• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17 января
Сколтех
176

Защищенные алюминием сенсоры предскажут аварию в нефтехранилище и дистилляционной башне

4.6

Исследователи из Сколтеха и Харбинского института технологий разработали систему оптических сенсоров с алюминиевым покрытием для мониторинга состояния промышленных конструкций. В частности, сенсоры способны выдержать агрессивную среду дистилляционной башни — сооружения, в котором нефть разделяется на фракции: бензин, керосин и так далее. Непрерывно собирая информацию о состоянии объекта, система поможет предотвратить аварию и вовремя выполнить точечную починку вместо масштабных работ по ремонту и очистке всей башни.

Защищенные алюминием сенсоры предскажут аварию в нефтехранилище и дистилляционной башне / ©Getty images

Российско-китайское исследование проведено по линии научного сотрудничества БРИКС и опубликовано в журнале Optics Letters. «Мы подходим к той стадии развития информационного общества, когда любой утюг или, скажем, газопровод будет непрерывно сообщать окружающему миру, как он себя чувствует и что делает. Кому-то эта информация будет нужна, кому-то нет, но она будет, и один из перспективных вариантов ее использования — мониторинг целостности конструкций. Мы будем отслеживать в реальном времени износ крыла самолета, пролета моста и так далее, предсказывать поломки и чинить конструкцию точечно и заранее, а значит, экономить время и ресурсы — это принципиально другой подход к ремонту», — рассказывает один из авторов исследования, доцент Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Аркадий Шипулин.

Для реализации такого высокотехнологичного подхода к обслуживанию сооружений и транспорта во все эти конструкции нужно внедрять массу датчиков. В том числе могут использоваться оптические сенсоры, разработкой и связыванием которых в систему занимались авторы статьи в Optics Letters, чтобы решить одну из проблем нефтеперерабатывающей промышленности.

Именно оптические сенсоры лучше всего подходят для систем охраны периметра и для мониторинга протяжённых инфраструктурных объектов, таких как ЛЭП и газопроводы, а также сооружений для хранения и переработки нефти — электроника там неприменима из-за опасности возгорания и взрыва. Оснащённое сенсорной системой, нефтехранилище само заранее «почувствует» начавшееся разрушение и поднимет тревогу, чтобы предотвратить аварию вроде масштабного разлива дизельного топлива в Норильске в 2020 году. Обслуживание станет эффективнее, потому что будет известно, что конкретно сломалось (или вот-вот сломается) на объекте.

«К нам обратилась одна компания, чтобы мы разработали сенсорную систему для мониторинга состояния ректификационной колонны — это такая башня, в которой нефть разделяется на ценные фракции. Грубо говоря, сверху заливают нефть, внизу вытекает бензин, керосин, дизель… И так оно работает. Пока не перестанет. Но никто не знает, что и где там внутри на данный момент стало засоряться или деформироваться — большой черный ящик. И когда происходит поломка, вся работа останавливается, в башне в буквальном смысле выпиливают окошко, запускают туда мужика со шваброй, и он все моет, чистит, смотрит на глаз и выходит — без инноваций», — объясняет Шипулин.

Сенсоры в ректификационную колонну никто прежде не ставил, потому что условия внутри весьма суровые. Группе Шипулина и китайским коллегам удалось разработать концепт оптической сенсорной системы, которая не только способна собирать необходимую информацию, но и будет устойчива к высоким температурам и агрессивной химии. Исследователям нужно было разрешить дилемму: сенсор должен быть в достаточной степени огражден от внешнего воздействия среды, чтобы не разрушиться, и при этом достаточно открыт, чтобы улавливать изменения в этой среде.

«Выходит противоречие: каким материалом покрыть стекловолокно, чтобы его защитить, но не отгородить напрочь от влияния снаружи? — продолжает Шипулин. — Металлические покрытия используются давно, но в первую очередь для того, чтобы как раз исключить внешние воздействия на волновод, который в этом случае, играет роль изолированного канала передачи данных. Как только речь заходит именно о сенсоре, нужен материал с похожим импедансом».

Импеданс некоторого материала — это величина, которая характеризует, как в нем распространяются в данном случае акустические волны. Исследователи рассмотрели, как различия между импедансами стекловолокна и металлического покрытия влияют на то, в какой мере падающие акустические волны отражаются сенсором обратно во внешнюю среду и, соответственно, ускользают от него. В итоге коллективу удалось подобрать материал, с которым можно максимально приблизиться к импедансу стекла с разумной стоимостью покрытия, и этим материалом оказался алюминий.

Таким образом, одна из проблем — защита, но не изоляция оптоволокна от окружающей среды — была в первом приближении решена. Тем не менее, для создания полноценной системы мониторинга с предиктивными возможностями необходимо не только ещё решить ряд подобных частных задач, но и протестировать в лабораторных условиях работу всей системы целиком. Эта работа планируется как в рамках подобных двусторонних контактов (Россия — Китай), так и в рамках приобретающего все более важную роль сотрудничества в рамках стран БРИКС. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
5 часов назад
Ольга Иванова

Немецкие ученые проанализировали данные общенациональных исследований и пришли к выводу, что с марта 2022 года в больницах Германии с поразительной частотой наблюдаются случаи устойчивости к антибиотикам последней инстанции. Выяснилось, что неубиваемые патогены, по-видимому, принесли в страну украинские беженцы.

Позавчера, 19:19
Василий Парфенов

«Недостаточно комковатая» — так описал обнаруженную аномалию один из авторов нового исследования. В нем на основе наблюдений сразу двух обсерваторий, работающих с разными диапазонами излучений, удалось создать карту распределения материи во Вселенной с беспрецедентной точностью. Благодаря этому выяснилось, что стандартная модель — главная современная теория мироустройства, описывающая все частицы, поля и взаимодействия, кроме гравитации — имеет все шансы быть неполной.

Вчера, 13:41
Анна Новиковская

В черных дырах заключено множество тайн, и теперь астрономам удалось раскрыть одну из них: почему раскаленные диски вокруг них иногда мерцают.

2 февраля
НИУ ВШЭ

Изучая потребление алкоголя, экономисты и социологи обычно связывают его с условиями жизни людей и их человеческим капиталом: образованием, опытом работы, знаниями. Ученые из Лаборатории исследований рынка труда и Лаборатории экономико-социологических исследований НИУ ВШЭ обратили внимание на некогнитивные навыки, формирующиеся в детстве и подростковом возрасте, и выяснили, что эти качества во многом определяют вероятность злоупотребления спиртным и сокращают степень влияния образования.

31 января
ФизТех

Ученым из МФТИ и ОИВТ РАН удалось построить теоретическую модель для описания процесса роста оксидной пленки на поверхности стали в контакте с тяжелым жидкометаллическим расплавом свинец-висмут — теплоносителем, который может использоваться в реакторах нового поколения на быстрых нейтронах. Оксидная пленка — результат коррозии, но ее образование защищает от очень быстрой (жидкометаллической и межкристаллитной) коррозии. Понимание процесса коррозии стали в контакте с теплоносителем необходимо для обоснования безопасности эксплуатации подобных реакторов.

5 часов назад
Ольга Иванова

Немецкие ученые проанализировали данные общенациональных исследований и пришли к выводу, что с марта 2022 года в больницах Германии с поразительной частотой наблюдаются случаи устойчивости к антибиотикам последней инстанции. Выяснилось, что неубиваемые патогены, по-видимому, принесли в страну украинские беженцы.

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: