ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.09
Infravörös termográfia: az ipari hibafelismerés és -diagnosztika sokoldalú eszköze Tárgyszavak: infravörös termográfia; hibafelismerés; hibadiagnosztizálás.
Az infravörös termográfia A termográfia a kármegelőzés leggyorsabb, legegyszerűbb és mindenek előtt legbiztosabban informáló módszere, kezelésében – különös tekintettel a színes hőképek értékelésére – minden karbantartónak jártasságot kellene szereznie. Az infravörös (Infrarot-, infrared-, IR-) termográfia a megelőző karbantartás igen gazdaságos eljárása, alkalmazásával korán és gépleállás nélkül felfedezhetők a gyártósorok hibái és veszélyforrásai. Az infravörös termográfia szilárd testek és fluid közegek felületi hőmérsékletének infravörös kisugárzásán alapuló mérése IR-kamerával, amely az érzékelő által felvett hősugárzást síkban leképezett hőmérsékleti információvá alakítva tárolja. A mai, nagy teljesítőképességű, emellett könnyű és jól kezelhető termográfiás rendszerek részlethű, hőmérsékletre kalibrált „hőképeket” (termogramokat) szolgáltatnak. Legújabb generációjukhoz FPA-minőségű (focal plane array) detektor tartozik. Rutinvizsgálatokhoz beváltak az ún. mikrobolométerek, 240x340 pixeles detektorfelbontással és legalább 60 IR-képpel. Az érzékelt hősugárzáshoz akkor lehet hőmérsékleteket rendelni, ha ismertek a tárgy felszínének a mindenkori hullámhossztartományra érvényes emisszióadatai. A valós idejű hőkép megjeleníti a hőmérsékleteloszlást a tárgy felületén, amelynek elemzéséből következtetni lehet belsejének állapotára és az ott végbemenő folyamatokra.
A hőkép értelmezése Az eredményeket a színeik szerint értelmezhető hőképeken kívül olykor az anyagokban lejátszódó történéseket időbeliségükben bemutató filmek szemléltetik. Mindkét megjelenítés értékes tájékoztatást ad a folyamat-ellenőrzés, a tűzvédelem és a karbantartás számára, de a hőképekből hőmérséklet-különbségekre következtetni – különböző környezeti feltételek mellett, de reprodukálhatóan – csak alapos felkészültséggel lehet. Ugyancsak nagy szakértelem szükséges a kamera, a detektor és az optika, valamint a csatlakozó szoftver megtervezéséhez. Az infravörös kamera színes termogramot készít szemmel nem látható hibákról. Erről a nagy feloldású, ún. hőképről leolvasható, hogy pl. egy kapcsolószekrény mely pontból mennyi hőmennyiséget sugároz ki. Erőteljes szín laza szorítókapocsra, túlterhelt kapcsolóra, sérült kábelszigetelésre utal. A kapcsolók túlterhelése gyakran okoz tüzet, így a termográfia a tűzvédelemnek is értékes eszköze. A termogram értelmezésében segít a bármilyen PC-be beépíthető speciális szoftver. Így a felhasználó saját laptopján keresztül küldhet számszerűen vagy grafikusan dokumentált állapotjelentést. Ilyen módon –40 és 500 °C közötti hőmérsékleteket lehet láthatóvá tenni és értékelni. A képkiértékelést követő végső döntéshez gyakran elengedhetetlen az abszolút hőmérsékletek ismerete. Pl. 60 °C egy tárgy felszínén gyulladásveszélyt jelez, és a termogramon közvetlenül felismerhető, hogy mikor kell egy felforrósodott komponens miatt a rendszert kikapcsolni. A fordított helyzet is elképzelhető: a csővezeték-hálózat felvételén látható fehér tartomány a hőszigetelés hiányára utal, ami télen a vezeték befagyásának veszélyével jár.
Az infravörös termográfia alkalmazásai Termográfiával fel lehet kutatni az emberi és állati testben zajló gyulladás gócát, és analóg módon jár el a IR felvételező gépalkatrészek hőigénybevétele esetén. Az alkalmazás lehetőségei az elektrotechnikán kívül lefedik az energiaszektort, valamint a klíma-, a szabályozás- és méréstechnikát, de még a mechanikai működés felügyeletét is. Ez utóbbiak közé tartozik hibás motorcsapágyak, tömítetlen szelepek vagy eltömődött csővezetékek felderítése. Felismerhető szellőzőcsatornák szennyrészecskék okozta eldugulása, kondenzátumleválasztók hibája vagy fűtőtestekben a tömítéscsere
esedékessége. IR-termográfia nagy haszonnal alkalmazható klímaberendezések hibáinak felkutatásában, amikor is kevés pénzért nagy pazarlást, ti. az „utca fűtését” lehet megszüntetni. Az IR-kamera azt is megmutatja, hogy a hiányos hőszigetelés vagy a szigetelőanyag sérülése miatt hol áramlik kifelé a hő. Ellenőrzés gyártás előtt és közben A termográfia a gyártásközi ellenőrzésnek is értékes eszköze. Mozgó, forgó részek hőmérsékletének érintésmentes mérése a kamerával lehetővé teszi pl. homogén termékek egyenletes vagy egyenetlen haladásának észlelését a futószalagon, vagy hőerőműben a keverék egynemű voltának ellenőrzését egy bemerített henger felszínén levő anyag termogramja alapján. Megtérül a gépek üzembe helyezés előtti IR-termográfiás vizsgálatának költsége is, amennyiben egy-egy túlmelegedés érzékelése felhívhatja a figyelmet gépelemek hibás méretezésére. Hasznos és egyszerű is a módszer használata még egy speciális feladatra, silók töltésszintjének meghatározására kívülről. Alkalmazás kőolaj-fiomítókban A kőolaj-finomítási eljárások túlnyomó részében – lévén hő- és energiaigényes – az IR-technika alkalmazásával a karbantartás és a megelőzés területén tetemes megtakarításra van lehetőség. A túlhevült és a termogramokon színük által feltűnő helyek, a „hot-spot”-ok, a finomítói diagnosztika értékes „tünetei”. A petrolkémiai üzemekben a meghibásodások és üzemzavarok preventív megfigyelésének fontos területei a kemencék és a fűtőcsőhálózat, a termoelemek, a tömítések és hőszigetelések, a folyadékszint a tartályokban, a kondenzátor-hűtőbordák, valamint a villamos és áramellátó rendszerek. A fűtőcsövekben a szénlerakódás növeli a hőmérsékletet, csökkentve a csövek élettartamát. Az IR-kamera a csőfelületnek ezeket a zónáit a környezőnél melegebbnek érzékeli, mivel a szénréteg megakadályozza a csőben az egyenletes hőelnyelést. A szénlerakódás az égők lángáttöréseket okozó beállításának nyomravezetője is lehet. A csőbelsők szénbevonata megzavarhatja a fűtőrendszer több pontján elhelyezett hőérzékelő termoelemek működését, amelyek a hőmérséklet mérésével gondoskodnak az energiát jól kihasználó fűtésről.
IR-technikával ellenőrzik a vezetékek tűzálló hőszigetelésének állapotát is. A finomítók telephelyén több km hosszúságban fektetett csővezetékekben gyakran hosszabb-rövidebb szakaszokon kísérőfűtés tartja a terméket a kívánt folyékony halmazállapotban. Ha az összetömörödött szigetelés nem elég hatékony, kiválhat a termék és eltömheti a csövet. A termogramok és fényképek alapján feltárt kritikus zónákat vagy szakaszokat a tervezett állásidők alatt meg lehet tisztítani, megelőzve eldugulásukat. A környezeti és tűzveszélyt elkerülendő, ugyancsak termográfia segítségével ellenőrzik a tartályok töltésmagasságát és összehasonlítják a megengedett szinttel. A kemence burkolófalának hézagain nem kívánt levegő az égéstérbe jutva megemeli a lánghőmérsékletet, ami igen sok nitrogénoxid képződését vonja maga után. A levegőbeáramlást a hőfelvételen hideg helyek jelzik. A korszerűségre törekvő kőolaj-finomítók keresik az IR-termográfia további alkalmazási lehetőségeit, mert abban az ágazat valamennyi üzemének tapasztalatai megegyeznek, hogy az ilyen rendszerek telepítésével elérhető energia- és költségmegtakarítás révén a beruházás költsége olykor a reméltnél is hamarabb megtérül. IR-termográfia nagyüzemekben Az USA-beli Houstonban működő Lyondell-Citga Refining Company Ltd. 15 éve alkalmazza megelőző karbantartó rendszerében az IRtermográfiát. IR-kamerák felügyelik egész éven át a kőolaj-finomító 69 és 13 kV-os áramellátó rendszerét, a kapcsolóegységet és a 480 V-os motorvezérlést pedig negyedévenként ellenőrzik. A kiesésnek e két területen percenként több milliós veszteség volna a következménye. A cég a gyakorlatában szereplő 143 folyamat-fűtőelem többségének havi vagy negyedévi felülvizsgálatával máris milliókat takarított meg azzal, hogy fény derült a fűtőcsövek szénlerakódásaira. A Bayer AG-nál is a termelés tartozéka a termográfia. Az érintésmentes hőmérsékletmérésre hasonló nagyüzemek számos lehetőséget kínálnak: az erőműveket, kazánokat, hűtőrendszereket ugyanolyan gyorsan és pontosan kell vizsgálni, mint a nehezen megközelíthető csővezetékeket, kapcsolószekrényeket és épületrészeket. De ugyanilyen fontosak az IR-kamerával, így a FLIR Systems Termo CAM-jával a mikroszkopikus tartományban végzett mérések, amelyeknél 15 µm-ig terjedő feloldás is szükséges lehet.
Termográfia az energetikában Az egész civilizált életet meghatározó jelentőségüknél fogva az energiatermelő egységek működési zavarainak gazdasági és ökológiai hatásai kiterjedten és több szinten érezhetők. Az energetika ezért nem nélkülözheti műszaki berendezéseinek folyamatos felügyeletét, ezzel lehetővé téve kialakuló sérülések, károsodások korai felismerését, biztonságuk, üzemképességük és megbízhatóságuk, valamint a környezet védelme érdekében. A termográfia sokoldalú alkalmazhatóságával ennek különösen hasznos eszköze. Kapcsolt energia- és hőtermeléssel működő erőműben nagy hővesztesége miatt szükségessé vált a gázturbinás üzemben kiegészítő fűtéssel működő hulladékhő-hasznosító gőzkazán termográfiás ellenőrzése. A kazánházban a rendszer kikapcsolását kiváltó nagy hőmérsékletemelkedést az erősen felmelegedett kazánfalak okozták, amelyeket maximálisan 50 °C-ra (kézzel még érinthető hőfokra) terveztek. A lehűtés és az üzem újraindítása után elrendelt termovíziós ellenőrzés infravörös képeinek színei a környezeti 25–30 °C-hoz képest a kazánfalakon hőveszteségre utaló helyeket jelöltek ki, amelyekből következtetéseket lehetett levonni a kazán hőszigetelésének egyenetlenségére. Hőmérsékleti csúcsok mindig észlelhetők konstrukciós elemekhez köthető, un. hőhidakon (hordozóéleken, visszaáramló csöveken, támaszokon) lépnek fel, de ezúttal a falsíkok hőmérséklete is elérte helyenként a 85 °C-ot. Súlyosabb problémák elkerülésére az illetékesek a kazánszigetelés felújítása mellett döntöttek. A kazánszigetelés tűzálló rostok szövedékének több, összesen 300 mm vastag rétegéből állt, köztük gázátáramlást akadályozó fémfóliával. A felhelyezett új belső szigeteléssel még mindig túl magas volt a hőmérséklet. Bár néhány mérőponton 90 °C-kal csökkent a hőátütés hőfoka, másutt újabb hot-spot-ok jelentek meg (285 °C-os maximummal), a kazánfal hőfoka, 60–120 °C-ával jóval meghaladta a szanálás előtti értéket. Az első felújítás sikertelensége után a második során a szigetelést ugyanolyan vastagságban, de négy rostos rétegből építették fel, hármat a fallal párhuzamos, egyet rá merőleges száliránnyal, és hőálló ragasztóval is bevonták. A termogramok másodszor kellő szigetelésről, azaz 40 és 55 °C közötti falhőmérsékletről tanúskodtak. A belső konzoloknál kiugró hőmérsékletként is 200 °C-val alacsonyabb értékeket mértek a ko-
rábbinál keskenyebb profillal. A termográfia ezúttal a szigetelési hibák korrekt kijavítását segítette.
Termográfia a tűzvédelemben A tűzvédelem kétirányú érdek: az ipari biztosítóintézetek gondja a berendezések és termelőeszközök, a szakszervezeteké a dolgozók óvása tűztől. A vállalatokat törvény kötelezi alkalmazottaik és berendezéseik károk elleni védelmére és az ehhez rendelkezésre álló intézkedés teljes kihasználására. A tűzkárok gyakran az elégtelen ellenőrzés és felügyelet, máskor az elhanyagolt tűzvédelmi szabályok számlájára írhatók. A villamos eredetű kárösszegek egyetlen ipari biztosítóvállalat ügyfeleinél évente milliókat is elérhetnek. Időszakos IR-monitoring segítségével a villamos, de nagyrészt a mechanikai károsodásokat is meg lehet előzni.
IR-kamerák A Flir Systems ThermoCAM E-25 márkajelű IR-kamerája és ThermoCAM QuickView kiértékelő szoftverje kisebb vállalatok számára is elérhetővé teszi a rendszeres használatát a karbantartási, minőségbiztosítási és tűzvédelmi ellenőrzések és megelőzés céljára. A ThermoCAM-E25 egyszerűen kezelhető „jó fogású” (de övre is erősíthető) készülék, amely a gyors hibafelderítést vagy nagyobb üzemzavart, káros eseményt elhárító észlelést világosan értelmezhető termogramokkal képezi le. 700 g súlyával jelenleg a világ legkönnyebb IR-kamerája. Emellett el van látva fröcskölő víz és por elleni védelemmel, használható a „legellenségesebb” ipari környezetben és légkörben is. A készüléket a nagy képfelvevő dinamika megvédi a túl erős sugárzás, a visszavert napfény vagy egy véletlenül a képbe került forró tárgy zavaró hatásától, azaz ilyen körülmények között, sőt a kamera mozgatásakor is kifogástalan kép jön létre. Csak ezekkel a feltételekkel lehet erős napfényben és magas hőmérsékleten felvételeket készíteni. A ThermoCAM E-25 képei színes és LCD-képernyőn jelennek meg, helyben elemezhetők, az elemzési eredmények azonnal közölhetők az illetékes munkatársakkal. Az IR-termográfia alkalmazási lehetőségei közül bizonyosan csak a gázokkal kapcsolatos ellenőrzés marad ki. De bármely bevált területen nélkülözhetetlen a sokszínű termogramokon való eligazodás. A szakem-
berképzés során tehát az IR-kamera kezelésével egyenrangú gondot kell fordítani a tarka „hőképek” kiértékelésében sok példán elsajátítandó jártasságra. Az IR-termográfia rendszeres használata, a gépek, berendezések üzemképességével együtt óvja a dolgozók testi épségét és egészségét is. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Irodalom Liebelt, F.; König, Ch.: Vielseitige IR-Thermografie. = Verfahrenstechnik, 2004. 11. sz. p. 64–67. Infrarot-Kamera. = CIT Plus, 7. k. 9. sz. 2004. p. 48–49. Blaschke, D.: Thermografieeinsatz in der Kesselanlage eines Wärmeverbundkraftwerks. = Technische Überwachung, 45. k. 11/12. sz. 2004. p. 32–34. Ostermayer, P.: Schwachstellen auf der Spur. = MM Das Industrie Magazin, 2004. 36. sz. aug. 30. p. 24–25.
