Информационная платформа для оценки технического состояния и прогноза ресурса теплообменного оборудования

Стабильность технологических процессов на предприятиях нефтегазоперерабатывающего и нефтехимического комплексов напрямую зависит от надежности эксплуатируемого оборудования. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты составляют значительную долю в общем парке технологических установок, выполняя критически важные функции нагрева, охлаждения и конденсации технологических сред [1, с. 341]. В процессе длительной эксплуатации элементы теплообменников, в частности трубные пучки, подвергаются интенсивному коррозионно-эрозионному износу, что неизбежно приводит к уменьшению толщины стенок и, как следствие, снижению несущей способности аппарата.

Традиционная система планово-предупредительных ремонтов (ППР), применяемая на большинстве отечественных предприятий, не всегда способна предотвратить аварийные ситуации, так как не учитывает индивидуальную динамику деградации металла конкретного аппарата. Переход к стратегии обслуживания оборудования по его фактическому техническому состоянию требует внедрения цифровых решений — специализированных информационных платформ, способных агрегировать диагностические данные неразрушающего контроля и в автоматическом режиме осуществлять расчет остаточного ресурса [2, с. 15]. Целью данного исследования является проектирование архитектуры информационной системы (интерактивного дашборда) для мониторинга теплообменного оборудования на основе современных веб-технологий.

В основе разрабатываемой платформы лежит интеграция методов ультразвуковой толщинометрии и алгоритмов экстраполяционного прогнозирования. Ключевым диагностическим параметром выступает фактическая толщина стенки теплообменных труб.

Методология расчета остаточного срока службы в разрабатываемой системе базируется на актуальных положениях Руководящего документа РД 03-421-01 [3]. Согласно данному нормативному акту, определяющим фактором потери работоспособности для аппаратов химических производств является равномерная коррозия. Программный алгоритм вычисляет скорость коррозии (C) по формуле:

                                                                                                 (1)

где

 — первоначальная толщина стенки элемента аппарата по паспорту, мм;

 — фактическая толщина стенки по результатам последнего диагностирования, мм;

T— время эксплуатации аппарата между замерами, годы.

Остаточный ресурс (T_ост) в годах для трубчатки теплообменника вычисляется системой как отношение запаса толщины к максимальной скорости коррозионного износа:

                                           (2)

где S_отбр — отбраковочная толщина стенки трубы, мм (алгоритм рассчитывает ее на основании ГОСТ 34347-2017 [4, с. 18] с учетом рабочего давления и свойств материала); С_макс— максимальная скорость коррозии, выявленная на контрольных участках трубного пучка.

Для цифровизации данного математического аппарата и создания удобного интерфейса инженера-механика был спроектирован интерактивный дашборд. В качестве технологического стека фронтенд-разработки выбран фреймворк Next.js. Его применение обусловлено встроенными механизмами серверного рендеринга (SSR), что критически важно для быстрой загрузки интерфейсов, обрабатывающих объемные потоки данных телеметрии и исторические выборки [5, с. 412].

Разработанная концептуальная модель информационной платформы включает базу данных для хранения паспортов оборудования и истории замеров, вычислительное ядро для выполнения операций по формулам (1) и (2), а также клиентскую часть.

Главным элементом пользовательского интерфейса является аналитический дашборд. Внедрение реактивного подхода к построению компонентов интерфейса позволило оптимизировать перерисовку графиков трендов износа при изменении параметров фильтрации (например, при выборе конкретного аппарата). На рис. 1 приведена структурная визуализация разрабатываемого интерфейса.

Рисунок 1. Интерфейс интерактивного дашборда мониторинга ресурса оборудования

В таблице 1 представлены демонстрационные расчетные данные, которые обрабатывает и визуализирует платформа на примере условного аппарата. Система автоматически маркирует узлы, чей ресурс приближается к критической отметке.

Таблица 1

Результаты расчета остаточного ресурса трубного пучка платформой

Интерактивная архитектура дашборда позволяет не только фиксировать текущий износ, но и моделировать сценарии. При введении инженером новых входных параметров платформа моментально пересчитывает коэффициент С_макс и перестраивает графики безопасной эксплуатации.

Создание информационной платформы на базе фреймворка Next.js является эффективным шагом на пути цифровой трансформации технического надзора предприятия. Алгоритмизация положений нормативной документации (РД 03-421-01) исключает человеческий фактор при проведении сложных экстраполяционных расчетов. Разработанный интерфейс в формате дашборда обеспечивает прозрачность процессов деградации оборудования, позволяя инженерным службам своевременно принимать обоснованные решения о выводе теплообменных аппаратов в ремонт, что существенно снижает риск аварийных ситуаций.

1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1973. — 754 с.
2. Клюев В. В. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Т. 4: Ультразвуковой контроль. — М.: Машиностроение, 2004. — 864 с.
3. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов: утв. Госгортехнадзором РФ 06.09.2001. — М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2002. — 68 с.
4. ГОСТ 34347-2017. Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. — М.: Стандартинформ, 2018. — 96 с.
5. Флэнаган Д. JavaScript. Подробное руководство. 7-е изд. — СПб.: Питер, 2021. — 704 с.