Термография

Приложение в енергетиката

Това е втората статия, посветена на приложението на термографията в енергетиката. В първата се спряхме на възможностите, които предлага тази технология, някои от нейните ограничения и използваните устройства. Сега разказваме за нейното приложение в електроенергийните, газопроводните и нефтохимичните системи.

Текст: списание Енергия

Термографията се използва за проверка на съоръжения, които пренасят, трансформират или използват електричество, газ или нефтени продукти. По този начин могат да се открият аномалии, течове, механични или други дефекти, загуба на енергия или повреди и дисбаланси, които иначе биха останали незабелязани до момента, в който не предизвикат сериозен инцидент, неизправност на оборудването и прекъсване на работата му.

В основата на инфрачервената термография е фактът, че всички обекти излъчват в инфрачервения спектър. По тази причина тя играе важна роля в енергийния, нефтохимически и газов сектор. Термичната 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. Тя осигурява 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, както и да се определи точното местоположение на потенциалната проблемна точка. Чрез инфрачервени термографски проверки могат да се открият тези нежелани горещи точки, за да се идентифицират източниците на загуба на енергия.

Приложения в електроенергийната система

Инфрачервената термография намира все повече приложения при поддръжка на електрическата система. Електрическо оборудване е съставено от сложни електрически компоненти. Тъй като тези електрически компоненти започват да стареят, тяхната работа може да започне да се влошава и да доведе до повишени температури, които, ако не бъдат открити навреме, могат да доведат до катастрофални пожари. Освен това, тъй като електрическата система се променя, разширява и модернизира, в този случай термографията може да открие друг тип проблеми като проблеми със свързването, претоварване, неправилно балансиране. Нормалното износване, вибрации, химическо замърсяване, корозия, умора на материала, разширяване и свиване, свързани с промени в натоварването и температурата и неправилно сглобяване или инсталиране, може да понижи проводимостта или да увеличи нивото на съпротивление на връзка или компонент. Това увеличаване на съпротивлението довежда до повишени температури на електрическата връзка или механичния компонент, което често не може да бъде открито с просто око, но може лесно да се измери и отбележи с инфрачервена камера.

Термографското тестване на електрическо оборудване предотвратява повреди, прави ремонтите по евтини, защото открива проблеми, преди те да станат по-сериозни, открива енергийни загуби, предотвратява неочаквано изключване на системата поради неизправност. Ранното откриване на проблеми удължава живота на електрическата система и предоставя по-безопасна работна среда. Сред оборудването, за което инфрачервената термография е подходящ метод за тестване, са силовите трансформатори, електропреносните линии, разпределителни уреди и релета, електрически табла и др. Типичните проблеми в електрическите инсталации, които могат да бъдат открити с инфрачервена термография, включват връзки, които са разхлабени, лошо инсталирани, корозирали и т. н., дисбалансирано натоварване, дефектно оборудване, претоварени вериги, износени компоненти, термични аномалии в батерии и др.

Термографичната проверка на електрическо оборудване може да се извършва по различен начин в зависимост от мащаба, местоположението и спецификите на проверяваните обекти. Въздушните инспекции се използват, когато е необходимо да се проверяват дълги електропроводи, като се използват или хеликоптери, или безпилотни летателни апарати (БЛА). Този метод предоставя ясни предимства по отношение на скоростта и достъпността, затова и се използва тогава, когато наземни препятствия биха попречили на тестване на цялото съоръжение от подходящото разстояние. Инспекциите от превозно средство за оф-роуд са подходящи, когато е възможно проследяването на силовите кабели, но това налага придвижване извън пътната мрежа. Инспекцията, извършвана пеша, е препоръчителна, когато проверяваните обекти се намират на леснодостъпни места. Тя има предимството на острия контраст на термографските изображения на компонентите поради фона на небето, който излъчва много ниска температура. Това не може да се постигне при въздушните инспекции, при които фонът може да бъде растителност, трева, асфалт, и др., които имат по-висока температура и съответно предоставят по-слаб контраст със съоръженията.

Въздушната инфрачервена термография започва да се използва, макар и все още в ранен етап на популяризация, за откриване на неизправности в мащабни фотоволтаични централи, при които наземните проверки отнемат много време и са по-трудоемки и поради това обикновено се ограничава до произволно избрани области на фотоволтаична централа. С термографията, приложена с БЛА, могат да се установят различни повреди като горещи точки, късо съединение, прекъснати проводници. Възможно е да се открият почти всички видове дефекти във фотоволтаичните клетки и модули, тъй като те оказват влияние върху рекомбинацията на носителите на заряд и вследствие на това на топлинното излъчване от фотоволтаичните модули, а термографското изображение може да предостави информация за точното физическо местоположение на дефект. Резултатите от отделните проведени такива инспекции трябва да се обобщят, за да се установят най-правилните подходи за извършването им и спецификите, които трябва да се вземат предвид. Малките или средните по размери БЛА са подходящи за носене на инфрачервени камери, а роторните предлагат възможност за летене на ниска височина, летене на място и получаването на точни изображения и точната локализация на повредата. В допълнение, едновременно с термографията могат да бъдат заснети визуални изображения могат, чрез които могат да бъдат обхванати този вид неизправности, които не могат да бъдат открити с инфрачервена термография, като например дефекти на обезцветяване. Важни за придобиването на качествени данни са настройките на полета, като надморска височина, скорост и ъгъл на видимост на камерата. Размазване на изображенията може се появи, когато скоростта на полета е по-висока от скоростта на заснемане на изображението и може да доведе до неправилни интерпретации на данните. Точността на метода зависи от разделителната способност на сензора и височината на полета. В зависимост от необходимата прецизност, надморската височина може да се променя, за да се ускори проверката и да се съсредоточи върху предварително определени дефекти.

Приложение на термографията в газопроводните и нефтохимичните системи

Освен за електрически мрежи и оборудване, инфрачервената термография се използва и за проверка на оборудване, свързано с петролната и газовата промишленост. Това включва съоръжения за извличане и пренос на петрол и природен газ, за тяхното пренасяне, преработка и използване в заводи или енергийни централи. Във всеки рафинерен комплекс има множество инсталации, които изпълняват разнообразни функции, във всеки завод има парно, хидравлично, електрическо и механично оборудване, оборудване под положително/отрицателно налягане, изградено от различни метали и сплави със своите особености, чиято изправност трябва да бъде проверявана регулярно.

Процесът на рафиниране на петрола се провежда на няколко етапа. В рамките на една нефтохимическата рафинерия има отделни химически инсталации. Предприемането на инфрачервена термография на офшорна платформа може да обхваща стандартно оборудване като електрически разпределителни уреди и помпи. Материалите, извличани от кладенците, могат да причинят пагубни ерозионни проблеми на тръбопроводите, клапаните и съдовете. Един от най-често срещаните начини за наблюдение на пясъка и неговото въздействие е чрез ултразвукови сензори, монтирани на стратегически места по поточните линии, но те имат своите ограничения. Друго ефективно средство за наблюдение на пясъка, който преминава през кладенците, е чрез провеждане на термографско изследване на сепараторните съдове. Основната функция на офшорния сепаратор е бързото отделяне на пясък, вода, нефт и газ. Всеки от тези материали има много различен термичен капацитет и проводимост, което прави възможно използването на инфрачервена термография за локализиране на относителните нива на твърди частици и течности. Чрез термични изображения може ясно да се различат слоевете пясък, вода, нефт и газ, дори да се види схемата на потока на пясъка през изпускателните дюзи, което може да помогне да се определи кои клапани ще бъдат по-засегнати от ерозивната сила на пясъка.

След извличането от платформите обикновено има два основни продукта, които се изпращат на две различни места. Суровият нефт обикновено се пренася по подводни тръбопроводи за по-нататъшно рафиниране. Често приложение на инфрачервената термография на този етап е мониторинг на нивата в резервоарите. Голяма част от разпределението на мощността в нефтохимическите инсталации се използва за задвижване на двигатели, помпи и компресори. Това оборудване е жизненоважно за работата на централата и инфрачервената термографска проверка на роторно оборудване обикновено се извършва често.

Природният газ често изминава големи разстояния по тръбопроводи, докато достигне до основната си дестинация, която обикновено е електроцентрала. Налягане, топлина и природен газ се използват за въртене на турбини, които от своя страна въртят генераторите, като така се произвежда електрическа енергия. В рамките на турбинната секция могат да се открият течове в уплътненията. Секцията на генератора съдържа статор и ротор. И двете съоръжения могат да бъдат инспектирани с инфрачервена термография, но генераторът трябва да бъде изключен и разглобен. Ядрата на статора са направени от метални пръти, които съдържат много малки тънки плочи, наречени ламинации. И статорът, и роторът могат да бъдат инспектирани с инфрачервена термография чрез увиване на няколко намотки с изолирани кабели по оста на статора. След това през намотките преминава предварително изчислено количество ток, за да се генерира подходящ топлинен поток. Целта на тази проверка е намиране на потенциални дефекти и пролуки в ламинациите, които съставляват цялото ядро. Тези дефекти могат да причинят големи повишения на температурата, което в крайна сметка да доведе до изгаряне на статора или ротора.

Нефтените горива се използват и за загряване на котли с цел генериране на пара. След това парата се използва за множество цели като производство на енергия и задвижване на турбини, които от своя страна задвижват помпи и компресори. Природният газ или рафинираното гориво се използват за отопление и загряване на технологични нагреватели. За да се поддържа ефективността и безопасността, котлите и отоплителните уреди се инспектират с инфрачервена термография, за да се следи състоянието на изолацията и огнеупорните средства, както и температурата на тръбите. Друга употреба за природен газ в химически завод е производството на водород чрез процес, наречен реформиране. Природният газ се изпраща в напълнени с катализатор тръби в пещта на реформатора и се смесва с парата, генерирана от котлите. Пещта на реформатора се нагрява чрез много горелки, които обикновено използват природен газ като гориво. Тази топлина създава каталитична реакция, която произвежда водород от природния газ и пара. Инфрачервената термография се извършва върху реформаторни пещи по подобен начин на проверките на котела и нагревателя.

Котли, генериращи пара, се използват във всички нефтохимически и химически заводи. През повечето време необходимата пара трябва да е суха и прегрята. Но щом напусне котела, парата започва да се охлажда и кондензира. Този кондензат може да причини много проблеми в тръбопроводите и оборудването и трябва да бъде изхвърлян от тръбопроводите за пара, за което се използват парни капани. Задачата на парния капан е да запази сухата пара в тръбите и да се отърве от вредния кондензат. Нужно е да се гарантира, че капаните не остават в отворена позиция, изпускайки не само кондензат, но и използваната пара. Инфрачервената термография, заедно с ултразвуково тестване, често се използва за определяне на работното състояние на парните капани.

За да може парата, газът, петролът и други течности и газове (горещи или студени) да бъдат разпределени правилно в химическите и нефтохимическите заводи, преминаването им през тръбопроводите трябва да бъде контролирано или пренасочвано през клапани. Инфрачервената термография може да се използва за проверка дали клапаните са в отворено или затворено положение, което е сравнително проста проверка, но обикновено не може да се установи докъде е отворен клапанът. Тръбопроводите също могат да бъдат запушени, да се образуват вътрешни блокажи, ограничения и стеснения, които обикновено са свързани с течността, която се пренася, и температурата, която поддържа. Инфрачервената термография е много полезна за идентифициране на такива вътрешни блокажи и стеснения.

Химическите и нефтохимическите инсталации не се състоят само от горещи съдове и тръбопроводи. В някои заводи има криогенни процеси, така че има и студени тръби, помпи, съдове и резервоари. Инфрачервената термография се използва за проверка на тези видове студено оборудване за проблеми, свързани с изолацията, които могат да доведат до загуби на енергия и ефективност. Също така студеният втечнен природен газ в един танкер и топлият въздух извън резервоара предизвиква конденз по цялата външна обвивка, подпомагащ развитието на микроорганизми, предизвикващи корозия. Нефтохимичните съоръжения и тръбопроводи за природен газ имат и хиляди връзки и фитинги, които трябва да се проверяват редовно. Най-бързият и ефективен начин за проверка дали при тези елементи имат течове са инфрачервените камери. Невидими с просто око, течовете на газ изглеждат като дим върху камерите за изобразяване на газ, което ги прави лесни за откриване.

Някои ограничения на технологията

Въпреки огромните си предимства, инфрачервената термография има също някои недостатъци и ограничения. За интерпретирането на резултатите са необходими определен опит и знания. Получаването на висока точност може да бъде трудно поради различната излъчваемост на различните материали, както и поради отражения от други повърхности. Също така инфрачервените камери не могат да извършват измервания през електрически шкафове или масивни метални шини, затова, когато е възможно, трябва да се премахват тези прегради, така че камерата да е насочена директно към електрическите вериги и компоненти. Тъй като е необходимо да има директен изглед на електрическите компоненти, които се сканират, капаците трябва да бъдат премахнати, което може да бъде опасно, създавайки предпоставка за електрическа дъга.

Една фирма може да извършва самостоятелно термографски проверки или да наеме консултант, тъй като в много случаи за правилното засичане на показанията и интерпретирането им са нужни специално обучение и богат опит. Квалифицираните термографисти могат да правят изводи от получените по време на сканирането топлинни данни, като вземат предвид текущото натоварване, околната температура и други променливи условия. Въз основа на познанията си за възможностите на използваната камера и за сканираната електрическа инсталация, те могат да предложат последващи действия като поддръжка, ремонт или подмяна на проблемния компонент или оборудване. Но при проверките все пак е добре да присъства и професионалист, който е добре запознат с конкретното оборудване, неговите специфики и историята на поддръжката му.