Inteligentny zbiornik chemoodporny z systemem monitoringu jako odpowiedź na zmieniającą się rzeczywistość

Według najnowszych, zweryfikowanych przez Eurostat danych (Manufacturing Statistics) dla Unii Europejskiej, przemysł wytwórczy na terenie UE reprezentuje ponad 2 miliony podmiotów. W związku z tym, że przemysł pozostaje w fazie wzrostu i rozwoju, to z uwagi na jego energochłonność i generowanie dużego obciążenia dla środowiska wymagane jest odpowiedzialne zarządzanie infrastrukturą produkcyjną.

W obecnych czasach wiele zakładów produkcyjnych dąży do tego, by zwiększyć konkurencyjność i utrzymać dobre wyniki finansowe. Model przemysłu 4.0 generuje więc takie wyzwania jak nowe inwestycje, umiejętności, technologie i bezpieczeństwo. Z kolei przemysł 5.0 stawia człowieka w centrum procesu produkcyjnego. Istotne stają się rozwiązania technologiczne w zakresie współdziałania ludzi z maszynami, tworzenia cyfrowych bliźniaków, transmisji, przechowywania i analizy danych czy sztucznej inteligencji. Dlatego też bardzo potrzebne i poszukiwane na tym rynku są innowacyjne rozwiązania odpowiadające na postępującą cyfryzację i robotyzację przemysłu – przestarzałe rozwiązania stają się już niewystarczające.

Pełna kontrola nad zbiornikiem – czy to możliwe?

Wyzwania przemysłu 4.0 nie ominą także producentów i użytkowników zbiorników służących do przechowywania czynników niebezpiecznych lub energii, stosowanych w wielu gałęziach przemysłu. Obecnie na rynku europejskim nie istnieje zbiornik, który pozwalałby jednocześnie na magazynowanie mediów niebezpiecznych oraz ciepła/chłodu przy jego ciągłej cyfrowej kontroli bez angażowania w to czynnika ludzkiego.

Obecnie Zespół Amargo TANK Think Tank wraz z zewnętrznymi specjalistami z Politechniki Warszawskiej, Wydziału Inżynierii Materiałowej, ekspertami z zakresu metodologii MES / FEM – Final Elements Method, a także przy konsultacji i uzgodnieniu ze specjalistami Urzędu Dozoru Technicznego, opracowuje projekt dedykowanych systemów monitoringu zbiorników oraz magazynu energii.

Głównym rynkiem docelowym inteligentnego rozwiązania jest przemysł wytwórczy (zakłady produkcyjne i przetwórcze różnej wielkości oraz obiekty publiczne). Istniejące na rynku zbiorniki przemysłowe zazwyczaj wykorzystywane są do magazynowania związków stosowanych bezpośrednio w samym cyklu produkcyjnym lub w celu uzdatniania wody oraz oczyszczania ścieków. Nie są one jednak przystosowane do magazynowania energii, ani nie zapewniają pełnego bezpieczeństwa i wydłużonego czasu eksploatacji w przypadku przechowywania mediów niebezpiecznych.

Nowa konstrukcja odegra szczególną rolę w zakresie bezpiecznego magazynowania substancji żrących takich jak kwas solny, zasada sodowa, podchloryn sodu, koagulanty PIX i PAX, zanieczyszczone ścieki oraz inne silnie trujące związki wywołujące korozję. Przyczyni się również do rozwoju magazynowania energii. Ten rynek także się rozwija i rośnie w szybkim tempie z uwagi na znaczny wzrost cen energii, braki surowców, niestabilne dostawy, nowe regulacje co do niskiego zapotrzebowania na energię budynków, obniżanie śladu węglowego.

Cyfrowy zbiornik – niedaleka przyszłość, która zaspokoi potrzeby przemysłu

Inteligentne rozwiązanie zaspokoi trzy zbadane potrzeby odbiorców przemysłowych. Pierwszą z nich jest uzyskanie pełnej kontroli nad zbiornikiem przechowującym media niebezpieczne oraz zapewnienie bezpiecznego i niezawodnego magazynowania. Zastosowanie innowacyjnego systemu czujników i dozoru zapobiegnie wystąpieniu niebezpiecznych zarówno dla obsługi, jak i środowiska sytuacji związanych np. z wyciekiem powstałym z uwagi na uszkodzenie zbiornika, a precyzyjniej mówiąc zapobiegnie tego typu uszkodzeniom.

Kolejną kwestią jest kompleksowe podejście do planowania konserwacji, serwisu czy wymiany zbiornika. Ciągła weryfikacja stanu zbiornika umożliwi lepsze planowanie w zakresie konieczności jego wymiany lub wszelkich napraw. Zapewni to także efektywność finansową (obecnie po pewnym czasie na ogół konieczna jest wymiana zbiornika, ponieważ nikt nie jest w stanie przewidzieć, ile czasu jeszcze będzie on bezpieczny dla otoczenia).

Rozwiązanie odegra także rolę w skutecznym magazynowaniu energii np. z odnawialnych źródeł. Powstające nadwyżki energii np. ze słońca czy wiatru w głównej mierze są obecnie marnowane (brak możliwości przechowywania i jedynie niewielkie możliwości nieopłacalnej sprzedaży). Nowy zbiornik dzięki zastosowaniu wysoce efektywnej warstwy izolacyjnej pozwoli na magazynowanie i tym samym oszczędność energii.

Konstrukcja inteligentnego zbiornika

Innowacyjny zbiornik będzie wykonywany w trzech technologiach (ze zgrzewanych arkuszy płyt termoplastów, beznaprężeniową metodą koekstruzji uplastycznionej wstęgi tworzywa, metodą nawojową z użyciem kompozytu oraz wzmocnienia włóknem szklanym lub innym materiałem), co pozwoli na bezpieczne magazynowanie zarówno mediów żrących czy trujących, jak i energii.

Możliwe będzie zbieranie danych w całym cyklu życia zbiornika w środowisku rzeczywistym (badanie poziomu wyeksploatowania), przewidywanie uszkodzeń, deformacji, pęknięć itp. Częste raporty cykliczne i zapis danych pozwoli na dalsze analizy mające na celu poprawę parametrów kolejnych urządzeń oraz wprowadzanie zmian konstrukcyjnych pod kątem optymalizacji.

Produktem powstałym w wyniku realizacji prac badawczych i komercjalizacji będzie łatwoprojektowalny, inteligentny (oczujnikowany), elastyczny (modulowany, tailored made), cyfrowy (chmura, aplikacja), zrównoważony i dbający o środowisko zbiornik wyposażony w system doboru, diagnozy oraz oceny kondycji zbiorników i magazynów energii. 

Rozwiązania decydujące o funkcjonalności produktu

Na cechy funkcjonalne produktu będą miały wpływ wspomniane technologie produkcji: zgrzewanych czołowo płyt tworzywa, beznaprężeniowa metoda koekstruzji uplastycznionej wstęgi tworzywa – zarówno dla formy płaskiej, jak i z profilowaniem usztywniającym – oraz technologia nawojowa z użyciem kompozytu i innych materiałów (o odmiennych właściwościach fizyko-chemicznych).

Zastosowany system cyfrowego monitoringu stanu ścianek zbiornika umożliwi kontrolę występujących naprężeń, odkształceń, wyznaczonej krzywej relaksacji, a w konsekwencji reakcję na agresywne środowisko pracy, co jest szczególnie istotne dla dozorowych chemoodpornych zbiorników procesowych i magazynowych.

Ponadto możliwe będzie ułatwione, łatwo dostępne projektowanie w technologii BIM z wykorzystaniem modeli udostępnionych w bibliotekach Revit i zaimplementowanymi funkcjami na bazie wieloobszarowych kompetencji. 

Korzyści technologii inteligentnego zbiornika

Inteligentna konstrukcja zbiorników realizuje koncepcję Zielonego Ładu UE i wpisuje się w jego założenia o przekształceniu UE w sprawiedliwe i dostatnie społeczeństwo o nowoczesnej oraz konkurencyjnej gospodarce.

Zbieranie danych w środowisku rzeczywistym pozwoli na precyzyjne określenie kondycji zbiornika w całym cyklu życia. Przewidywanie uszkodzeń, deformacji czy pęknięć pozwoli na podejmowanie świadomych decyzji o dalszej eksploatacji obiektu lub o wycofaniu go z eksploatacji. Pozwoli także na poprawę parametrów projektowanych zbiorników oraz stworzenie dokładnego cyfrowego bliźniaka zbiornika.

Jednoczesne zastosowanie trzech technologii wytwarzania zbiornika wraz z implementacją systemu czujników przełoży się bezpośrednio na wydłużenie cyklu życia produktu, bezpieczeństwo obsługi i brak zagrożeń dla środowiska.

Wśród korzyści społeczno-gospodarczych należy wymienić:

• likwidację barier i zwiększenie dostępności – w formie rozwiązań cyfrowych – dostępnych on-line – poprzez metody ułatwiające dobór i projektowanie rozwiązań zbiorników i instalacji do profesjonalnych zastosowań,
• oszczędności ekonomiczne (magazynowanie energii, rzadsze awarie zbiorników, wydłużony cykl życia produktu).

Korzyści środowiskowe/klimatyczne to w szczególności:

• zmniejszenie negatywnego wpływu przemysłu na środowisko (ograniczenie lub zerowa emisja szkodliwych gazów ulatniających się, zabezpieczenie przed zanieczyszczeniem z powodu np. wycieku),
• zapewnienie przedłużonego czasu eksploatacji urządzeń (większa wytrzymałość, monitoring stanu zużycia), a także ograniczenie śladu węglowego,
• bardziej efektywne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii (magazynowanie).

Precyzyjna analiza zbiornika w całym cyklu życia dzięki systemom monitoringu ma szansę stać się nieocenionym wsparciem dla projektantów, wytwórcy i użytkowników zbiorników przemysłowych, jak również instytucji dozorujących badających zbiorniki i decydujących o wydłużeniu okresu ich eksploatacji.