4.4.3 Требуемый персонал. Сертификация персонала. Сертификация персонала в области неразрушающего контроля проводится в Республике Беларусь в соответствии с СТБ EN 473 -2005 “Определение уровня квалификации и сертификации персонала в области неразрушающего контроля".
Сертификация персонала HK является обязательной для специалистов, обеспечивающих контроль и техническую диагностику продукции, оборудования и промышленных объектов, подконтрольных Госпромнадзору РБ.
Сертификацию персонала НК осуществляет орган по сертификации персонала «Профсертико», отвечающий требованиям стандарта EN 45013 “Общие требования к органам по сертификации персонала”.
Орган по сертификации «Профсертико» входит в состав учреждения образования «Белорусский государственный институт повышения квалификации и переподготовки кадров по стандартизации, метрологии и управлению качеством», которое аккредитовано в качестве органа по сертификации персонала Национальным органом по аккредитации Республики Беларусь (аттестат аккредитации BY/112.01.6.0.0004).
ОСП «Профсертико» осуществляет сертификацию персонала по: вихретоковому (ЕТ), магнитному (МТ), капиллярному (РТ), радиографическому (RT), ультразвуковому (UT), визуальному (VT), контроль герметичности (LT), видам (методам) контроля на I, II, и III уровни профессиональной компетентности персонала.
Программы подготовки по видам и методам НК разработаны с учетом «Рекомендаций Международного комитета неразрушающего контроля ICNDT WN 22-85 по минимальным требованиям к техническим знаниям при обучении персонала НК» и требований Европейских Директив 97/23/ЕС и 87/404/ЕС.
Процедура сертификации. Кандидат, желающий пройти сертификацию, подает заявку в орган по сертификации персонала с указанием метода(ов) контроля, уровень квалификации, которые он хочет подтвердить и производственного сектора.
Заявка должна быть подписана работодателем и иметь все необходимые приложения: справку о состоянии зрения; справку о стаже работы; справку о прохождении обучения.
После успешной сдачи квалификационных экзаменов (общий, специальный и практический) и при наличии необходимых документов, подтверждающих соблюдение установленных критериев, кандидат получает сертификат с указанием метода НК, промышленного сектора и срока действия сертификата. Сертификат выдается на срок не более трех лет.
Сертификат выдается только после полной оплаты оказанных кандидату услуг.
Основанием для отклонения заявки на сертификацию может быть: неудовлетворительное состояние здоровья; недостаточный стаж производственной деятельности; недостаточный объем обучения по заявленному методу; отсутствие оплаты за услуги по сертификации конкретного специалиста; нарушение правил профессиональной этики.
По результатам сертификации специалисту НК присваивается 1, 2 или 3-й уровень квалификации по конкретному методу контроля в определенном производственном секторе [19].
1-й уровень. Специалист, аттестованный на 1-й уровень, получает квалификацию для проведения работ по неразрушающему контролю в соответствии с письменными инструкциями и под наблюдением персонала 2-го или 3-го уровня.
При этом он должен уметь: настраивать оборудование; осуществлять контроль; регистрировать и классифицировать результаты в соответствии с критериями, установленными в документах; представлять отчет по результатам. Однако он не несет ответственность за выбор метода и технического оборудования для контроля, а также за оценку или описание характера результатов контроля.
2-й уровень. Специалист, аттестованный на 2-й уровень, получает квалификацию для осуществления и руководства НК в соответствии с установленными или утвержденными методиками.
Он должен быть компетентным в: выборе технического оборудования для контроля; определении ограничений в применении метода контроля; понимании стандартов и технических условий по НК, их переработке в инструкции по практическому контролю; настройке и калибровке оборудования; осуществлении контроля и наблюдении за ним; толковании и оценке результатов в соответствии с применяемыми стандартами, нормами или условиями; подготовке письменных инструкций по контролю; подготовке или руководстве персоналом ниже 2-го уровня; организации и составлении отчета по результатам НК.
3-й уровень. Специалист, аттестованный на 3-й уровень, получает квалификацию для проведения любых операций по НК.
Он должен быть компетентным в выполнении следующих задач: брать на себя ответственность за контрольную аппаратуру и персонал; определять и утверждать применение технического оборудования и методик; толковать стандарты, нормы, технические условия и методики; определять конкретные методы контроля, оборудование и методики, подлежащие использованию; оценивать результаты в соответствии с действующими стандартами, нормами и условиями; быть способным руководить персоналом ниже 3-го уровня.
Срок действия сертификата. Срок действия аттестата составляет 5 лет с даты аттестации. После окончания первого срока действия и каждые последующие периоды аттестат может быть продлен аттестационным органом на новый срок [19].
Аннулирование сертификата. Сертификат может быть аннулирован по решению органа по сертификации, если:
5 Безопасность и экологичность проекта
5.1 Идентификация и анализ вредных и опасных факторов в проектируемом устройстве
Превращение всех производств – в безопасные, с переходом от техники безопасности к безопасной технике, является долговременной и глобальной задачей в области БЖД и экологичности. В настоящее время актуальной стала необходимость изучать вредные и опасные производственные факторы, прогнозировать инженерные решения безопасности и экологичности на основе открытий законов физических явлении и технических наук, с тем, чтобы предусматривать, их внедрение в проектно-конструкторских разработках и условиях производства.
На современном этане развития любое техническое решение должно приниматься не только с учетом технологических и экономических требований, но и в обязательном порядке должно учитывать экологические аспекты.
Соблюдение стандартов по безопасности труда, правил, инструкций по безопасности и экологичности обеспечивает безопасность труда.
В эпоху научно-технического прогресса (НТП) в трудовой деятельности все большее значение приобретают психологические характеристики человека, а сам труд все чаще превращается в преимущественно умственный труд. Главной задачей безопасности и экологичности является вывод человека из опасных зон на предприятии. Среди различных видов профессиональной деятельности растет значение операторских специальностей. Эффективность труда, прежде всего, определяется точностью восприятия информации, скоростью ее переработки и правильностью принимаемых решений, а не физическими возможностями работника. Повышение требований к психологическим качествам специалиста, высокая ответственность за принимаемые решения, особенно в условиях дефицита времени или недостатка информации является причиной профессионального стресса, при котором нарушается адекватность реакции человека, ухудшается качество его деятельности, снижается уровень здоровья и растет производственный травматизм.
Обеспечение безопасной жизнедеятельности человека в значительной степени зависит от правильной оценки опасных, вредных производственных факторов. Одинаковые по тяжести изменения в организме человека могут быть вызваны различными причинами. Это могут быть какие-либо факторы производственной среды, чрезмерная физическая и умственная нагрузка, нервно-эмоциональное напряжение, а также разное сочетание этих причин.
Проектирование устройства должно вестись в соответствии с утверждёнными правилами, нормами и ГОСТами.
Вопросы безопасности и экологичности рассматриваются в тесной связи с улучшением условий труда, снижением нервно-психологических нагрузок и рядом других факторов. Поэтому задача безопасности и экологичности состоит в том, чтобы свести к минимуму вероятность поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.
Идентификация опасных и вредных производственных факторов произведена в соответствии с [20]. Выделяют следующие факторы:
- физические;
- химические;
- биологические;
- психофизиологические.
Физические факторы. Разработанное в дипломном проекте устройство для визуально-оптического контроля внутреннего состояния труб и блок управления являются потенциально опасными.
Вследствие неисправности электроустановки и повреждений изоляции токоведущих частей может возникнуть перегрев проводников и искрение, что может послужить причиной возгорания находящихся внутри ОК горючих газов.
Тепловые потоки от вычислительного устройства, действующие на лицо и другие участки тела, вызывают сонливость, ведут к утомлению. Для обеспечения комфортных условий труда в зоне должен поддерживаться определённый температурный режим. Нарушение температурного режима в рабочей зоне может привести не только к физическому дискомфорту работника, но и к нарушению функционирования устройства. Излишнее отклонение температуры от нормы в сторону увеличения, может привести к перегреву прибора. Не следует забывать, что при проведении работ на открытом воздухе в жаркое летнее время есть риск возникновения теплового удара.
При проведении контроля вблизи работающих технических установок, на оператора возможно воздействие акустического шума. Неправильный шумовой и вибрационный режимы в рабочей зоне, а также влияние внешней обстановки, приводят к утомлению слухового аппарата работника, что при длительном воздействии может сказаться на профессиональных качествах специалиста. Допустимый уровень шума в рабочей зоне, не должен превышать 50 дБ, в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [21].
Химические факторы. При проведении контроля объектов нефтегазового комплекса (газопроводы, бензопроводы, резервуары для ГСМ) возможно отравление продуктами, которые могли остаться после временного выведения ОК из эксплуатации.
Наиболее вероятным видом отравления при проведении контроля проектируемым устройством, возможно отравление бензином. Бензин оказывает общетоксическое действие на организм человека при вдыхании паров, попадании в желудок или через кожные покровы. Отравление бензином может быть острое или хроническое. Острое отравление возникает при вдыхании воздуха, содержащего пары бензина в высокой концентрации.
Признаки отравления парами бензина:
Хроническое отравление парами бензина возникает при длительном вдыхании воздуха с небольшим содержанием паров бензина. Проявляется оно быстрой утомляемостью, неустойчивостью настроения, головной болью.
Самое главное мероприятие при отравлении парами бензина – вывести пострадавшего на свежий воздух. Как правило, для полного выздоровления необходимо от 2 до 5 дней [22].
Психофизиологические факторы. При длительной работе с устройством может проявиться вредное раздражающее воздействие на работника. Также, при нарушении графика работ и нерациональном использовании времени возможно возникновение физических и нервно-психических перегрузок. Последние могут стать причиной нервных заболеваний.
При работе с видеокроулером в положении стоя и на корточках, ноги оператора будут быстро уставать. Поэтому наиболее удобным положением для дефектоскописта будет являться сидячее положение. На рабочем месте следует предусмотреть установку стола и стула для расположения на них оборудования и дефектоскописта.
5.2 Разработка технических, технологических решений и защитных средств по устранению опасных и вредных факторов
При проведении дефектоскопических работ с использованием проектируемого устройства, наиболее опасной по своему воздействию и последствиям ситуацией является возникновение пожара.
Неизолированные питающие кабели прибора при любом напряжении должны быть ограждены от случайного прикосновения.
В проектируемом устройстве следует устанавливать только бесколлекторные двигатели постоянного тока, т.к. коллекторные двигатели содержат щётку и коллектор, при трении которых возникают искры.
Пожарная безопасность устройства должна обеспечиваться системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, в том числе организационно-техническими мероприятиями.
Горение – это химическая реакция соединения кислорода воздуха с горючим веществом, сопровождающаяся выделением теплоты и света.
Взрыв химически не отличается от горения, но протекает в очень короткие промежутки времени и сопровождается звуковым эффектом.
На некоторых из объектов контроля, относящихся к нефтегазовому и топлевно-энергетическому комплексу, возможно наличие остатков горючих углеводородов (метан, пропан, бензин и т.п.). Поэтому при проведении дефектоскопических работ, источниками горения и взрыва могут стать: открытое пламя, кратковременное искрение электропроводных элементов, механическое воздействие и др.
Основные причины возникновения пожаров на производстве:
- неисправность отопительных систем и нарушение режимов их работы;
- неисправность или перегрузка электрических установок и сетей, а также производственного оборудования;
- неисправность вентиляционных систем; неправильное хранение горючих и легковоспламеняющихся материалов и жидкостей;
- возникновение статического электричества; небрежное обращение с открытым огнем, нарушение правил внутреннего распорядка предприятия (например, курение и хранение спецодежды в неположенных местах и т. д.).
Системы пожарной безопасности выполняют одну из следующих задач:
Перед тушением установки её необходимо предварительно обесточить. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью углекислотных огнетушителей. Такими огнетушителями также можно тушить загорания электроустановок, находящихся под напряжением.
Предельно допустимый уровень напряжённости воздействующего электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м по [23]. Пребывание в электрическом поле напряжённостью до 5 кВ/м включительно допускается в течение рабочего дня. Разрабатываемое устройство запитывается от источника постоянного тока и потребляет незначительную мощность, поэтому она способна создать уровень напряжённости электрического поля на несколько порядков ниже, чем предельно допустимый.
Требуемая освещённость для работы с установкой находится в диапазоне от 300 до 400 лк в соответствии со [24], в зависимости от яркости экрана, его цвета и соотношения времени работы с дисплеем и с документацией.
Если ноутбук будет использоваться в яркую солнечную погоду, то удобно использовать противобликовые экранные фильтры.
5.3 Разработка мер безопасности при эксплуатации устройства
Разработаем инструкцию по охране труда при работе с проектируемым устройством. Она включает следующие разделы:
Общие требования безопасности. К проведению работ допускаются специально подготовленные дефектоскописты, сдавшие соответствующие испытания, прошедшие производственную стажировку с опытным дефектоскопистом в течении двух месяцев и имеющих удостоверение установленной формы.
К работе с устройством дефектоскопист может приступить после прохождения вводного инструктажа и первичного инструктажа на рабочем месте.
Дефектоскопист один раз в шесть месяцев должен получить повторный инструктаж.
Дефектоскопист должен каждый день осуществлять проверку оборудования и в случае его неисправности не приступать к самостоятельной работе до устранения неисправности.
Дефектоскопист должен уметь оказать первую доврачебную помощь пострадавшим при несчастном случае и поставить в известность о происшедшем начальника цеха.
Дефектоскопист обязан соблюдать правила внутреннего распорядка, не допускать:
- употребление алкогольных, наркотических и токсических средств;
- курение в неустановленном месте.
Требования безопасности перед началом работы. Дефектоскопист перед началом работы должен подготовить свое рабочее место.
Перед включением приборов, дефектоскопист проводит визуальный осмотр на предмет поломки, и только после производит включение установки. Если при работе прибора наблюдаются отклонения в виде запаха гари, действие тока на стенках прибора при прикосновении, дефектоскопист обязан выключить прибор, дабы предотвратить негативные последствия.
Требования безопасности при выполнении работ. Большинство средств неразрушающего контроля в процессе работы полностью или частично находятся под напряжением. При их эксплуатации необходимо придерживаться «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей».
При работе необходимо следить, чтобы питающий провод не касался металлических и влажных поверхностей, не допускать перекручивания или образования петель на проводе.
Обязанностью дефектоскописта является содержание своего рабочего места в порядке.
В процессе работы не разрешается:
- вскрывать корпус устройства, производить его ремонт во время контроля;
- класть на корпус устройства какие-либо посторонние предметы;
- допускать к работе посторонних лиц.
Требования безопасности по окончании работы. После окончания работы дефектоскопист отключает прибор от источника тока. При отключении прибора, нельзя держаться за питающий провод.
Рабочее место по окончании смены дефектоскопист обязан убрать и привести в порядок.
Производственная санитария. Для соблюдения благоприятных санитарно-гигиенических условий на производстве необходимо соблюдать правила производственной санитарии и гигиены труда.
На каждом рабочем участке необходимо иметь аптечку, укомплектованную медикаментами и перевязочными средствами.
Работающим необходимо соблюдать правила гигиены труда и личной гигиены: проветривать помещение, производить влажную уборку полов, мыть руки горячей водой с мылом перед принятием пищи, следить за исправностью спецодежды и т.д.
Требования безопасности в аварийных ситуациях [22]. При поражении электрическим током, до прибытия врача пострадавшему оказывают первую помощь. Не потерявшему сознание человеку необходимо обеспечить покой в течении 2-3 часов, а затем доставить его в медицинское учреждение.
Если пострадавший находится в тяжелом состоянии, то искусственное дыхание необходимо делать без промедления до тех пор, пока дыхание не станет нормальным.
Одновременно с оказанием первой помощи необходимо вызвать медицинскую помощь, доложив о случившемся санитарному посту, цеховому или заводскому медпункту и администрации.
Небольшие порезы смазывают йодом и перевязывают чистым бинтом. На место легкого ушиба необходимо приложить холодный компресс. При тяжелых ушибах пострадавшего отправляют к врачу.
В случае отравления парами бензина, следует:
Действия при пожаре. При тушении очагов загорания легко воспламеняющихся жидкостей применять только углекислотные пенные огнетушители. В помещении с электрическим оборудованием должно быть не менее двух огнетушителей типа ОУ-5 или ОУ-8.
Меры предосторожности применяемые для сокращения вероятности возникновения пожароопасной ситуации:
- все рабочие и ИТР, связанные с работами на пожароопасных производствах, должны уметь пользоваться огнетушителями;
- температура рабочей жидкости не должна превышать 50 °С при работе с керосином и 60 – 70 °С при работе с маслом;
- категорически запрещается хранение на рабочих участках промасленной спецодежды, запасов ЛВЖ и протирочных материалов, превышающих сменную потребность;
- запрещается присутствие в помещении посторонних лиц, не занятых непосредственной эксплуатацией и ремонтом дефектоскопического оборудования, а также другими производственными заданиями;
- запрещается применение электропредохранителей, не соответствующих установленному номиналу;
- при уходе на обед и после окончания смены обязательно закрывать все форточки, фрамуги и окна, а также выключать силовую и световую электроэнергию.
Обязательное выполнение всех правил внутреннего распорядка, установленных для предприятия, является главным условием обеспечения противопожарных требований.
В случае возникновения пожара, следует немедленно вызвать службу МЧС по телефону 101, а затем предпринимать меры по самостоятельному тушению.
5.4 Выводы по разделу
В разделе “Безопасность и экологичность проекта” были выведены основные вредные и опасные факторы при работе с проектируемым устройством. Даны некоторые рекомендации по устранению этих факторов.
Разработаны рекомендации по безопасной эксплуатации данного устройства, что уменьшает потенциальную опасность при обращении с ним.
Также даны рекомендации по противопожарным мероприятиям, производственной санитарии, оказанию первой медицинской помощи.
6 Энерго- и ресурсосбережение
6.1 Влияние ТЭЦ на окружающую среду
Электрическая энергия – важнейший, универсальный, самый эффективный технически и экономически вид энергии. Другое его преимущество – экологическая безопасность использования и передачи электроэнергии по линиям электропередач по сравнению с перевозкой топлив, перекачкой их по системам трубопроводов. Электричество способствует развитию природосберегающих технологий во всех отраслях производства. Однако выработка электроэнергии на многочисленных ТЭС, ГЭС, АЭС сопряжена со значительными отрицательными воздействиями на окружающую среду. Энергетические объекты по степени влияния принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу промышленных объектов.
Наибольшая доля электроэнергии (63,2%) в мире вырабатывается на ТЭС. Поэтому вредные выбросы этого типа электростанций в атмосферу обеспечивают наибольшее количество антропогенных загрязнений в ней. Так, на их долю приходится примерно 25% всех вредных выбросов, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий [25].
Газообразные выбросы главным образом включают соединения углерода, серы, азота, а также аэрозоли и канцерогенные вещества.
Окислы углерода (CO и CO2) практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования практически не ограничено.
Свойства CO и CO2, как и других газов, по отношению к солнечному излучению характеризуются избирательностью в небольших участках спектра. Так, для CO2 при нормальных условиях характерны три полосы селективного поглощения излучения в диапазонах длин волн: 2,4 – 3,0; 4,0 – 4,8; 12,5 – 16,5 мкм. С ростом температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, т.к. уменьшается плотность газа.
Одним из факторов взаимодействия ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в т.ч. безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах идёт на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 7% общего расхода воды. В тоже время именно они являются основными источниками примесного загрязнения. Например, при промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 10000 м3 разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония [26].
Кроме того, сточные воды ТЭС содержат ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты. На крупных электростанциях расход воды, загрязнённой нефтепродуктами (масла и мазут), доходит до 10-15 м3/ч при среднем содержании нефтепродуктов 1-30 мг/кг (после очистки). При сбросе их в водоёмы они оказывают пагубное влияние на качество воды, водные организмы.
Представляет опасность и так называемое тепловое загрязнение водоёмов, вызывающее многообразные нарушения их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-12 оC превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 м3/с нагретой воды.
Нужно сказать, что воздействия ТЭС на окружающую среду значительно отличаются по видам топлива. Одним из факторов воздействия ТЭС на угле являются выбросы систем складирования, транспортировки, пылеприготовления и золоудаления. При транспортировке и складировании возможно не только пылевое загрязнение воздуха и почвы, но и выделение продуктов окисления топлива.
Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций – газ, как природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо – горючие сланцы, торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и оксидов серы.
6.2 Устранение отрицательного влияния ТЭЦ на окружающую среду
Для соединений серы существуют два подхода к решению проблемы минимизации выбросов в атмосферу при сжигании органических топлив:
а) очистка от соединений серы продуктов сгорания топлива (сероочистка дымовых газов);
б) удаление серы из топлива до его сжигания.
К настоящему времени по обоим направлениям достигнуты определённые результаты. В числе достоинств первого подхода следует назвать его безусловную эффективность – удаляется до 90 - 95% серы, а также возможность применения практически вне зависимости от вида топлива. К недостаткам следует отнести большие капиталовложения. Энергетические потери для ТЭС, связанные с сероочисткой, ориентировочно составляют 3-7%. Основным преимуществом второго пути является то, что очистка осуществляется независимо от режимов работы ТЭС, в то время как установки по сероочистке дымовых газов резко ухудшают экономические показатели электростанций за счёт того, что большую часть времени вынуждены работать в нерасчётном режиме. Установки же по сероочистке топлив можно всегда использовать в номинальном режиме, складируя очищенное топливо.
Проблема снижения выбросов окислов азота ТЭС серьёзно рассматривается с конца 60-х годов. В настоящее время по этому вопросу уже накоплен определённый опыт. Можно назвать следующие методы:
а) уменьшение коэффициента избытка воздуха (так можно добиться снижения содержания окислов азота на 25-30%, уменьшив коэффициент избытка воздуха с 1,15 - 1,20 до 1,03);
б) улавливание окислов с последующей переработкой в товарные продукты;
в) разрушение окислов до нетоксичных составляющих.
Для уменьшения концентрации вредных соединений в приземном слое воздуха котельные ТЭС оборудуют высокими, до 100-200 и более метров, дымовыми трубами. Но это приводит также к увеличению площади их рассеивания. В результате крупными промышленными центрами образуются загрязнённые области протяженностью в десятки, а при устойчивом ветре – в сотни километров [26].
6.3 Выводы по разделу
Развитие энергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу, на гидросферу, на литосферу. В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты. Выходом для общества из этой ситуации должны стать: внедрение новых технологий, а также распространение альтернативной энергетики и использование возобновляемых источников энергии.
В целом, предпринятый анализ проблемы влияния электростанций на окружающую среду, позволил выявить основные воздействия, проанализировать их и наметить направления их минимизации и устранения.
7 Экономическое обоснование проекта
7.1 Общая постановка задачи экономического обоснования
На всех стадиях создания и внедрения средств неразрушающего контроля необходимо проводить технико-экономический анализ и определять технико-экономическую эффективность их применения.
Технико-экономическое обоснование и расчет содержат краткое описание поставленной задачи и варианты возможных решений, оценку технической эффективности применения неразрушающего контроля и возможность повышения надежности проконтролированных изделий, а также экономическую оценку каждого варианта и их сравнение [27].
Технико-экономический анализ и определение технико-экономической эффективности позволяют:
- обосновать рациональное направление и очередность внедрения тех или иных средств неразрушающего контроля;
- выбрать наиболее экономичные варианты создания новых изделий, оборудования и т.д.;
В процессе разработки диплома необходимо произвести сравнительную оценку производительности и эффективности устройств для телеинспекции трубопроводов:
а) разрабатываемый малогабаритный видеокроулер;
б) видеокроулер «Rovver 400».
Основным объектом контроля являются трубы с продольным сварным швом. Годовая программа выпуска АГ = 5000 шт.
Телеинспекция внутреннего состояния труб осуществляется следующим образом: оператор выбирает методику контроля, величины недопустимых дефектов и запускает установку в работу. После окончания контроля делается вывод о годности к дальнейшей эксплуатации объекта, прошедшего контроль. Представлен расчет трудоёмкости (производительности), единовременных затрат, текущих издержек, годовых потерь от погрешностей контроля, а так же расчет показателей экономической эффективности.
На объекте контроля осуществляется 2-х сменный режим работы. Схема разбраковки дефектного участка трубы – ремонт.
Длина контролируемой трубы LТ = 12 м.
Цена в данном расчете представлена в рублях Российской Федерации, курс которого составляет: 1 рубль РФ = 95 бел. руб. (1.06.2010 г.)
Экономическое обоснование разработки производится в следующей последовательности:
- расчет трудоемкости;
- единовременных затрат;
- текущих издержек;
- годовых потерь от погрешностей контроля;
- определение показателей экономической эффективности.
Характеристика системы контроля представлена в таблице 7.1.
Таблица 7.1.1 – Характеристики системы контроля
|
Элементы системы контроля |
Значения по вариантам |
|
|
Базовый |
Проектная |
|
|
1 Объект контроля |
Корень продольного шва трубы |
|
|
1.1 Вид дефекта |
Непровар, превышение проплава, наплыв, натёк, вогнутость корня шва |
|
|
1.2 Контр. параметр |
Наличие или отсутствие дефекта |
|
|
2 Процесс контроля |
Автоматизированный |
Автоматизированный |
|
2.1 Вид контроля |
Оптический |
|
|
2.2 Метод контроля |
Визуально-оптический |
|
|
3 Средства контроля |
Подвижная платформа |
|
|
3.1 Средства регистрации |
Видеокамера (360 ТВ линий) |
Видеокамера (550 ТВ линий) |
|
4 Условия контроля |
Цеховые |
|
|
5 Стадия жизненного цикла |
Производство |
Используем методику сравнительной экономической эффективности. За базу сравнения примем видеокроулер «Rovver 400», в связи с тем, что данный кроулер имеет наиболее близкие к спроектированному устройству габаритные характеристики. Кроме того оба устройства снабжены неповоротными видеокамерами.
7.2 Расчет годовой трудоемкости контроля
Производительность контроля зависит от объекта контроля и характера регламента его поступления на рабочее место контролера, технологии и методики контроля, так же формы организации контроля.
Потребность в контрольных операциях по объекту контроля оценивается величиной такта в минутах по следующей формуле:
, (7.2.1)
где FД – годовой действительный фонд работы рабочего места контролера, час;
КН – коэффициент, учитывающий неравномерность поступления объекта контроля при массовом производстве (КН = 0.9);
АГ – годовая программа выпуска объектов контроля, штук (АГ = 5000 шт);
dК – коэффициент (доля) выборочности контроля (dК = 1).
Величина годового действительного фонда рабочего места контролера определяется по следующей формуле:
, (7.2.2)
где FСМ – номинальный сменный фонд работы, ч (FСМ = 8 ч);
КСМ – коэффициент сменности – число смен работы в течение рабочего дня (КСМ = 2);
КВП – коэффициент, учитывающий внутрисменные простои по организационно-техническим причинам (единичное производство – 0.85);
DP – число рабочих дней в году (DP = 248 при пятидневной рабочей неделе);
КПР – коэффициент, учитывающий долю времени простоев в плановых ремонтах (КПР = 0.06).
Найдем FД:
ч.
Получаем:
мин.
Норма штучно-калькуляционного времени складывается из следующих элементов [28]:
, (7.2.3)
где tПЗ – подготовительно-заключенное время на один объект контроля, мин/шт;
tОП – оперативное время на операцию на один объект контроля, мин/шт;
tОБ, ОТЛ – время обслуживания, на отдых и личные надобности (определяется как доля от оперативного времени в размере 0.12 – 0.16 (tОБ, ОТЛ = = 0.12).
Подготовительно-заключенное время определяется:
, (7.2.4)
где ТПЗ – норма подготовительно-заключительного времени на операцию за смену (для ВОК ТПЗ(подготовка) = 10 мин).
Подготовительно-заключительное время на операцию для проектного и базового варианта определяется как:
мин/шт.
Оперативное время на операцию определяется как:
, (7.2.5)
где – скорость сканирования (для проектного варианта V = 6 м/мин, для базового V = 5 м/мин).
Оперативное время на операцию для проектного варианта определяется:
мин.
Оперативное время на операцию для базового варианта определяется:
мин.
Время обслуживания, на отдых и личные надобности на операцию определяется по формуле:
. (7.2.6)
Время обслуживания, на отдых и личные надобности на операцию для проектного варианта:
мин.
Время обслуживания, на отдых и личные надобности на операцию для базового варианта:
мин.
Рассчитаем трудоемкость операций по методам контроля по формуле 7.2.3 для проектного варианта:
мин.
Рассчитаем трудоемкость операций по методам контроля по формуле 7.2.3 для базового варианта:
мин.
Результаты расчёта трудоёмкости контроля приведены в таблице 7.2.1.
Таблица 7.2.1 – Трудоемкость контрольных операций и такт
|
Наименование операций |
Величина по вариантам |
|
|
Базовый |
Проектный |
|
|
Подготовительно-заключительное время, tПЗ(контроль), мин |
1 |
1 |
|
Оперативное время, tОП(контроль), мин |
2 |
2.4 |
|
Время обслуживания, на отдых и личные надобности, tОБ,ОТ,Л(контроль), мин |
0.32 |
0.39 |
|
Контроль трубы tШК(контроль), мин |
3.3 |
3.8 |
|
Величина такта rК, мин |
34.2 |
7.3 Расчет единовременных затрат
Единовременные затраты рассчитываются по элементам:
, (7.3.1)
где КО – стоимость оборудования, руб.;
КОБ – стоимость оборотных средств, связанных с контролем, руб.;
КЗД – стоимость потребной площади здания, руб.;
КСК – стоимость в социально-культурную сферу, руб.;
КПР – затраты на проектирование, руб.
Затраты на оборудование определяются по формуле:
, (7.3.2)
где Nni – принятое число единиц оборудования (Nni ≥ Nрi – до ближайшего целого числа в большую сторону или целая часть Ni, если дробная часть Nрi < 0.1), шт;
Pi – цена приобретения оборудования для работы на i-ой операции, руб.;
КЗi – коэффициент, учитывающий занятость оборудования i-ой операции по данному объекту контроля (КЗi < 1 не должна превышать его расчетной величины КЗiР);
аТi – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы 0.05 – 0.1 (аТi = 0.1);
аМi – коэффициент, учитывающий затраты на монтаж и отладку оборудования 0.1 – 0.15 (аМi = 0.15).
Принятое число единиц оборудования определим по формуле:
. (7.3.3)
Найдем коэффициент, учитывающий занятость оборудования i-ой операции по данному объекту контроля по формуле:
. (7.3.4)
Получаем:
- базовый вариант: Nр = 3.9/34.5 = 0.111 шт; Nn = 1 шт; КЗ = 0.111/1 = 0.111. Принимаем КЗ = 0.11;
- проектный вариант: Nр = 3.3/34.5 = 0.096 шт; Nn = 1 шт; КЗ = 0.096 /1 = 0.096 Принимаем КЗ = 0.1.
Цены приобретения оборудования приведены в таблице 7.3.1.
Таблица 7.3.1 – Цены приобретения оборудования для работы на i-ой операции
|
Оборудование |
Цена, руб. |
||
|
Базовый |
Проектный |
||
|
Видеокроулер |
180 000 |
32 400 |
|
|
Дополнительное оборудование |
120 000 |
Газоанализатор «Сигнал-02» |
8 500 |
|
Датчик на метан |
2 650 |
||
|
Датчик на пропан / бутан |
2 650 |
||
|
Датчик на пары бензина |
2 650 |
||
|
Зарядное устройство |
180 |
||
|
Пластмассовый чемоданчик |
350 |
||
|
Видеорегистратор |
9000 |
||
|
Блок питания |
1050 |
||
|
Кабель (50 м) с разъёмом Лемо |
900 |
||
|
Итого |
27 930 |
Затраты на оборудование:
- базовый: КО = 1(180 000+120 000)0.11(1+0.1+0.15) = 37 950 руб.;
- проектный: КО = 1(32 400 + 27 930)0.1(1+0.1+0.15) = 6 938 руб.
Единовременные затраты в оборотные средства рассчитываются по формуле:
, (7.3.5)
где КZi – коэффициент, учитывающий страховой запас (КZi = 0.05);
АГ – годовая программа (АГ = 5000 шт.);
LТ – длина трубы (LТ = 12 м);
НМ – норма расхода материалов на контроль на 1 м сварного шва (для ВОК НМ = 0.1 руб.).
Единовременные затраты в оборотные средства для проектного и базового вариантов:
КОБ = 0.11250000.05 = 300 руб.
Стоимость потребной площади зданий определяется по формуле:
(7.3.6)
где Sгабi – габаритная площадь i-ой единицы переносного оборудования, м2 (Sгабi = 2 м2);
Sсб – норматив площади служебно-бытового назначения на одного рабочего, м2 (Sсб = 5 м2);
– цена (стоимость) одного м2 здания производственного назначения (= = 6 975 руб.);
– цена (стоимость) одного м2 здания служебно-бытового назначения (= = 6 820 руб.);
КД – коэффициент, учитывающий дополнительную площадь к габаритной (КД = 4 – для всех приборов т.к. площадь менее 2 м2 );
– коэффициент, учитывающий площадь под складирование материалов для контроля (для ВОП = 0.25).
Стоимость потребной площади зданий:
- базовый: КЗД = (1∙2∙1∙1∙6 975∙(1+0.25))+(5∙2∙1∙6 820∙0.24) = 13 640 руб.;
- проектный: КЗД = (1∙2∙1∙0.24∙6 975∙(1+0.25))+(5∙2∙1∙6 820∙0.24) = 12 400 руб.
Рассчитаем затраты на социально-культурную сферу по формуле:
, (7.3.7)
где РСК – единовременные затраты на одного рабочего (РСК = 186 000 руб.).
Затраты на социально-культурную сферу:
- базовый: КСК = 12186 0000.11 = 40 920 руб.;
- проектный: КСК = 12186 0000.1 = 37 200 руб.
Затраты на исследование и проектирование определяются по формуле:
, (7.3.8)
где ТПРК – трудоемкость проектирования по k-му виду работ (1 мес.);
РПР – сметная стоимость одного человека-часа проектирования.
Сметная стоимость одного человека-часа проектирования рассчитывается по формуле:
(7.3.9)
где ЗТ – часовая тарифная ставка 1 -го разряда, руб;
КТ – тарифный коэффициент проектировщика (специалисты с высшим образованием 10 разряда КТ = 2.047);
КП – коэффициент премирования (КП = 1.5);
КД – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (КД = 0.1);
КСС – коэффициент, учитывающий отчисления в фонд социального обеспечения (КСС = 0.26);
КНР – коэффициент, учитывающий накладные расходы 0.6 – 0.8 (КНР = 0.6).
Часовая тарифная ставка 1 -го разряда определяется делением принятой на период проектирования месячной ставки 1-го разряда на месячный фонд рабочего времени 166 ч. Определяется по формуле:
ЗT = З/FM = 4600/166 = 27.7 руб, (7.3.10)
где З – месячная тарифная ставка первого разряда на предприятии (З = 4600 руб.);
FМ – месячный фонд рабочего времени (FМ = 166 ч).
Определим трудоемкость проектирования по k-му виду работ за 1 месяц по формуле:
ТПРК = 1∙FМ = 1∙166 = 166 ч. (7.3.11)
Определим сметную стоимость одного человека-часа проектирования:
РПР = 27.7∙2.047∙1.5∙(1+0.1)∙(1+0.26)∙(1+0.6) = 188.6 руб.
Определим затраты на исследование и проектирование:
КПР = 166∙188.6 = 31 307 руб.
Рассчитаем единовременные затраты:
- базовый: К = 37 950+300+13 640+40 920 = 92 810 руб.
- проектный: К = 6 938+300+12 400+37 200+31 307 = 88 145 руб.;
Единовременные затраты приведены в таблице 7.3.2.
Таблица 7.3.2 – Единовременные затраты
|
Наименование затрат |
Значения по вариантам, руб. |
|
|
Базовый |
Проектный |
|
|
Единовременные затраты в оборудование |
37 950 |
6 938 |
|
Единовременные затраты в оборотные средства |
300 |
300 |
|
Единовременные затраты в здания |
13 640 |
12 400 |
|
Единовременные затраты в социально-культурную сферу |
40 920 |
37 200 |
|
Единовременные затраты на исследование и проектирование |
– |
31 307 |
|
Итого |
92 810 |
88 145 |
7.4 Расчет текущих издержек
Годовые текущие издержки на контроль рассчитываются по формуле:
И = ИМ+ИЗ+ИЭ+ИРО+ИРЗ+ИНР, (7.4.1)
где ИМ – годовые затраты на материалы (основные и вспомогательные материалы, покупные полуфабрикаты, комплектующие изделия), руб.;
ИЗ – годовые затраты на заработную плату основным рабочим (операторам) с начислениями, руб.;
ИЭ – годовые затраты на энергию (силовую и технологическую электроэнергии, топливо), руб.;
ИРО – годовые затраты на ремонт и содержание оборудования, руб.;
ИРЗ – годовые затраты на ремонт и содержание зданий, руб.;
ИНР – годовые накладные расходы по обслуживанию и управлению производства, руб.
Рассчитаем затраты на материалы по формуле [28]:
ИМ = НМ (1-dОТ)∙(1+αТЗ)∙LТ∙АГ, (7.4.2)
где НМ – норма расхода материалов на 1 м трубы (для ВОК НМ = 0 руб.);
dOT – доля в расходе материалов возвратных отходов (для ВОК dOT = = 0.08);
αТЗ – коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительный работы (αТЗ = 0.1).
Затраты на материалы для проектного и базового варианта:
ИМ = 0.1∙(1-0.08)∙(1+0.01)∙12∙5000 = 6 072 руб.
Затраты на заработную плату с начислениями находим по формуле:
(7.4.3)
где ЗТ – часовая тарифная ставка дефектоскописта (ЗТ = 27.7 руб.);
КУ – коэффициент, учитывающий условия труда контролёров (КУ = 0 – для ВОК);
КПi – коэффициент премирования по i-й операции 0.4 – 0.5 (КПi = 0.5);
КД – коэффициент учитывающий премии, дополнительную заработную плату (КД = 0.1);
КСС – коэффициент, учитывающий отчисления в фонд социальной защиты (КСС = 0.26);
КТ – тарифный коэффициент разряда по операциям (КТ = 1.407 – контроль (6-ой разряд));
КН – коэффициент доплат к тарифной ставке за работу в ночное время (КН = 0.1).
Затраты на заработную плату с начислениями:
- базовый: ИЗ = 3.9/60∙27.7∙1.407∙(1+0.5)∙(1+0.1)∙(1+0.26)∙(1+0.1)∙5000 = = 28 224 руб.;
- проектный: ИЗ = 3.3/60∙27.7∙1.407∙(1+0.5)∙(1+0.1)∙(1+0.26)∙(1+0.1)∙5000 = 24 510 руб.
Годовые издержки потребляемой электроэнергии рассчитываем по формуле:
, (7.4.4)
где Wi – мощность источника, кВт (Rovver 400 – 0.07 кВт, Проектируемое устройство – 0.015 кВт);
КW – коэффициент, учитывающий использование мощности (КW = 0.8);
КТ – коэффициент, учитывающий использование во времени (КТ = 0.7);
КП – коэффициент, учитывающий потери в заводской сети (КП = 1.05);
– коэффициент полезного действия электроустановки ( = 0.9);
РЭ – цена одного кВтч, руб. (РЭ = 3 руб.).
Годовые издержки потребляемой электроэнергии:
- базовый: руб.;
- проектный: руб.
Рассчитаем годовые издержки на ремонт оборудования (переносного) по формуле:
. (7.4.5)
Годовые издержки на ремонт оборудования (переносного):
- базовый: ИРО = (30∙27.7∙166) ∙ 0.11 + 0.33∙37 950 = 27 698 руб.;
- проектный: ИРО = (30∙27.7∙166) ∙ 0.1 + 0.33∙6 938 = 16 084 руб.
Затраты на ремонт и содержание зданий находим по формуле:
, (7.4.6)
где НРЗ – норматив затрат на содержание и ремонт зданий 2.2 – 3% (НЗД = = 3%).
Затраты на ремонт и содержание зданий:
- базовый: ИРЗ = (13 640∙3)/100 = 409 руб.;
- проектный: ИРЗ = (12 400∙3)/100 = 372 руб.
Годовые накладные расходы складываются из затрат на управление (ИУ), освещение (ИОС), воду на бытовые нужды (ИБВ), теплоэнергии на горячую воду (ИГВТЭ), отопление (ИОТТЭ), вентиляцию (ИВТТЭ):
. (7.4.7)
Затраты на управление найдем по формуле:
, (7.4.8)
где ККУ – коэффициент, учитывающий косвенные расходы по управлению от 0.2 – 0.3 (ККУ = 0.3).
Затраты на управление:
- базовый: ИУ = 92 100∙0.3 = 8 467 руб.;
- проектный: ИУ = 24 510∙0.3 = 7 353 руб.
Затраты на освещение найдем по формуле:
, (7.4.9)
где WS – норма освещенности 0.02– 0.036 кВт/м2 (WS = 0.036 кВт/м2);
S – площадь зданий производственных и служебно-бытовых, м2 (S = 40 м2);
FД – годовой действительный фонд работы оборудования, ч.
Затраты на освещение:
- базовый: ИОС = 3∙0.036∙40∙3.9/60∙5000 = 1 368 руб.
- проектный: ИОС = 3∙0.036∙40∙3.3/60∙5000 = 1 188 руб.;
Затраты на воду на бытовые нужды найдем по формуле:
, (7.4.10)
где РБВ – цена воды на бытовые нужды 1.46 – 1.52 (РБВ = 1.5 руб./м3);
НБР – норма расхода воды на бытовые нужды за сутки на одного работника, м3 (НБР = 0.025 м3);
ЧР – численность рабочих, чел.
Затраты на воду на бытовые нужды для проектного и базового варианта:
ИБВ = 1.5∙0.025∙1∙250 = 9 руб.
Затраты теплоэнергии на теплую воду найдем по формуле:
, (7.4.11)
где РТЭ – цена (тариф) за теплоэнергию 496 – 558 (РТЭ= 558 руб./ Гкал);
qВТХ – удельная тепловая характеристика воды, ккал/м3∙ч ºС (qВТХ = 1 ккал/м3∙ч ºС);
VГВ – объем потребления воды горячей за час, л (VГВ – определяется из расчета 3 л на одного работающего);
tВГ, tВХ – температура горячей воды в системе, ºС (принимается tВГ = +65 ºС), холодной воды (принимается tВХ = +5 ºС);
FГВ – период теплоснабжения горячей водой, ч (FГВ = FСМ КСМ DР ).
Затраты теплоэнергии на теплую воду для проектного и базового варианта:
ИГВТЭ = 558∙1∙(65-5)∙10-6∙3∙8∙2∙248 = 398 руб.
Затраты на отопление найдем по формуле:
, (7.4.12)
где qЗДТХ – удельная тепловая характеристика здания 0.3 – 0.4 ккал/м3∙ч ºС (qЗДТХ = 0.40 ккал/м3∙ч ºС);
VЗД – объем здания по наружному обмеру, м3 (VЗД = SH, где высота Н = 4 м);
tЗДВН, tЗДН – температура воздуха внутри помещения, с наружи, ºС (tЗДВН = +20 ºC, tЗДН = - 10 ºC );
FОТ – отопительный период за год, ч (FОТ = 4320 ч).
Затраты на отопление для проектного и базового варианта:
ИОТТЭ = 558∙0.40∙(20+10)∙10-6∙(40∙4)∙4320 = 4 628 руб.
Затраты на вентиляцию найдем по формуле:
, (7.4.13)
где qВТТХ – удельная тепловая характеристика вентиляции здания, 0.12 – 0.15 ккал/м3∙ч ºС (qВТТХ = 0.15 ккал/м3∙ч ºС);
tВТВН, tВТН – температура воздуха вытяжного, с наружи, ºС (tВТВН = +20 ºC, tВТН = - 1.5 ºC );
FВТ – период работы вентиляционной системы за год 1100 – 1200 (FВТ = 1200 ч.);
КПТЭ – коэффициент, учитывающий потери теплоэнергии (КПТЭ = 1.18).
Затраты на вентиляцию для проектного и базового варианта:
ИВТТЭ = 558∙0.15∙(20+1.5)∙10-6∙(40∙4)∙1200∙1.18 = 408 руб.
Годовые накладные расходы рассчитаем с учетом коэффициента занятости:
- базовый: ИНР = 8 467+(1 368+9+398+4 628+408)∙0.11 = 9 216 руб.;
- проектный: ИНР = 7 353+(1 188+9+398+4 628+408)∙0.1 = 8 016 руб.
Годовые текущие издержки:
- базовый: И = 6 072+28 224+43+27 698+409+9 216 = 71 662 руб.;
- проектный: И = 6 072+24 510+8+16 084+372+8 016 = 55 062 руб.
Годовые издержки на контроль приведены в таблице 7.4.1.
Таблица 7.4.1 – Годовые издержки на контроль
|
Наименование затрат |
Значение по вариантам, руб. |
|
|
Базовый |
Проектный |
|
|
Затраты на материалы |
6 072 |
6 072 |
|
Затраты на заработную плату |
28 224 |
24 510 |
|
Затраты на электроэнергию |
43 |
8 |
|
Затраты на ремонт и содержание оборудования |
27 698 |
16 084 |
|
Затраты на ремонт и содержание зданий |
409 |
372 |
|
Затраты на накладные расходы |
9 216 |
8 016 |
|
Итого |
71 662 |
55 062 |
7.5 Расчет потерь от погрешностей контроля
Технические решения, направленные на снижение погрешностей измерений и контроля качества, позволяют снизить потери от ошибок первого и второго рода, а также в некоторых случаях получать дополнительную экономию (эффект) от повышения цены объекта контроля за счет получения гарантированного повышения его качества. Годовая сумма потерь от погрешностей измерения и контроля по сравниваемым вариантам складывается из следующих элементов:
, (7.5.1)
где ПГД – потери от ошибок первого рода, связанных с признанием объектов контроля дефектными, которые в действительности являются годными, руб.;
ПДГ – потери от ошибок второго рода, связанных с признанием объектов контроля годными, которые в действительности являются дефектными, руб.
Составляющие годовых потерь определяются по следующим формулам:
, (7.5.2)
(7.5.3)
где РГД, РДГ – вероятность (частота) ошибок первого, второго рода;
ЗГД, ЗДГ – средние удельные затраты (потери) на объект контроля от ошибок первого, второго рода, руб.
Величина вероятности (частоты) появления ошибок 1-го и 2-го рода устанавливается на основе имеющихся статистических данных или определятся аналитически с использованием табличных значений функции стандартного нормального распределения Ф(х) по следующим формулам:
, (7.5.4)
, (7.5.5)
где Т – половинная величина допуска (Т = Д / 2), симметрично расположенного от центра рассеивания (номинала) параметра контроля (Т = 0.9);
σТЕХ – среднеквадратическое отклонение параметра контроля (базовый σТЕХ = 0.30 мм, проектный σТЕХ = 0.27 мм);
ZД – погрешность измерения, имеющая нормальное распределение со среднеквадратическим отклонением σZ (базовый ZД = 0.40 мм, проектный ZД = = 0.38 мм);
Ф – значение функции нормированного нормального распределения от вычисленного параметра.
Найдем значения ошибок первого и второго рода соответственно:
- проектный:
;
;
- базовый:
;
.
Выбор варианта расчета удельных затрат (потерь) от перебраковки (ЗГД) мы делаем с учетом важности и ответственности объекта контроля, технологических возможностей и экономической целесообразности.
Принимаем вариант восстановления – ремонт дефектного участка трубы. Для осуществления ремонта необходимо выполнить следующие операции при ложно забракованной продукции:
а) высверливание дефектного участка трубы;
б) заваривание участка;
в) повторный контроль.
Таким образом средние затраты на единицу ложно забракованной продукции найдем по формуле:
, (7.5.6)
где СВ – себестоимость высверливания 1 метра дефектного участка сварного шва, руб./м (СВ = 62 руб./м);
СЗ – себестоимость заваривания 1 метра дефектного участка сварного шва, руб./м (СВ = 180 руб./м);
LР – условная протяженность дефектного участка сварного шва, м (LР = 0.1 м);
ЕН – нормативный коэффициент эффективности (ЕН = 0.1).
Средние затраты на единицу ложно забракованной продукции:
- базовый: руб.;
- проектный: руб.
Затраты от недобраковки найдем по формуле:
, (7.5.7)
где РОК – стоимость объекта контроля, руб. (РОК = 1500 руб.)
КТР – ставка транспортных расходов в пределах 0.05 – 0.1 (КТР = 0.1).
Затраты от недобраковки:
- базовый: ЗДГ = 26 + 1500∙0.1 = 176 руб.;
- проектный: ЗДГ = 25 + 1500∙0.1 = 175 руб.
В результате годовые затраты составят:
- базовый: ПГД = 0.0962∙26∙5000 = 12506 руб.; ПДГ = 0.00264∙176∙5000 = = 2323 руб.;
- проектный: ПГД = 0.05039∙25∙5000 = 6300 руб.; ПДГ = =0.00075∙175∙5000 = 656 руб.
Результаты годовых затрат от погрешностей измерений приведены в таблице 7.5.1.
Таблица 7.5.1 – Годовые потери от погрешностей измерений
|
Наименование потерь |
Значение по вариантам, руб. |
|
|
Базовый |
Проектный |
|
|
Потери от ошибок первого рода |
12 506 |
6 300 |
|
Потери от ошибок второго рода |
2 323 |
656 |
|
Итого |
14 829 |
6 956 |
7.6 Расчет показателей эффективности
Годовые неизменные (приведенные) затраты рассчитываются по формуле
(7.6.1)
где ЕН – норматив приведения разновременных затрат, численно равный нормативу эффективности капитальных вложений (ЕН = 0.1);
рi – норма реновации средств.
Норма реновации рассчитывается по формуле:
, (7.6.2)
где tСЛ – срок службы, лет.
Найдем нормы реновации:
- оборудование: ;
- здания: ;
- оборотные средства: ;
- социальная сфера: ;
- проектирование: .
Годовые неизменные затраты будут равны:
- базовый: ЗГ = 0.1∙92 810 + 37950∙0.087 + 13640∙0.0022 + 6 250∙0.1638 + 40920∙0.0061 + 71 662 + 14829 = 99 402 руб.;
- проектный: ЗГ = 0.1∙88 145+ 6938∙0.087 + 12400∙0.0022 + 6 250∙0.1638 + 37200∙0.0061 + 300∙0.1638 + 55 062 + 6 956 = 83 074 руб.
Годовой экономический эффект рассчитаем по формуле:
ЭГ = ЗБГ – ЗПГ. (7.6.3)
Годовой экономический эффект:
ЭГ = 99 402 – 83 074 = 16 328 руб.
Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов приведены в таблице 7.6.1.
Таблица 7.6.1 – Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов
|
Наименование показателей |
Значения по вариантам, руб. |
|
|
Базовый |
Проектный |
|
|
1. Годовая программа контроля АГ, шт. |
5000 |
5000 |
|
2. Норма штучно-калькуляционн. времени tШК, мин. |
3.8 |
3.3 |
|
3. Потребляемая мощность средств контроля Wi, Вт. |
70 |
15 |
|
4. Достоверность контроля. |
0,9012 |
0.9589 |
|
5. Единовременные затраты К, тыс. руб. |
92 |
88 |
|
6. Годовые текущие издержки И, тыс. руб. |
72 |
55 |
|
7. Годовые потери от погр. измерений П, тыс. руб. |
15 |
7 |
|
8. Годовые приведенные затраты ЗГ, тыс. руб. |
99 |
83 |
|
9. Годовой экономический эффект ЭГ, тыс. руб. |
– |
16 |
7.7 Внедрение в производство комплекса для телеинспекции труб
Внедрение устройства для телеинспекции труб, предусматривает выполнение этапов приведенных в таблице 7.7.1.
Таблица 7.7.1 – Модель организации внедрения в производство разработанного устройства для телеинспекции труб
|
Этапы внедрения модернизированного прибора |
Исполнитель |
Время, дни |
|
1. Сборка устройства по чертежам |
Рабочий по монтажу |
5 |
|
2. Организация места контроля |
Нач. ОТК |
– |
|
3. Установка прибора на рабочем месте |
Рабочий |
– |
|
4. Поверка разработанного устройства |
Инженер-метролог |
7 |
|
5. Ознакомление обслуживающего персонала: с технической; документацией и методиками контроля |
Ведущий специалист ОТК |
3 |
|
6. Обучение персонала работе с комплексом |
Ведущий специалист ОТК |
3 |
|
7. Ознакомление персонала с безопасными методами работы |
Инженер по ТБ |
1 |
Продолжение таблицы 7.7.1
|
8. Организация хранения основных узлов комплекса |
Инженер ОТК |
3 |
|
9. Организация технического обслуживания и ремонта в случае обнаружения неисправностей |
Специалист по ремонту |
2 |
|
Итого |
- |
24 |
7.8 Выводы по разделу
На основании экономического обоснования разработки данного комплекса можно сделать вывод, что внедрение комплекса для телеинспекции труб дает положительный экономический эффект (16 328 руб.).
Положительный экономический эффект получен в результате:
- уменьшения трудоемкости контроля за счет уменьшения подготовительно-заключительного времени, основного времени и времени на обслуживание рабочего места;
- уменьшения единовременных затрат в связи с уменьшением затрат в оборудовании;
- уменьшения годовых текущих издержек из-за сокращения расходов на заработную плату, электроэнергию, ремонт и содержание оборудования и зданий, а так же расходов на управление.
Заключение
В процессе работы над техническим заданием было разработано устройство для телеинспкции труб – малогабаритный видеокроулер.
Был произведен анализ: объекта контроля, возможных дефектов, существующих технологий визуального-оптического осмотра, а также технических средств для проведения телеинспекции. Сформулированы основные задачи для дальнейшего проектирования.
Было принято решение о расширении возможностей устройства по диагностике объектов нефтегазовой отрасли, путём установки на него датчика горючих газов и паров жидких углеводородов. После анализа основных типов газоаналитических датчиков, было принято решение об установке полупроводникового датчика горючих газов.
После разработки структурной схемы установки контроля, был спроектирован малогабаритный видеокроулер. В процессе проектирования были произведены необходимые расчёты по механической и электронной части устройства. Кроме того, была подобрана конкретная модель датчика горючих газов и портативный газоанализатор к нему.
Была разработана методика проведения контроля, а также методика поверки используемого в устройстве прибора – сигнализатора горючих газов «Сигнал-02». Согласно стандартам определены основные требования к организации лаборатории неразрушающего контроля и квалификационные требования к персоналу лаборатории для реализации контроля и диагностирования рассматриваемых объектов.
В разделе “Безопасность и экологичность проекта” были определены основные вредные и опасные факторы при работе с проектируемым устройством. Даны некоторые рекомендации по устранению этих факторов. Разработаны рекомендации по безопасной эксплуатации данного устройства, что уменьшает потенциальную опасность при обращении с ним. Также даны рекомендации по противопожарным мероприятиям, производственной санитарии, оказанию первой медицинской помощи.
Спроектированное устройство по конструкции и возможностям уступает своим зарубежным аналогам, однако по стоимости для конечного потребителя в РБ превосходит. На основании экономического обоснования разработки данного комплекса, можно сделать вывод, что внедрение данного комплекса для телеинспекции труб, дает положительный годовой экономический эффект (16 тыс. российских руб.).
В процессе работы над дипломным проектом было освоено трёхмерное моделирование, а также процесс автоматизации создания конструкторской документации в САПР Кompas 3D. Также закреплены навыки по работе в вычислительной системе МathCAD.
Список литературы
Приложение А
(информационное)
Протокол поверки сигнализатора горючих газов «Сигнал-02»
Сигнализатор «Сигнал-02» заводской №_________________
Изготовитель: ООО ”Политехформ-М”
Дата выпуска «_____»______________200_г.
Диапазон измерений: (0…50)% НКПР по
(метану, пропану, гексану, спирту, бензину)__________________
Дата поверки «_____»______________200_г.
Поверка произведена сличением с данными поверочных газовых
смесей, приготовленных и аттестованных ОАО «Линде Газ Рус»
Паспорта газовых смесей:________________________________
Проверка комплектности:
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
Результаты проверки концентрации ПГС приведены в таблице:
|
Заводской номер прибора |
Концентрация ПГС |
Погрешность |
Заключение по протоколу_______________________________
Подпись нач.ОТК:________________