Лазерная очистка внутренней поверхности труб

Лазерная чистка имеет широкий спектр применения: от пищевой промышленности до атомной отрасли, каждая из которых требует внедрения неординарных решений. 

В этот раз инженеры Pokkels взялись за многостороннюю и масштабную задачу – разработать автоматизированную систему очистки внутренней поверхности труб F-Clean PLC 1000 от низкоактивных радионуклидных загрязнений. Заказчиком выступил ОАО “Газпром”. 

Проблематика

Задача – внедрить на производстве систему очистки насосно-компрессорных труб (НКТ) с внутренним диаметром 100 мм и длиной 12 м. Внутренняя поверхность труб неоднородно покрыта ржавчиной, оксидной пленкой и радионуклидными загрязнениями, включенными в карбидные отложения. Общая толщина загрязнений локально могла превышать 3 мм.

Перед нами стояло несколько задач:

1. Снизить плотность потока β-частиц по внутренней поверхности трубопровода до 40 част/см²×мин;
2. Снизить плотность потока α-частиц — до 2 част/см²×мин;
3. Обеспечить отсутствие пыли;
4. Создать шероховатость очищенной металлической поверхности 0,7-1,5 мкм;
5. Добиться производительности не менее 0,7 пог. м/час.

Почему лазер?

Существует несколько традиционных методов избавления от радиоактивного загрязнения на внутренней поверхности труб. Все они используют дополнительные материалы для вымывания или прочистки (вода, растворы, сорбенты и т.д.). Эти материалы, в свою очередь, поглощают часть дозы от загрязненных труб, а значит, что после окончания работ их тоже необходимо фильтровать, захоранивать или дезактивировать. 

 Лазерная чистка использует несколько другой механизм. Так как загрязнение очень низкоактивное, оно не проникает во внутренние слои металла, а остается на поверхности – в ржавчине, солях и прочих отложениях на стенках труб. То есть, чтобы удалить загрязнение, необходимо избавиться от ржавчины, и лазерная чистка отлично справляется с этой задачей.

При лазерной обработке загрязнение быстро нагревается  за счет большой энергии фотонов, а после испаряется (аблирует) с поверхности. В результате радиоактивные частицы «отрываются» от металла вместе с ржавчиной и прочими отложениями, не повреждая поверхности металла.

Решение

Серийные установки POKKELS не подходят для этой задачи – стандартный пистолет слишком крупный для работы в ограниченном пространстве. Поэтому наши инженеры разработали уникальную лазерную головку: убрали классический сканатор и заменили его системой зеркал для развертки луча на 360°.  Для свободного прохождения лазерного луча оснастили систему электродвигателем с полым валом,  туда же поместили оптоволокно и электронику. 

Следующим вызовом стало обеспечение должного охлаждения лазерной системы. Перегрев оборудования приводит к снижению качества очистки, поэтому мы внедрили внутрь лазерной головки клапан подачи воздуха, а к свободному концу трубы герметично подсоединили трубу вытяжки.

Но недостаточно оградить от пыли только оборудование, необходимо обезопасить и персонал. Эту проблему решает четырехступенчатая вытяжка, которая задерживает частицы пыли и выпускает чистый воздух.  

Работать с установкой не только безопасно, но и удобно: она максимально автоматизирована. Для запуска и начала работы достаточно одного оператора – он должен только закрепить коннектор на трубе и подключить вытяжку.

С помощью простой и понятной системы управления оператор настраивает параметры очистки (скорость продвижения и вращения головки, мощность лазера) или использует автоматическую программу очистки. Когда процесс заканчивается, система самостоятельно выключается. Оператор снимает коннектор, заменяет трубу, и оборудование готово к дальнейшей работе.

Результаты работы

Разработка системы – от концепции до пуско-наладочных работ – заняла год. За это время мы создали уникальную лазерную головку, разработали систему охлаждения, оптимизировали процесс управления установкой, повысили производительность очистки до 20 пог.м/ч при исходном требовании в 0,7 пог.м/ч. 

Запуск системы на территории заказчика прошел успешно.