Data i skyen sikrer effektiv drift og vedligehold af stålkonstruktioner

Monitering af stålkonstruktioner for revner og korrosion er vigtigt for anlægsejerne. De har brug for at vide, hvordan det står fysisk til med anlægget og om det evt. er muligt at levetidsforlænge konstruktionen. Det optimale ville være at have adgang til den slags data 24-7 i stedet for at være afhængig af, at inspektører manuelt skal inspicere anlægget. Det kan både være dyrt og tage lang tid.

FORCE Technology har over de seneste to år arbejdet på resultatkontraktprojektet ”Intelligent monitering af funktionskritiske stålkonstruktioner (iMON)”, der er støttet af Styrelsen for Institutioner og Uddannelsesstøtte. Denne artikel omhandler de resultater, der er opnået i projektet.

Projektet adresserer to forskellige måder til at monitere stålkonstruktioner på:

• UT-patch, som med ultralyd skal monitere revner og korrosion på ståltanke og rørledninger
• Teknologi, der skal monitere tilstanden af havvindmøllefundamenter.

Undgå dyre inspektionsregninger, når anlægget skal tilstandsvurderes

Sidder du som SMV´er med nogle få tanke og rørledninger i din virksomhed, kan det være en dyr omgang at skulle have dit anlæg tilset for korrosion og revnedannelse med jævne mellemrum. Der går meget tid med at mobilisere inspektørholdet og efterfølgende skal de vurdere data og afrapportere. Imens det står på, er du nødt til at lukke din produktion ned, så mandskabet kan komme til at lave ultralydsinspektion på anlægget. Er der tale om en stor industrikoncern, der skal lukke ned, for at der kan laves et turnaround, er det i sagens natur også en dyr omgang.

Forestil dig at kunne overvåge dit anlæg døgnet rundt uden at lukke produktionen ned. Med den teknologi, der udvikles i resultatkontraktprojektet, bliver det muligt at få løbende data om korrosion og revnedannelse direkte på din pc. Dette scenarie bringer os tættere på en fremtid med mere effektiv drift og vedligehold. 

Plaster skal monitere korrosion og revnedannelse

Vi har udviklet et slags plaster, UT-patch, der kan monteres på anlæg, tanke og rørledninger. Det er fyldt med ultralydssensorer. Pt. er der testet et plaster, der er på størrelse med et A5-ark, altså ca. 20x10 cm. Med den teknologi, der er udviklet i projektet indtil videre, er der i teorien ingen begrænsning for, hvor store de kan laves. 

Der findes moniteringsløsninger på markedet i dag, som er baseret på punktmålinger. Men studier af historisk inspektionsdata fra områder med korrosion har vist, at der kan være stor forskel på korrosionens aktuelle position og udbredelse. Derfor har vi ønsket at udvikle en sensor, der kunne dække et område med samme høje opløsning, som en automatiseret inspektion kan levere.

Det er vi efter teoretiske studier og simulering lykkedes med, og vi er kommet frem til et koncept, som er testet med gode resultater. Sensoren udnytter avanceret ultralydsteknologi, som bliver forsimplet, ved at den har god tid til at udføre opgave. 

Vi udnytter, at sensorerne sidder det samme sted, og vi har derfor ikke behov for flere korrosionsudmålinger i timen. Udviklingen af sensoren er stadig på konceptstadiet, og der arbejdes videre med at lave den første prototype, som kan testes i felten.

Hvordan ser der ud inde i havvindmøllefundamenterne?

Et af de indsatsområder, som resultatkontraktprojektet har arbejdet med, er grøn energi og derigennem også problemstillinger inden for havvindmøller. 

En af udfordringerne ved havvindmøller er det meget barske miljø. Vedvarende påvirkninger fra vind, bølger, vand og salt er hårde ved en kompliceret stålkonstruktion som en vindmølle. Ejerne af havvindmølleparkerne ønsker derfor at monitorere en række parametre, der direkte eller indirekte, kan vise belastningerne på og tilstanden af vindmøllen.

Der findes forskellige systemer til monitorering af laster, mekaniske og kemiske parametre, for det meste udviklet til andre brancher og dermed andre (og mildere) miljøer.

Parallelt hertil sker der i disse år en dramatisk udvikling i størrelsen af havvindmøllerne. Størrelsen og dermed investeringen og omkostningerne ved nedbrud gør det fortsat mere attraktivt med bedre monitorering af stadigt flere parametre for at kunne styre og dermed minimere risici.

Endeligt er udviklingen indenfor digitalisering og IoT nået så langt, at prisen og kapaciteten på computerkraft, dataopbevaring og datatransmission, dataopbevaring og databehandling gør det nu muligt at etablere og anvende detaljerede digitale tvillinger.

Alle tre emner (ønsket om monitorering, størrelsen på møllerne og anvendelsen af digitale tvillinger), øger behovet for monitoreringssystemer, der kan tåle miljøet i hele møllens levetid. 

Der er derfor i dette projekt arbejdet med at udvikle og teste nye teknologier til monitoreringssystemer, der potentielt kan levere de ønskede data til den ønskede pris.

Sensorer skal måle dybt i havbunden for at sikre levetiden

For at gøre moniteringen så effektiv som muligt, er det vigtig at kunne placere sensorerne hvor det er relevant. Det vil i visse tilfælde sige nede i havbunden. Sensoren skal altså placeres et sted, der er meget svært tilgængeligt og med begrænset plads. Derudover skal arbejdet udføres på havbunden i en vandfyldt monopile. 

Den udfordring er tæt forbundet med de øvrige elementer i monitorering. Dette projekt har derfor testet forskellige principper og metoder til at løse denne opgave. Der er fastlagt en metode, der efterfølgende skal udvikles og fuldskala testes.

Accelereret test skal validere holdbarhed af komponenter.

En af udfordringerne ved anvendelse af komponenter til havvind, kan være den langvarige eksponering for vand og tryk. Der er i projektet etableret en facilitet til eksponering af komponenter, som for eksempel sensorer, kable, stik, montagesystemer og lignende. Formålet er at foretage accelererede tests af forskellige løsninger under kontrollerede forhold. Der er således igangsat en række tests, og vi fortsætter med at følge påvirkningen og forbedre installationen for at nå optimal udnyttelse af vindmølleparkens levetid.

IoT og Big Data hjælper med at sikre effektiv drift og vedligehold

For begge områder gælder det at data skal opsamles og behandles. Den intelligente monitering skal transmittere strukturelle data og give et øjebliksbillede af konstruktionens aktuelle helbredstilstand med henblik på effektivisering af drift og vedligehold. Al data fra sensorerne ender i systemet IoT Central fra Microsoft Azure. 

Vi er i projektet kommet frem til, at den bedste løsning for visualisering af data fra de mange sensorer er et miljø, hvor der er mulighed for at behandle data og koble dem til risikoværktøj eller digitale tvillinger. 

Ved at kigge på de første måneders datastrøm og derigennem lære hvordan en komponent opfører sig, har vi bygget værdi ind i den forsatte datastrøm. Og algoritmerne kan på den måde hjælpe med at alarmere om unormal opførelse, der bør tiltrække operatørernes opmærksomhed. 

På længere sigt kan et intelligent moniteringsprogram være med til at reducere inspektionsudgifterne ved målrettet at kunne udpege kritiske områder.

 

Projektet er medfinansieret af Styrelsen for Institutioner og Uddannelsesstøtte.