Автор: Д.Г. Федотов (ООО «ХК «Интра Тул»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2017

Технология контроля состояния объектов различного вида по принципу измерения распределения температуры на их поверхности сама по себе не нова. Тепловизор по праву является обязательным к применению прибором для диагностических служб, управлений главного механика, инженера и технолога. К целям, которые предполагаются к достижению при применении тепловидения на производстве, следует отнести не только возможность определения состояния объекта и поиск неисправностей в момент съемки, но и контроль изменения состояния с возможностью прогнозирования развития дефектов при минимальных трудозатратах.

Необходимо отметить, что применение тепловизионной техники совершенно оправдано и позволяет решить ряд первоочередных задач, стоящих перед эксплуатирующими, ремонтными и диагностическими службами.

Но зачастую пользователь сталкивается с отсутствием системы в применении методов инфракрасной диагностики на предприятии, с отсутствием понимания, что есть дефект определенного оборудования и как он выглядит в объективе тепловизора. На основе анализа ряда инспекций, произведенных в том числе специалистами ХК «Интра Тул» на предприятиях различных отраслей промышленности, уже на начальных этапах было отмечено повышение производительности при выявлении температурных изменений и в то же время выявлены типичные ошибки, совершаемые при применении тепловизионного оборудования.

Процесс осуществления тепловизионной инспекции можно лаконично охарактеризовать тремя определяющими вопросами «ЧТО?», «ГДЕ?», «КАК?».

ЧТО? – Объект съемки, его характеристики и рабочие параметры. Сюда в первую очередь стоит отнести электрооборудование, узлы динамического оборудования, поверхности различных типов, в том числе печей, котлов, ковшей, резервуаров, трубопроводов и их изоляционные слои. Не следует забывать о предельных выявляемых температурах, характерных для того или иного вида дефекта.

ГДЕ? – Место съемки. Инспекция применима и требуется на всех известных технологических участках как внешних, так и внутренних, в цехах с различной архитектурой и компоновкой. Необходимо обратить внимание на размеры, расположение и количество диагностируемого оборудования, включая его элементы, учесть расстояние съемки, стесненность условий. Все это влияет на ответ на вопрос «КАК?».

Рис. 1. Примеры обнаруженных тепловизором дефектов
Рис. 1. Примеры обнаруженных тепловизором дефектов
Рис. 2. Схема процесса сбора тепловизионных данных
Рис. 2. Схема процесса сбора тепловизионных данных
Рис. 3. Обработка результата тепловизионной съемки
Рис. 3. Обработка результата тепловизионной съемки

КАК? – Описание процесса съемки – характеристика, отвечающая за сложность и полноту наполнения процедуры осмотра. В ряде случаев при определении начального фронта работ уже может быть сформирована необходимость введения систематических проверок. Естественно, что иногда для этого требуется типовая тепловизионная съемка с привлечением сторонних исполнителей со своим оборудованием. На основе этого разрабатывается подробный отчет с рекомендациями по применению определенного числа и качества, точнее, технического потенциала приборов. На данном этапе закладываются определенные модели оборудования, требования и программное наполнение рабочей станции и сервера для хранения, обработки, анализа и создания отчетов полученных термограмм. Необходимо отметить, что данные процессы уже могут быть частично автоматизированы, и персонал, ответственный за ИК съемку, будет вовлечен в первую очередь в этот процесс сбора и своевременной выгрузки данных, что позволит сократить до 90% рабочего времени на рутинные операции по их обработке.

В ряде случаев рекомендуется применять стационарные системы для постоянного тепловизионного мониторинга оборудования, установок и технологических процессов. При развертывании комплекса вся получаемая радиометрическая информация распределяется по определенным отдельным объектам в кадре, фактически определяющимися отдельными точками и зонами контроля. При этом вывод данных осуществляется визуально в псевдоцвете, позволяющем соотнести температуру и определенную градацию цвета в заданном диапазоне – определенной температуре соответствуют различные градации цвета. В то же время программно строится тренд – график зависимости температуры от времени, что позволяет отслеживать изменение состояния объектов в зоне контроля, пресекать неконтролируемый рост температуры и прогнозировать ее изменения. И, что самое важное, визуальная составляющая является вторичной и позволяет оценить ситуацию на объекте при привлечении оператора. Вся обработка гибко настраиваемых тревог, будь то достижение определенных значений или рост температуры в зависимости от времени для заранее прописанных зон контроля осуществляется сервером, а полученные сигналы могут использоваться как для локальных оповещений, так и для передачи сигналов в используемую сеть автоматизации и управления данными на предприятии.

Описанные способы сбора термографических данных могут быть объединены и применяться в различных комбинациях, что в конечном итоге позволит контролировать актуальное состояние всех участков единовременно с выводом данных на общий пост мониторинга или интерфейс любой из находящихся в сети рабочих станций. От выбранного способа решения проблем, связанных с внедрением подобных систем, зависит качество диагностики, актуальность и правдивость данных.

Кроме того, ставится цель в достижении результатов, при которых человеческий фактор будет иметь наименьшее влияние на качество выполняемой диагностики.

Оборудование, средства сбора данных, обработки и анализа

Для осуществления качественных ежедневных инспекций рекомендовано применение тепловизора с неохлаждаемой матрицей и разрешением не менее 320?240 пикселей, температурной чувствительностью не хуже 0,05 K и диапазоном измеряемых температур от –20 до +650°С и поддержкой съемных объективов для выполнения различных задач. Под температурной чувствительностью подразумевается минимально возможная детектируемая разница температур. Эта характеристика напрямую влияет на выявление различий в температурном распределении отдельных поверхностей.

Рис. 4. Сравнение температурной чувствительности приборов: а – с высокой чувствительностью; б – с меньшей чувствительностью
Рис. 4. Сравнение температурной чувствительности приборов:
а – с высокой чувствительностью;
б – с меньшей чувствительностью

На рис. 4 приведено сравнение термограммы двух приборов. Как видно, на термограмме высокоточного прибора (см. рис. 4, а) ярко выражена зона с пониженной температурой. Термограмма четкая, избавлена от шумов.

На правом изображении (см. рис. 4, б) заметна рябь, холодные и горячие участки различимы только в местах с высоким отклонением температуры.

Необходимо обратить внимание на обновление частоты кадров прибора: настоятельно рекомендуется применять оборудование с поддержкой обновления тепловизионного изображения с частотой не менее 30 кадров в секунду. Это избавит от необходимости проведения повторной операции после выявлении смазанного изображения, проявляющегося при съемке оборудования в движении, при дрожании рук из-за неудобного положения или воздействия прочих внешних факторов, при этом нередки случаи, когда съемку невозможно повторить при тех же условиях.

Рис. 5. Тепловизионная последовательность. Сравнение результатов съемки с заданным интервалом в программе IRT Analyzer
Рис. 5. Тепловизионная последовательность. Сравнение результатов съемки с заданным интервалом в программе IRT Analyzer

Для выполнения задач, требующих высокой точности и повторяемости результатов, можно предложить использовать тепловизор с поддержкой записи радиометрического видео, автофокусом. Подобные приборы отличаются чувствительностью до 0,025 K и разрешением вплоть до 1024×768 пикселей.

Программное обеспечение. В качестве универсального средства для сбора, анализа и создания отчетов на основе полученных тепловизионных данных можно предложить единственное решение – IRT Analyzer. Данная программа умеет работать с большинством термограмм, полученных камерами от известных производителей, в том числе поддерживает прямое подключение ряда тепловизоров для сбора потока данных в режиме реального времени. Расширенные функции измерений позволяют сделать высокоточный анализ, сохранить настройки для каждого из кадров и применить их для последующих инспекций. Функция создания многостраничных отчетов на основе стандартного шаблона Word или выгрузка в формате HTML значительно уменьшает время на получение желаемого результата.

Те же характеристики распространяются и на стационарные системы контроля, но здесь необходимо в первую обратить внимание на наличие специализированного программного обеспечения, поддерживающего одновременную стабильную круглосуточную работу нескольких тепловизионных камер, запись полученных данных в формате радиометрического видео и его обработку в реальном времени, а также поддержку внешних устройств.