Металлургия

Motion Amplification (англ.) усиление движения.

Прямых доказательств, связывающих рождение технологии Motion Amplification с силовыми ведомствами США, у нас нет, но косвенных достаточно. Не случайно среди примеров использования есть немало кейсов из аэрокосмической и оборонной отраслей. Измерение уровня вибрации вертолета во время полета важная, но очень непростая задача. С Motion Amplification она решается довольно быстро и просто

Диагностика состояния вертолета во время полета - YouTube

Не менее важно знать и состояние инфраструктурных объектов и промышленных активов - оборудования, резервуаров, трубопроводов и т.д. Как можно оперативно оценить состояние моста, чтобы гарантировать безопасное перемещение техники по нему? Оказалось, что без инноваций решить эту задачу проблематично.

История

В конце 2014 года изобретатель Jeff Hay (основатель компании RDI Technologies) получил два патента под названием Бесконтактный мониторинг состояния мостов и гражданских сооружений и Аппарат и метод визуализации периодических движений механических компонентов. Пытливые умы могут почитать подробные материалы по ссылке, а для остальных кратко расскажем в чем заключается основная идея изобретения.

Если взять дорогую высокочастотную камеру и записать видео (например, тысячу кадров в секунду), то даже за 5 секунд мы получим внушительный массив данных. При движении объекта в объективе камеры происходят изменения пикселей изображений во время записи. Зная частоту съемки (fps), фокусное расстояние объектива и расстояние от камеры до объекта, можно выполнить точные измерения амплитуды движения. Фиксируя даже незначительное движение объекта в кадре, проприетарные алгоритмы при обработке видео усиливают это движение, делая его заметным каждому.

Воплощение идеи потребовало серьезных научных и практических изысканий, и первое решение под названием IRIS M появилось на рынке только в сентябре 2016 года. Функционал программного обеспечения версии 1.0 был прост запись видео и усиление движения. Только в декабре 2016 года (v.1.1) появилась возможность делать измерения. Несмотря на ограниченный функционал, экспертное сообщество и крупные корпоративные заказчики в США встретили новинку с большим энтузиазмом. Решение получило признание American Society of Civil Engineers в 2016г., а также было отмечено вторым призом престижного конкурса Vision Systems Design в 2017г.

Секрет успеха

Получить признание у консервативной и взыскательной аудитории, тем более в короткие сроки, рядовому изобретению явно не по силам. IRIS M объединил в себе плюсы динамично развивающихся технологий видеоаналитики и достоинства традиционной вибродиагностики. Возможность бесконтактным способом оценить состояние объекта, оперативно выполнить измерения и показать реальную картину окружающим оказалась востребованной заказчиками.

Давайте сравним процесс оценки состояния обычного насоса традиционным способом и с помощью IRIS M. Сбор данных традиционным способом осуществляется обычно с помощью виброанализатора по ограниченному набору точек контроля.

Затем специалист по вибродиагностке выгружает данные в специальное ПО для анализа. По результатам анализа специалист формирует отчет и представляет его коллегам, отвечающим за техническое обслуживание и ремонты.

При наличии проблем могут возникать серьезные дискуссии относительно степени их развития и влияния на работоспособность оборудования. Отсутствие живой картинки, иллюстрирующей неисправности, существенно усложняет коммуникации.

Motion Amplification (МА) сочетает в себе преимущества традиционной вибродиагностики, фазового анализа и использования специализированного программного обеспечения ODS (Operational Deflection Shape) для анимации:

• можно собрать в тысячи раз больше данных, чем традиционным способом;

• все данные собираются одновременно, а не последовательно

• данные для анализа фаз собираются за одну съемку, а не отдельно (как при традиционном подходе)

• каждая точка изображения может быть использована для измерения уровня вибрации

• обработанное видео является наглядным отчетом, понятным людям даже без специализированных знаний и опыта.

На видео для наглядности показаны обычная и обработанная видеозаписи. Давайте посмотрим на видеоотчет о диагностике состояния насоса с помощью МА

Диагностика насоса - YouTube

Решение IRIS M не только позволило увидеть, то что кажется невидимым человеку, но и помогло определить первопричину проблем с оборудованием трещину в раме. Короткое и наглядное видео выглядит гораздо убедительнее традиционных бумажных отчетов.

Чувствительность системы 0,25 микрона с расстояния 1 метр при использовании объектива с фокусным расстоянием 50 мм. Пара человеческих глаз не выдерживает конкуренцию.

Варианты решений

Помимо первого решения IRIS M, которое закрывает основные потребности заказчиков, на рынок были выпущены решение IRIS MX в 2018г. и IRIS CM в 2019г.

IRIS M делает 120 кадров в секунду в HD-разрешении и до 1300 в сокращенном, что позволяет уверенно диагностировать проблемы в частотном диапазоне от 0 до 520 Гц.

IRIS MX расширяет возможности базового решения и позволяет работать и в более высокочастотной области до 11600 Гц (1400 fps при HD-разрешении и 29000 fps при сокращенном разрешении), что позволило успешно диагностировать турбомашины.

Решение IRIS CM (continuous monitoring) хорошо подходит для мониторинга состояния активов на удаленных объектах, на которых нет специалистов по вибродиагностике. Несколько видеокамер можно объединить в сеть, чтобы получать видеоданные с разных ракурсов. Пользователи могут инициировать запись видео и данных на основе внешних триггеров (например, данных с акселерометров) при достижения пороговых значений вибрации.

Даташиты решений можно найти по ссылке РЕШЕНИЯ VIMS (motionamplification.ru)

Интерфейсы

Пакет приложений решений RDI, установленных на ноутбуке, содержит 4 программы. По ссылкам можно увидеть их интерфейсы:

1. Motion Explorer хранение и менеджмент файлов

Управление контентом Motion Explorer - YouTube

2.RDI Acquisition запись видео

Программа для записи видео RDI Acquisition - YouTube

3. MotionAmplification аналитика и измерения

Аналитическое приложение MotionAmplification - YouTube

4. Motion Studio редактор видео

Редактор видео Motion Studio - YouTube

Как видите, для любого пользователя windows интерфейсы достаточно привычные и удобные. Даже не имея квалификацию вибродиагноста, можно стать сертифицированным оператором системы.

Возможности решения

Подробную информацию о функционале программного обеспечения и его развитии в 2016-2020 гг. можно найти по ссылке

Обзор программного обеспечения MotionAmplification v1.0-3.0 - YouTube

Диагностика насосов это типовая задача для традиционной диагностики. Но что делать, если перед нами большой резервуар, трубопровод или большая конструкция? Motion Amplification открывает специалистам по диагностике новые возможности по решению этих сложных задач.

Диагностика состояния огромных конструкций - YouTube

Периодически мы слышим новости о технологических авариях. Особенно печально, что в результате аварий страдают не только люди, но и окружающая природа. Целостная диагностика крупных активов и наглядная картинка по ее итогам позволяют намного быстрее принимать верные решения, чтобы не допустить возникновения аварий. Уже никто не осмелиться сказать, что с этим резервуаром все в порядке

Диагностика резервуаров - YouTube

Добывающие отрасли исторически развиты в России, используется много дорогого оборудования. Давайте посмотрим на состояние этой мачты буровой установки

(1) Диагностика мачты буровой установки - YouTube

А вот пример диагностики состояния фрагмента трубопровода на нефтеперерабатывающем заводе. А ведь будешь мимо проходить и даже не подумаешь, что есть столько проблем

Вибрация трубопровода на НПЗ - YouTube

Часто важно измерить показатели вибрации во время изменения нагрузочного или скоростного режима работы оборудования. Посмотрите на изменение состояния прокатного стана на металлургическом предприятии при прокатке металла.

Диагностика состояния прокатного стана - YouTube

Теперь понятны причины быстрой деградации подшипниковых узлов.

Бывает так, что сложное оборудование имеет несколько неисправностей на разных узлах. Чтобы разобраться с этим пригодится функция частотной фильтрации видео.

Диагностика виброгрохота и насоса. Частотная фильтрация видео. - YouTube

Функциональные возможности решения быстро расширялись последние годы. Так в версии 3.0 программного обеспечения в 2020 году появились:

• усиление движения в режиме реального времени (Live MA), которое отлично подходит для быстрого сканирования состояния активов

• векторы движения

• тепловая карта движения (по частотам)

• измерения движущихся объектов

Важно, что производитель в самом начале разработки успешно решил вопрос стабилизации видео, записанного в условиях повышенной вибрации. Это существенно расширило возможности практического применения решения на реальных производственных площадках.

Заключение

Если все так хорошо, то почему эти решения не используются на каждом крупном российском предприятии? Причин тут видится несколько:

1. запрет в США на продажу решений двойного назначения в Россию, под который до 2021г. попадали и решения Motion Amplification

2. даже успешным на западных рынках решениям необходимо время, чтобы зарекомендовать себя на новом рынке

3. длительные циклы принятия решений и выделения бюджетов в корпорациях

4. в России по-прежнему доминирует планово-предупредительное обслуживание оборудования, диагностику на производствах во многих отраслях недооценивают и недофинансируют.

В последние годы много сказано и написано про цифровизацию на промышленных предприятиях. В романтическом порыве некоторые авторы провозглашают скорое наступление эры полностью автоматизированных и даже безлюдных производств. При этом часто остается без ответа один важный вопрос а кто будет нести ответственность за принятие решений и последствия.

Мне представляется, что спрос на квалифицированных экспертов в узких предметных областях, таких как диагностика, будет по-прежнему высоким в ближайшие годы. Экспертно-ориентированные решения Motion Amplification существенно расширяют возможности по диагностике промышленных активов. Спектр применения и количество отраслей, использующих решения семейства IRIS, постоянно растут. С помощью этих решений процессы диагностики, технического обслуживания и ремонты на предприятиях становятся более эффективными и прозрачными.

Если бы потребовалось выбрать на территории России одну точку с уникальными геохимическими характеристиками, сырьевой рог изобилия то весьма вероятно, что пьедестал возглавил бы сложный стратовулкан Кудрявый, расположенный в северной части острова Итуруп в составе Курильской гряды. Причудливость Кудрявого заключается в том, что это единственный в мире вулкан, чьи фумаролы в промышленных количествах извергают в атмосферу редчайший элемент рений.

Рений (Re) 75-й элемент таблицы Менделеева. Был открыт в 1925 году Вальтером и Идой Ноддак, является хронологически последним открытым элементом, имеющим стабильные изотопы. Рений является чрезвычайно рассеянным редким металлом, содержится в основном в медно-молибденовых рудах. Практическая ценность и даже незаменимость рения заключается в его крайней жаропрочности. Температура плавления рения составляет 3186 градусов Цельсия, поэтому применение рения для легирования стали имеет принципиальное значение при производстве деталей для реактивных двигателей и для аэрокосмической промышленности в целом. Так, рений добавляют в лопатки турбин реактивных двигателей, что позволяет повысить их рабочую температуру на 50-80 градусов. Сплавы рения с вольфрамом находят применение в электронике, а сплавы рения с платиной в нефтехимической промышленности, в качестве катализаторов, участвующих в удалении серы. Феноменальная прочность рения сегодня изучается, в частности, в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС; подробнее об этом можно почитать в блоге института на Хабре в замечательной статье Материал, который выжил. В качестве небольшого спойлера отметим, что речь идет о модификации рения при помощи азота, а именно о пернитриде рения. Показатели статьи:

Основные промышленно разрабатываемые залежи рения находятся в Чили, а также в Казахстане, Узбекистане и Армении. Разведанные запасы металла также имеются в США. Объяснимый интерес США к приобретению рения для развития программы Шаттл привел к тесному сотрудничеству США и Казахстана в этой сфере в 1990-е годы. В тот период Российская Федерация, также крайне нуждающаяся в 75 элементе, была вынуждена извлекать его из промышленных отходов. Но еще в 1992 году начались подвижнические исследования Генриха Семеновича Штейнберга и Феликса Исааковича Шадермана, открывших уникальное месторождение рения на фумарольных полях вулкана Кудрявый.

Подробный и очень увлекательный рассказ об этих исследованиях вы найдете в документальном фильме "Эффект рения" (2014), повествующем об очередной экспедиции на Итуруп. Фильм содержит комментарии Генриха Семеновича, а также других специалистов, завораживающие пейзажи российского Дальнего Востока и сцены героической, по-настоящему адовой работы геологов.

История проблемы

Генрих Семенович Штейнберг еще в начале 90-х был осведомлен о необычайно разнообразном минеральном составе фумарол на Южных Курилах. Вулканы выбрасывают в атмосферу дым, насыщенный индием, золотом, германием и другими редкими элементами. В поисках образцов рения Штейнберг обратил внимание на Кудрявый, так как дым в его фумаролах имеет необычно высокую температуру: на Главном поле она достигает 870 градусов Цельсия, а на куполе вулкана около 750 градусов. Геохимические исследования показали не только высокое содержание рения в фумаролах, но и позволили открыть ранее не известный минерал, сульфид рения ReS₂, встречающийся на склонах вулкана и на его фумарольных полях. Минерал был назван рениитом.

Как отмечает сам Штейнберг, вулкан Кудрявый фактически выполняет работу горно-обогатительного комбината, очищая рений из собственных недр, то есть, закрывает значительную часть тех задач, для решения которых разработана целая технологическая цепочка. В данном контексте также чрезвычайно важно, что вулкан Кудрявый является лишь одним из двух известных в мире вулканов, которые поддерживают высокую фумарольную активность без нарастания магматической активности. Иными словами, Кудрявый активно дымит, что, однако, не подталкивает его к скорому извержению. Второй подобный вулкан, Сатсума Иводзима, расположен в Японии.

Остров Итуруп сравнительно невелик, и возведение горно-обогатительного комбината на территории острова, а также утилизация пустой породы в настоящее время не представляются осуществимыми. Кроме того, вулкан Кудрявый отличается значительной геологической активностью. Последнее серьезное извержение зафиксировано в 1883 году, но в 1946 и 1999 годах наблюдались фреатические взрывы. Более того, в середине 2019 года прогнозировалось близкое полноценное извержение Кудрявого, так как открытые минералы на его склонах раскалились до 1600 градусов по Цельсию.

В вышеупомянутом фильме Эффект рения констатируется, что в настоящее время стоит сосредоточиться на извлечении минерала из корки, то есть, из рениита. Наряду с сульфидом рения в районе Кудрявого также встречается соль перринат аммония, содержание рения в которой составляет порядка 70%.

Как можно добывать фумарольный рений

Пока не существует промышленной технологии изготовления ловушек, которые позволили бы стабильно собирать фумарольный дым и извлекать из него рений. Основные сложности связаны с быстрой изнашиваемостью конструкций во время эксплуатации при таких температурах (возможно, конечно, помогло бы легирование рением). Тем не менее, опытный образец ловушки для рения был сконструирован под руководством Штейнберга еще в 2015 году и запатентован. В ходе испытаний устройство позволило собрать 17 килограммов концентрата рения. Но лишь в апреле 2020 года появилась новость о том, что ВНИИ химической технологии (ВНИИХТ) и Институт вулканологии и геодинамики (ИВиГ) разработали оборудование по улавливанию рения из вулканических газовых испарений. Конструкция представляет собой систему куполов, которые предполагается развернуть прямо в кратере вулкана и при помощи катализаторов извлекать из паров рений.

При этом еще в 1999 году началось развитие технологий, связанных с пропусканием рения через фильтрующий слой. Требуется вещество, которое могло бы впитывать рениевые пары как губка. В таком качестве могут использоваться, в частности, минеральная вата, активированный уголь и, в особенности, алюминиесодержащие минералы из группы цеолитов. Необходимо отметить, что крупное месторождение цеолитов (Лютогорское) имеется на Сахалине. При использовании такой технологии целесообразно охлаждать обрабатываемый газ до температуры около 150 градусов путем разбрызгивания воды в дымососе. В таком случае из газа выделяется элементная сера, которая служит дополнительным уловителем рения.

Наряду с абсорбционными технологиями улавливания рения разрабатываются электрохимические; правда, пока электрохимические технологии далеки от практического применения ввиду дороговизны оборудования. Тем не менее, активное исследование абсорбционных и электрохимических технологий на Кудрявом продолжается и в 2020 году. Специализированная экспедиция была организована силами Томского государственного университета и специалистов РАН.

В любом случае, после 2014 года в описанном проекте достигнуты серьезные успехи, а сам проект промышленной добычи рения, индия и германия на Кудрявом решается на государственном уровне. Согласно государственной программе Социально-экономическое развитие Курильских островов (Сахалинская область) на 2016-2025 годы, строительство инфраструктуры для проекта предполагается провести в 2020-2023 годах. Правда, из-за труднодоступности Кудрявого работа предприятия в настоящее время возможна только в летний период.

Кудрявый продолжает покуривать свою драгоценную магму и никуда не спешит. В том числе, не спешит делиться с нами своими сокровищами. Но перспективы этого уникального российского месторождения кажутся оптимистичными.

Кстати, Генриху Семеновичу Штейнбергу 13 февраля 2021 года исполнится 86. Надеюсь, что он успеет лично оценить самые интересные события на Кудрявом и плоды, которые принесет труд всей его жизни. В этом была бы экзистенциальная и подлинная справедливость.

- Папа, это красная смородина?
- Нет, черная.
- А почему она белая?
- Потому что еще зеленая.

Цветная металлургия, черная, белая, зеленая

Начнем с простого.

Цветная металлургия включает в себя все металлы и сплавы, которые не содержат железа или в которых железо не является главным компонентом. Золотые медальоны, знаменитые медные трубы, красивые бронзовые статуи, серебряные столовые приборы, алюминиевые профили, оловянные солдатики - все это разного цвета, так чего выдумывать название? Цветная.

Историческая справка: Вначале было золото и серебро. Из них делали всякую дрянь, в основном украшения. Было это так давно, примерно в каменном веке. Потом открыли медь - металл, который развернул течение истории, запустил первую технологическую революцию и открыл двери в бронзовый век. Из бронзы можно было делать много полезных вещей, особенно орудий труда и убийства. Тут-то жизнь и завертелась. Скучать было некогда. На носу был век железный.

Черная металлургия. Это всё про железо и сплавы на его основе.

В мире существует более 3500 марок стали. Каждая марка имеет свой химический состав, который влияет на ее прочность, пластичность, жаропрочность и другие характеристики. В вашем автомобиле скорее всего используется до 40-45 различных марок стали, чтобы сделать ваше передвижение максимально безопасным и сохранить вашу жизнь во время столкновения.В большинстве современных фильмов, где главный герой пытается сбежать из заточения, решетка на окнах его тюрьмы, скорее всего, сделана из стали Гадфилда хитрая сволочь, чем больше пилишь, чем прочнее она становится.

Почему же черная металлургия черная? Кто знает... Может быть потому, что чёрный - это стиль и элегантность?

Любопытная вставка: Металлолом это дефицитный товар. Так что не стоит пинать ржавое корыто в вашем дворе. Присмотритесь, оно пахнет Клондайком. Хороший металлолом днем с огнем не сыщешь. Переплавил лом - вот тебе и сталь, а руду пойди еще найди, добудь, обогати, переработай, выплави сталь. Выгода налицо.

Металлолом ценный товар. Его импортируют и экспортируют. Например, стальные конструкции Всемирного торгового центра (около 400 тыс. тонн) были проданы в Индию и Китай в далеких двухтысячных и кто знает, что из них выплавили теперь.

Не успели оглянуться, как мы на пороге Белой металлургии. Надо сказать, что Белая металлургия соткана из противоречий.

Начнем с того, что термин этот относительно новый. Появился в 2010 году. Используется только на просторах нашей страны и совсем не про металлы и их цвет. Белая металлургия это японская философия Кайдзен, котораядокатилась до земли российской, адаптировалась, обросла современными технологиями и прижилась на ряде производственных площадок в России. Проще говоря, это система непрерывного улучшения качества того, что ты делаешь и как ты это делаешь.

Чувствуете противоречие? То, что для японца естественная среда обитания, для русского человека совершенно противоестественно. Это как если бы Емеля из наших сказок внезапно встал с печи, стал самураем и посвятил свою жизнь совершенствованию владения топором.

К тому же, Белая металлургия совсем не белая, а очень даже цветная и яркая. Сам термин в обиход был введен группой ЧТПЗ. И не только введен, но и претворен в жизнь на производственных площадках: "Высота 239", "Этерно" ЧТПЗ, "Железный озон 32" и "Финишный центр". Взять к примеру "Высоту 239": белого цвета тут только халаты, которые носят работники, а вот стены выкрашены в ярко красный цвет. Говорят, на покраску цеха ушло 105тонн краски. В регионе даже начались с ней перебои завод скупил все запасы. ЧТПЗ удалось совершить русское чудо и из Емели сделать самурая.Тот случай, когда лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать.

Погнали дальше. Так же безжалостно, как декарбонизация докатилась до Черной металлургии, мы докатились до Зеленой. Зеленая металлургия экологически безопасное производство. Попытка повернуть промышленность лицом к природе и сократить выбросы CO2. Тут уж ничего не попишешь: при производстве стали горный воздух не вырабатывается, а жаль.

Как повернуть? Лучший способ заставить производство платить за выбросы. Сказано - сделано. Некоторые страны приняли на себя повышенные обязательства и начали активно развивать инструменты контроля выбросов. Популярных целых два:

1. Углеродный налог. Производишь грязный товар с большим углеродным следом заплати большой налог;

2. Система квот на выбросы. Это как гигабайты интернета, которые можно купить, использовать, перенести на другой месяц или продать.

Родина сказала "надо", производство ответило "есть" и разбилось на два лагеря. Некоторые производства просто берут и переезжают в другие страны. Туда, где нет налога на углерод или он ниже. В итоге в разрезе конкретной страны выбросы сократились, а в разрезе планеты - просто переехали в другое место. Такой эффект называют утечкой углерода.

Более дальновидные производства вкладывают деньги в новые зеленые технологии.Этому есть причины. В 2019 году в Евросоюзе был принят зеленый пакт ноль выбросов парниковых газов к 2050 году. А до 2050 рукой подать.

У России особенный путь, но климатическую повестку никто не отменял. Мы не вступали ни в какие союзы, но все очень активно обсуждаем.

Металлургия в цветах Datana

Это тотслучай, когда цвет не имеет значения. Мы работаем с промышленными площадками любого цвета, помогая стать им эффективными, безопасными, экологичными и выпускать на рынок лучший продукт.

В следующей статье я расскажу, как мы запихнули видеокамеру в пекло и что мы там увидели. Следите за обновлениями.

А пока вот фотография. Как думаете, что это?

Ответы пишите в комментариях.

Свои производственные заметки мы, помимо Хабра, выкладываем в Telegram-канал.Присоединяйтесь!

А еще мы будем рады видеть вас в своей команде. Те, кто нужен нам прямо сейчас, перечислены тут.