آکوستیک امیشن برای ارزیابی سلامت سازه­، گذشته-حال-آینده

اساسا تمامی سازه‌ها و قطعات صنعتی در طول کارکرد خود باید بازرسی شوند. این در حالی است که گاهی عوامل محیطی و مخرب موجود می‌تواند آثار مخربی بر عمر سلامت سازه یا قطعه مورد نظر داشته‌ باشند. از نتایج برخی از این آثار می‌توان به نشتی، خوردگی و رشد ترک در سازه اشاره کرد که در صورت بارگذاری و شرایط محیطی مخرب می‌تواند به خرابی کامل سازه منجر شود. چنانچه این معایب پس از رخداد پدیدار شوند هزینه سنگین و گاه جبران‌ناپذیر بر جای خواهند گذاشت. به همین منظور برای پیش‌بینی و جلوگیری از رخداد این معایب، از سیستم پایش سلامت سازه استفاده می‌شود. یکی از روش‌های کاربردی پایش سلامت سازه‌ها آکوستیک امیشن است. در این مقاله این روش برای ارزیابی سلامت سازه‌ها به اختصار تشریح و در دوره‌های مختلف مورد بررسی قرار می‌گیرد.

سیستم‌های یکپارچه نظارت بر سلامت ساختاری (ISHM) با آزمون آکوستیک امیشن (AE) به طور فعال برای نظارت بر یکپارچگی ساختاری سازه­‌های واحدهای مختلف در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌­ها، پتروشیمی­‌ها و در بسیاری از صنایع دیگر استفاده می‌شوند. اهداف کاربرد ISHM ، بهره‌برداری ایمن از تجهیزات و بهینه سازی نگهداری بر اساس استراتژی پیشگیرانه است. هدف اصلی آن تشخیص و شناسایی عیوب خطرناک در مراحل اولیه می­‌باشد.

کاربردهای روش آکوستیک امیشن در ISHM

• ظاهراً اولین کاربرد روش AE در ISHM سیستم نظارت بر راکتور هسته‌ای بود که توسط وستینگهاوس در سال 1976 توسعه یافت (شکل 1).

شکل 1 : سیستم مانیتورینگ آکوستیک امیشن وستینگهاوس 1976

• نمونه دیگری از کاربرد AE در ISHM، پروژه­‌های شرکت فنلاندی ACUTEST در ایجاد و معرفی AE ISHM در پالایشگاه Porvoo فنلاند است. سیستم‌های ISHM برای کنترل وضعیت فنی بیش از 150 تجهیز در 8 واحد پالایشگاهی ایجاد شد و استفاده از این سیستم‌ها باعث افزایش قابل توجه در ایمنی و سودآوری پالایشگاه گردید(شکل 2).

شکل 2 : سیستم مانیتورینگ آکوستیک امیشن در پالایشگاه Neste Oy فنلاند

• در روسیه اولین سیستم‌های AE ISHM در سال 1993 برای کنترل مداوم شرایط سازه­‌های بسیار خطرناک مانند مخازن کرایوژنیک برای گازهای هیدروکربنی مایع (شکل 3) ایجاد شد.

شکل 3 : سیستم مانیتورینگ مخازن LPG با آزمون آکوستیک امیشن در روسیه 1993

امروزه استفاده از تکنیک آکوستیک امیشن جهت ارزیابی سلامت سازه­‌ها بسیار گسترش یافته‌ است. به عنوان مثال در روسیه  تا سال 2000 میلادی حدود 370 تجهیز با این روش بصورت آنلاین مورد ارزیابی قرار گرفته است.

شکل 4 : برخی از تجهیزات مانیتور شده توسط آزمون آکوستیک امیشن تا سال 2000، روسیه

بین سال‌های 2008 تا 2018، بیشتر از 930 مقاله در زمینه آزمون آکوستیک امیشن منتشر گردید. کشورهای چین، آمریکا، انگلستان، ژاپن، آلمان و روسیه بیشترین میزان انتشار مقالات در این حوزه را داشته­‌اند.

شکل 5 : نمودار مقالات درحوزه آزمون آکوستیک امیشن بین سالهای 2008 تا 2018 به تفکیک کشور

مقالات مرتبط با آزمون آکوستیک امیشن در 4 حوزه اصلی که به تفکیک در شکل 6 مشخص است.

شکل 6 : مقالات آزمون آکوستیک امیشن به تفکیک کاربرد و حوزه‌های مرتبط

همانگونه که در شکل بالا نمایان است، بیشترین مقالات آزمون آکوستیک امیشن در حوزه کاربرد پایش وضعیت (مانیتورینگ) و تعمیرات پیشگیرانه بوده است. همچنین پیش‌بینی می­‌شود، کاربرد آزمون آکوستیک امیشن در SHM  بیشترین رشد (9 درصد) را طی پنج سال آینده دارد.

آینده آزمون آکوستیک امیشن :

• سنسورهای Optical AE

سنسورهای نوری به طور عملیاتی و در وسیع‌ترین محدوده امکان تغییر فرکانس و ثبت نوسانات سیگنال‌های AE را به طور مستقیم می‌دهند. همه اینها نه تنها به حل مشکلات استخراج سیگنال‌های مفید از نویز کمک می‌کند، بلکه شرایطی را برای استفاده از مانیتورینگ AE و  محاسبه کمی یک منبع ایجاد می‌کند.

شکل 7 : طرح ساده شده سنسورهای Optical AE در سیستم AE ISHM

• سیستم‌­های Wireless

این یکی دیگر از جهت گیری‌های چشم‌انداز توسعه سیستم‌های AE ISHM است. سیستم‌های بی‌سیم اجازه می‌دهند تا سیستم ­‌های مانیتورینگ پیکربندی خود را به‌طور انعطاف‌پذیر تغییر دهند و با توجه به موقعیت عیوب احتمالی، به‌طور عملیاتی در محل­‌های مورد نظر تنظیم شوند. و البته، از کیلومترها کابل کشی بی‌نیاز شوند. همچنین امکان مانتورینگ از راه دور به راحتی فراهم خواهد شد.

با توجه به گسترش فضاهای ذخیره سازی و انتقال اطلاعات و تکنولوژی آنالیز آماری اطلاعات، سیستم‌­های مانیتورینگ آینده می­‌تواند مجموعه وسیعی از داده‌­ها را دریافت، مقایسه و گزارش دهی نماید و بصورت لحظه‌­ای اطلاعات مربوط به وضعیت سلامت و قابلیت سرویس دهی تجهیزات را در اختیار کاربران قرار دهد.

شکل 8 : سیستم ­‌های مانیتورینگ و ISHM در آینده

آکوستیک امیشن برای ارزیابی سازه ها