ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина XII, брой 4, 2020

Термография

Технология и апаратура

Термография

При термографските инспекции се проверява работата на оборудване на базата на излъчваната от различните компоненти топлина (инфрачервено излъчване). С напредването на тези технологии, услугата става все по-финансово достъпна, като предоставя безценна информация, която помага за по-добрата поддръжка на различни съоръжения, съответно за по-голямата безопасност и ефективност на тяхната работа, както в индустрията, така и в енергетиката.
В поредица от две статии, списание Енергия ще запознае читателите с възможностите, които предлага тази технология. В тази статия се спираме на принципите на работа, използваните устройства, както и някои от техните ограничения. В следващия материал ще разкажем за приложението на термографията в електроенергийните, газопроводните и нефтохимичните системи.


Термографията играе важна роля в нефтохимическата, химическата и енергийната промишленост. Тези индустрии трябва да отговарят на високи изисквания за производствен обем, като същевременно намаляват оперативните разходи и предотвратяват повреди, за да не предизвикат загуби в производството, засягащи крайния потребител. В миналото, поради високата цена, тази услуга е била достъпна само за много големи компании, но както и при другите технологии, при които се отбелязва бързо развитие, термографското сканиране вече се е превърнало в много печеливш инструмент за осигуряване на безопасността и ефективността в малки и средни предприятия. Най-важните предимства на термографската инспекция са, че е безконтактен метод, използван от безопасно разстояние, който дава визуална картина на състоянието на инсталацията и нейните компоненти, резултатите са достъпни в реално време и могат да се открият дефекти, преди да създадат сериозни проблеми, а точното местоположение на потенциалната проблемна точка може лесно да се определи. Чрез инфрачервени термографски проверки могат да се открият тези нежелани горещи точки, за да се идентифицират източниците на загуба на енергия.

Технология
В основата на инфрачервената термография е фактът, че всички обекти излъчват в инфрачервения спектър. Специална термична камера може да прави визуални изображения на количеството инфрачервена енергия, излъчвана, предавана и отразявана от обект, а количеството инфрачервено лъчение се увеличава с температурата на обекта. Инфрачервената термография прави невидимото инфрачервено лъчение видимо и помага да се видят разликите в температурата между различните компоненти в една инсталация и показва, че температурната разлика е значителна или че се излъчва прекомерно количество топлина (т. е. има гореща точка). В енергийния сектор термографията се използва за проверка на състоянието на електропроводи, трансформатори, вятърни турбини или мониторинг на газопроводи и нефтопроводи. Термографите обикновено използват един от три метода при извършване на термични проверки, като избора зависи от вида на оборудването, което се проверява, и вида на данните, които се търсят.

Сравнителната термография се използва за измерване на температурата на подобни компоненти при подобни условия. Сравнявайки резултатите се получава полезна информация за състоянието на компонентите и за скрити проблеми. Термографските сравнения могат да бъдат количествени или качествени. Качествените проверки се фокусират върху разликите в температурата, а не върху реалните температури. Количествените проверки измерват точно температурата и/или разпределението на температурата и обикновено се извършват от специално обучен термографист. Повечето приложения за съвременна термография са качествени, но използването на количествени измервания заедно с качествени може да помогне за определяне на сериозността и спецификите на проблема.

В други случаи термографията се използва, за да се зададе базова референтна точка за елемент или устройство, като се отчитат температурни показания, когато елементът или устройството е в добро състояние. Тя се използва в сравнение с други топлинни изображения, за да може рано да се идентифицират потенциални проблеми. Препоръчва се да се правят такива базови измервания на всички критични елементи или устройства, когато те са нови или непосредствено след като са били ремонтирани.

Термографията може да се използва също за показване на термични тенденции, т. е. как температурата се разпространява в компонент или устройство във времето. Този метод е подходящ за разглеждане на механично оборудване със сложни термични излъчвания или когато тези излъчвания се развиват бавно. Тази инфрачервена термография помага да се определи правилен график за поддръжка, който свежда до минимум времето, в което съоръжението е изключено.

Когато става дума за техники за тестване с инфрачервена термография, има няколко варианта, от които да се избира. Пасивната термография се състои в заснемане на термични изображения, докато машината работи или веднага след работа. Това позволява да се съберат данни без външен източник на енергия и без да е нужно изключване на машината. Активната термография изисква външен източник на енергия, за да покаже как топлината преминава през компонент, като чрез температурните отклонения в компонента се откриват дефекти и износване на материала. Пулсовата термография използва импулси, за да локализира препятствия, блокиращи топлинния поток в компонент. С въвеждането на акустични вълни в машина или компонент, вибротермографията може да определи къде може да са се образували пукнатини в материала. Смущението, причинено от акустичната енергия, създава триене между двата грапави ръба от двете страни на пукнатината. Това произвежда топлина, която се открива от инфрачервената камера. Подобно на много от другите техники, заключващата (lock-in) термография изисква външен източник на енергия (светлина, звук, топлина и др.) и се прилага към повърхността на компонента, за да се открият аномалии под повърхността. Макар да отнема повече време от предишните техники, тя може да даде видимост при компоненти с по-дебели стени. Когато се използва заключваща техника, времето за измерване значително се увеличава в съответствие с планираната разделителна способност в сравнение с измерването в реално време и може да отнеме няколко минути. Поради това е особено полезно, ако тези видове измервания могат да се правят едновременно с широкоформатна камера с висока геометрична разделителна способност.

Устройства, използвани в енергетиката
Инфрачервеният термометър в най-основната си форма се състои от леща, която фокусира инфрачервеното топлинно излъчване върху детектор, който превръща излъчваната енергия в цветово кодиран сигнал. Инфрачервените термометри са проектирани да измерват температурата от разстояние, предотвратявайки необходимостта от контакт с обекта, който се измерва. Днес има различни конфигурации на инфрачервени термометри за конкретни приложения.

Известен още като пирометър, точковият инфрачервен термометър наподобява ръчен радарен пистолет и се използва за откриване и измерване на температурата на определено място на повърхността. Точковите инфрачервени термометри са идеални за измерване на топлинно излъчване върху труднодостъпни компоненти, работещи при екстремни условия. Важни за работата на точковите инфрачервени термометри са зрителното поле и разстояние до обекта, които трябва да се вземат предвид при извършване на измерването и след това при интерпретиране на данните.

Системите от инфрачервени скенери сканират по-големи площи и често се използват в производствени инсталации с конвейери. Сканирането на предмети върху конвейерна лента или листове от стъкло или метал, излизащи от пещ, са често срещани приложения на такива системи.

Инфрачервените камери за термично изображение представляват тип радиационен термометър, използван за измерване на температура в множество точки на голяма площ и създаване на двумерни термографски изображения. Тези камери притежават значително по-сложен софтуер и хардуер от точков термометър. Повечето камери показват изображения в реално време и могат да бъдат свързани към специализиран софтуер за по-задълбочена оценка, точност и генериране на отчети. Термичната камера работи, като преобразува инфрачервената енергия в дисплей с видима светлина - термограма, което от своя страна се преобразува в електрически импулси. Тези импулси се преобразуват в данни за дисплея на камерата. Тази информация се появява на дисплея като различни цветове в зависимост от интензитета на инфрачервеното излъчване и следователно от температурата на обекта. Съществуват два основни типа камери: тези с охладени и такива с неохладени детектори. Охладените инфрачервени камери дават по-добро качество на изображението, но цената им също е по-висока и с тях не е толкова лесно да се работи, колкото с неохладените камери. Повечето камери имат вградени цифрови камери, които позволяват обединяване на визуални и инфрачервени изображения. Подобна функция е полезна при анализиране на изображения и изготвяне на отчети.

Има няколко характеристики, които трябва да се вземат предвид при избора на устройство, с което да се извърши термична обработка. Разделителната способност на детектора показва броя на пикселите в изображенията. Топлинната чувствителност се отнася до най-малката разлика в температурата, която камерата за термично изображение може да открие. Например камера, показваща чувствителност от 0,05 градуса, означава, че може да разпознае разликата между две повърхности с температурна разлика от пет стотни от градуса. Температурния диапазон на камерата е минималната и максималната температура, която камерата може да измери. Други съображения при закупуване на камера включват дали снимките могат да бъдат запазени и/или споделени с други хора и дали е необходимо регистрирането на действителната температура на компонента или просто температурни разлики. Фокусът е от критично значение при измерването, защото камера извън фокус води до неправилни измервания на температурата и отчети с ниско качество. След като топлинното изображение се запише в паметта, всички променливи, като например фонова температура, могат да бъдат променени по всяко време в софтуера за отчитане.

Всеки пиксел на термограмата съответства на цвят в температурната скала. Диапазонът на тази скала от най-ниската до най-високата температура е известен като динамичен диапазон. Сляпото използване на автоматична температурна скала на инфрачервена камера създава приятни изображения, но може да бъде подвеждащо. Палитра е цветовата схема, използвана за показване на топлинните излъчвания в термично изображение. Трябва да се избере палитрата, която най-добре идентифицира и представя проблема. Някои приложения могат да бъдат по-добре гледани и анализирани в монохромна палитра, като сиви или кехлибарени тонове, а в други ситуации може да са по-лесни за анализ и обяснение в цветова палитра, като синьо-червено или такава с висок контраст. Правилното използване на цветовите палитри и динамичният диапазон на изображение са свързани помежду си. Синьо-червената палитра е най-лесно разбираемата палитра, но може да бъде много подвеждаща, ако не се приложи правилния динамичен диапазон - хладните компоненти може да изглеждат червени, а при друга неправилна настройка горещите компоненти може да изглеждат по-хладни, съответно проблемът с тях да не изглежда толкова сериозен.

За обработка и интерпретиране на данните от термокамерите съществуват различни софтуерни приложения, предлагащи разнообразни функции, които позволяват използването на активни и пасивни методи на термография. По отношение на различни влияещи фактори могат да се използват различни модели за корекция. Възпроизвеждайки съответната ситуация на измерване, тези модели взимат предвид всички фактори, влияещи върху резултата от измерването, като например радиация от околната среда. Това позволява да се постигнат точни резултати от измерването на температурата, ако са изпълнени необходимите условия. Някои термографски софтуерни приложения комбинират термографските изображения и обикновени фотографски изображения с различна степен на прозрачност в едно и също изображение, за да се предостави още по-пълна информация за точката на повреда и самата инсталация, което помага за създаването на по-ясни и по-изчерпателни доклади, които улесняват работата на персонала, който ще трябва да извърши ремонт на тестваното оборудване.

Понастоящем се правят големи инвестиции в инсталирането на термографични портове за електроразпределителни устройства. Тези портове позволяват да се извършват инфрачервени проверки, без да се премахват капаците на разпределителните уреди, като по този начин ще се избегне излагането на работниците на риск от електрическа дъга. Инсталирането на постоянни инфрачервени сензори и непрекъснатите инфрачервени монитори също са разумни методи за разпознаване на потенциални термични повреди на критично оборудване. Чрез използването на инфрачервени микроскопски лещи могат да бъдат разгледани и най-малките геометрични структури. Минутните промени в температурата се откриват с помощта на заключващи техники за измерване и охладени фотонови детектори.