Тепловизионный контроль в энергетике
Своевременное обнаружение источников потерь энергии устраняет причину непредвиденных расходов на ремонт электрооборудования. Оперативно найти невидимые глазу «черные дыры», излучающие во Вселенную тепло и поглощающие, как вампиры, деньги предприятий, позволяют устройства теплового контроля — тепловизоры.
Главная причина неисправностей
Неконтролируемый перегрев — очень неприятное явление в любом виде промышленной деятельности, для любого устройства и механизма. Неисправный контакт или несмазанная деталь сигнализируют о нем едким запахом гари. После чего в подавляющем большинстве случаев эти изделия нуждаются в основательном ремонте или замене. А ведь обнаружить утечку тепла и предотвратить аварию или даже катастрофу, связанную с перегревом, можно на самых ранних этапах его появления. Для этого достаточно взглянуть на объект потенциальной опасности через окуляр тепловизора.
Тепловизионное обследование — недорого и безопасно
В отличие от привычных видимых изображений, получаемых в основном за счет отраженного или проходящего света, тепловые изображения создаются благодаря смещению максимумов спектров собственного излучения тел при их нагревании в коротковолновую область. Изменение эффективной температуры поверхности тела в определенной мере соответствует деталям визуально наблюдаемой картины, поэтому создаваемый тепловизором видимый аналог теплового изображения в псевдоцветах может иметь внешнее сходство с наблюдаемым объектом. А это очень важно для объективного анализа угроз, создаваемых дефектами в различных приборах, устройствах, оборудовании.
Основные достоинства тепловизионного контроля — это высокая безопасность работы, незначительные эксплуатационные затраты, недорогое техническое обслуживание, низкие инспекционные расходы. Тепловизионный контроль, используемый в технической и медицинской диагностике, мониторинге окружающей среды может осуществляться двумя методами: пассивным и активным.
Пассивный метод заключается в использовании естественного тепла, выделяющегося в процессе производства или эксплуатации объекта контроля и наблюдении с помощью тепловизионной системы распределения температур во времени и пространстве. Сравнение с идеальной моделью рассеивания тепла позволяет определить все отклонения температуры, важные для режимов эксплуатации.
Активный метод обычно применяется после охлаждения объекта. Для этого используют внешний источник тепла, создающий в материале термоудар. Тепловизионная система анализирует распространение тепловых волн в динамике и по изменению теплопроводности в материале обнаруживает внутренние дефекты.
Плохой контакт — путь к убыткам
Наиболее массовым объектом тепловизионного контроля в электроустановках являются контактные соединения в открытых и закрытых распределительных устройствах. Установлено следующее распределение дефектов по контактам: болтовые соединения — 48 %: спрессованные — 6 %, сварные швы — 2 %, контакты разъединителей — 43 %, проводники и кабельные сети — 1 %.
К массовым объектам теплового контроля относятся также изоляторы (в особенности фарфоровые) в гирляндах высоковольтных линий передачи и изоляторы на вводах силовых трансформаторов, электродвигателей, шинных мостов, фарфоровые крышки электрических аппаратов.
Тепловизионный контроль необходим также для диагностики состояния многоэлементных вентильных разрядников, высоковольтных трансформаторов (по перегреву вводов определяют качество внутренней токовой петли в фарфоровой рубашке, заполненной маслом), коллекторных щеток электрических машин, рубильников, стоек и других нагруженных током узлов.
Экономический эффект от проведения мероприятий по тепловизионному контролю высоковольтных линий передачи (110 – 750 кв.) в результате уменьшения числа аварийных отключений в энергетических системах, оценивается в несколько десятков миллионов рублей в год.
В отдельных случаях за один день работы можно обнаружить столько дефектов, что это окупит стоимость тепловизора. Например, на химических, металлургических, машиностроительных заводах, не говоря уже об объектах атомной энергетики, стоимость ликвидации аварии может во много раз превышать стоимость тепловизора.
Обширна номенклатура электротехнических узлов, подлежащих тепловому контролю непосредственно на заводах: электролизные ванны, в которых с помощью тепловизора определяют число и местонахождение коротких замыканий по разности температур нормально нагретого и перегретого катодов.
В коммунальном хозяйстве теплоэнергетические устройства и коммуникации, как и объекты электроэнергетики, ввиду специфики их работы легко разделить на классы «годен — негоден» по тепловому полю. Без тепловизора не обходится ни одно ЖКХ. Коммунальщики ежедневно сталкиваются с неисправностями коммунальных сетей, их задача — быстро и своевременно устранить причину. Благодаря тепловизору это стало возможным.
На земле и в небе
В последние годы во многих странах тепловизоры внедрены для контроля за тепловым загрязнением водоемов, для обнаружения утечек горячей воды и пара из тепловых коммуникаций. При этом прибор устанавливают на вертолете, катере или автомобиле.
Еще одним объектом теплового контроля в теплоэнергетике и коммунальном хозяйстве служат дымовые железобетонные и кирпичные трубы. В последних с помощью тепловизора можно обнаружить сквозные и несквозные трещины, разрушение кирпича и раствора.
В железобетонных трубах тепловым контролем выявляются следующие дефекты: трещины, нарушения сцепления бетона с арматурой, места течей конденсата, разрушения швов бетонирования. Эти дефекты влияют на температурное поле трубы и вызывают повышенное потребление энергоносителя котлом.
Обычный визуальный осмотр сопряжен со значительными трудностями при работе на высоте, требует остановки котлоагрегатов на 2—3 суток. А использование тепловизора позволяет найти дефекты в течение нескольких часов без остановки котла.
Тепловизионный контроль — полная картина состояния теплоизоляции
При этом контролируются такие теплофизические характеристики, как тепловое сопротивление, воздухо - и влагопроницаемость, теплоустойчивость. Основные преимущества теплового контроля: высокая производительность, дистанционность испытаний (в пределах прямой видимости), создание архивов термограмм.
Получаемая интегральная тепловая картина здания дает наиболее полную характеристику его теплоизоляции. Эти данные можно использовать при приемке сооружений у строителей (при сдаче приемочной комиссии нового или отремонтированного здания), при проверке строительных конструкций на соответствие нормативом теплоизоляции. В Москве, например, разработана программа по утеплению зданий, и для определения первоочередных объектов реконструкции проведение оперативного теплового контроля экономически очень выгодно.
Развитие тепловых методов контроля в ближайшем будущем может привести к созданию тепловизионных служб в городах и на отдельных предприятиях. Среди задач таких служб контроль энергохозяйства (подстанций, трансформаторов, рубильников, паровых кранов, трубопроводов, котлов), наблюдение за параметрами технологических процессов, состоянием строительных объектов; неразрушающие испытания продукции; экологический контроль.
Эффективно также применение тепловизионного осмотра тиристорных панелей на железной дороге и в метрополитене.
Тепловизор незаменим везде, где температура является критерием качества работы технологических линий и аппаратов, а ее аномалии служат индикатором отклонений параметров системы от номинальных значений.
Мировая практика тепловизионного контроля
Методы тепловизионного контроля в областях производства, транспортирования, преобразования, консервации и потребления различных видов энергии используются в мире более 25 лет.
Опыт одной электроэнергетической компании в Швеции, осуществляющей стопроцентный контроль подстанций (до 150.000 узлов в год), показал, что альтернативы тепловизионному контролю в этой области нет, т. к. перегретые узлы образуются непрерывно.
В Бельгии благодаря многолетнему планомерному использованию тепловидения число отказов на электрических подстанциях сократилось в три раза.
В Норвегии все линии электропередачи перед сроком истечения гарантии подлежат тепловому контролю.
В Дании тепловизором, установленным на автомобиле, за ночь проверяют до 100 км теплотрассы. Запись термограмм ведут на видеомагнитофон, а участки обнаруженных утечек горячей воды обводят мелом на мостовой. (Можно ли себе представить такое у нас ?) Фирма General Motors (США) нашла на своих предприятиях более 44.000 применений системам технического зрения, в ряде которых используются тепловизоры.
Национальное бюро стандартов США разработало методику расчетов тепловых потерь с поверхности промышленных объектов, позволяющую количественно оценить износ теплоизоляции печей, накопительных емкостей, дымовых труб.
Тепловизор — сколько это стоит?
Профессиональный тепловизор — дорогостоящий прибор: стоимость его от $25 до $200 тыс. Но, по данным экспертов, он окупает себя всего за 3 месяца, поскольку около 10% всех дымовых труб оказываются поврежденными (а чем это чревато, наверно, не стоит объяснять), один неисправный паровой кран может причинить ущерб до $1,5 тыс. в год. Своевременное обнаружение и ликвидация этих повреждений убережет предприятие от огромных убытков. С каждым годом цена тепловизоров снижается, купить тепловизор в скором времени смогут даже обычные пользователи для собственных нужд.
Важным применением тепловидения является также экологический мониторинг. Воздушная и космическая тепловизионная съемка ландшафта может быть использована для ряда целей, имеющих большое прикладное значение, а также принести стране и крупным предприятиям значительные экономические выгоды.
Например, при изучении водных ресурсов регионов по температурным различиям (течений, обусловленных стоком рек, для оценки водоносных горизонтов), для обнаружения заболеваний лесов и сельскохозяйственных культур, для обнаружения очагов зарождающихся пожаров (в лесах, в отвалах угля, сланцев, торфяника), а также для определения границ крупных очагов пожаров сквозь пелену сплошного дыма, где никакими другими известными сейчас методами такой картины получить не удается.
При малой подвижности воздуха тепловые аномалии, вызванные техногенными факторами, над городами охватывают слои атмосферы на высотах до 250—400 м, а контрасты (перепады) температуры могут достигать 5¸6 °С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогу. Своевременное обнаружение этих температурных аномалий, отражающих невидимые опасные процессы вокруг нас, позволит принять меры для устранения причин возможных аварий на предприятиях, на транспортных магистралях, а также снизить заболеваемость населения в крупных промышленных центрах.
С помощью воздушной тепловизионной съемки можно оперативно определить предпосылки возникновения и наличие течей в нефтепроводах и газопроводах, в теплотрассах, водопроводах, места возможных возгорании торфяников или сланцев, снизив тем самым или устранив потери энергоносителей и затраты на ликвидацию последствий экологических катастроф.
Об учете, контроле и предупредительной диагностике и энергосбережении у нас всегда говорилось много, но эта сфера по неясным причинам остается менее развитой, чем в других странах. Жить без контроля, конечно, можно. Но не слишком ли это дорого стоит?
