ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.09
Termográfia alkalmazása a megelőző karbantartásban Tárgyszavak: megelőző karbantartás; termográfia; állapotfüggő karbantartás.
Miért hasznos a termográfia? A hőfejlődés gyakran az első jele egy berendezés meghibásodásának, ezért annak kimutatása fontos eszköze lehet az állapotfüggő megelőző karbantartásnak. Ahhoz, hogy ezt a feladatot elvégezhessék, az infravörös sugárzásra érzékeny fényképezőgép vagy manapság egyre inkább kamera szükséges. A megelőző karbantartásban a kritikus alkatrészek hőmérsékletét gyakran ellenőrzik, és annak időfüggéséből fontos következtetéseket vonnak le a berendezések állapotára és megbízhatóságára vonatkozóan. A berendezések aktuális állapota alapján elvégzett karbantartás megelőzheti a váratlan, nem tervezett leállásokat, ami kevesebb kiadást jelent az utólag (meghibásodás után) végzett javításokhoz képest, és megnyújtja a berendezések várható élettartamát, egyszerre optimalizálja a termelést és a karbantartást. A berendezések felülvizsgálata (inspekciója) kevesebb időt igényel, mint a javítás, különösen ha hőérzékeny kamerát (termokamerát) használnak. Ezek segítségével érintkezés nélkül kétdimenziós hőmérsékleteloszlási képet lehet készíteni a vizsgált berendezésről. A pontszerűen működő hőmérők csak egy-egy pontról szolgáltatnak adatot, a hőkamera viszont a kritikus alkatrész egész környezetéről. A hőkamerák adatait központi számítógépben tárolni lehet, ami megkönnyíti a felvételek öszszehasonlítását. Felmérések szerint egy jól kivitelezett állapotfüggő megelőző karbantartási program 30–40% megtakarítást hozhat a meghibásodás utáni „követő” (reaktív) karbantartáshoz képest. A különböző felmérések az alábbi átlagos adatokat szolgáltatták az állapotfüggő megelőző karbantartási program javára a meghibásodás után végzett karbantartáshoz képest:
• a befektetés megtérülése tízszeres, • a karbantartási költségek 25–30%-kal csökkennek, • a rendkívüli leállások kiküszöbölhetősége 70–75%, • az állásidő 35–45%-kal csökken, • a termelés 20–25%-kal nő. A konkrét megtérülési számításokhoz meg kell állapítani a rendkívüli leállások költségeit (munkaerőben, anyagban, termeléskiesésben). A hőkamerás figyelő–megelőző rendszer üzembe helyezése után feljegyzett leállási, rendelkezésre állási és termelési adatokból, valamint az adott időszak karbantartási költségeiből kiszámítható, hogy mennyi idő alatt térül meg a megvásárolt kamera.
A hőkamera beépítése az állapotfüggő megelőző karbantartásba A hőkamerák az „első védelmi vonalat” jelentik a megelőző karbantartásban. Az ellenőrzést végző technikus útja során az összes működő berendezést megvizsgálhatja anélkül, hogy le kellene állítani a termelést. Ha nagyobb eltérést tapasztalnak a korábbi (összehasonlító) adatoktól, akkor további vizsgálati módszereket (rezgéselemzés, motoráramköri vizsgálat, ultrahangos vizsgálat, kenőanyag-vizsgálat) lehet igénybe venni a hibaforrás azonosítása érdekében, és el lehet dönteni, hogy szükség van-e beavatkozásra. Célszerű minden, a karbantartással kapcsolatos adatot egy számítógépben gyűjteni, hogy egyszerre lehessen áttekinteni minden berendezést, ellenőrzést, mérési eredményt, beszámolókat, jelentéseket, munkamegrendelést. A hőkamerás adatokat összevetve a más technológiákkal nyert adatokkal, sokkal biztosabb következtetést lehet levonni a berendezések állapotáról. A hőkamera főbb alkalmazási területei a következők: • a motorokba és más forgógépekbe beépített csapágyak hőmérsékletének rendszeres követése, • az elektronikus berendezések „forró pontjainak” azonosítása, • a szivárgások azonosítása a hőszigetelt tartályokon, • a meghibásodott szigetelések megkeresése az ipari csővezetékeken vagy egyéb berendezéseken, • a hibás végelzárók megkeresése a nagyfeszültségű berendezéseken, • a túlterhelt megszakítók megkeresése a nagy teljesítményű modulokban,
• a terhelhetőségi határukig igénybe vett biztosítékok azonosítása, • a villamos váltók problémáinak megállapítása, • a folyamatok működési hőmérsékletének megállapítása. A felülvizsgálati rend kialakításának lépései a következők: • Készülékjegyzék segítségével annak kiszűrése, hogy mely készülékek nem alkalmasak a hőkamerás felülvizsgálatra. • A karbantartási és termelési jegyzőkönyvek áttekintése; melyek azok a készülékek, amelyek leginkább hajlamosak a meghibásodásra, vagy amelyek a legszűkebb keresztmetszetet jelentik a termelés során. • Az adatbázis vagy táblázatok segítségével a kritikus készülékek működés vagy elhelyezkedés szerint 2–3 órás felülvizsgálati ütemtervekbe csoportosítása. • Összehasonlító (alap) adatok felvétele a hőkamera segítségével. Több berendezés esetében több képet is célszerű felvenni a különböző kritikus részletekről. • Az alapadatok betöltése számítógépbe. A bejárási útvonal, a vizsgált helyek, a megfigyelésekhez kapcsolódó megjegyzéseket, a hőemissziós értékek, valamint a már veszélyesnek ítélt jelszintek dokumentálása. • A legközelebbi felülvizsgálat során a kamera felkínálja az előző mérés képének letöltését és vizuális összehasonlítását az aktuálisan érzékelttel. A jó minőségű hőkamerás felvételek készítéséhez a következő tanácsokat célszerű betartani: • A berendezésnek legalább 40%-os terheléssel kell működni. A kisebb terheléseknél nem képződik elég hő a detektálhatósághoz. • Menjünk közel a berendezéshez és ne készítsünk hőfelvételt pl. üvegajtón keresztül. Ahol a biztonsági rendszabályok engedik, nyissuk fel a készülékházat, vagy a felvételt infravörös sugárzást átengedő ablakon keresztül készítsük. • Figyelembe kell venni a szél vagy a légáramlás hatását, mert azok lehűthetik a forró foltokat – gyakran a detektálhatósági szint alá. • Figyelembe kell venni a levegő hőmérsékletét – különösen kültéri felvételek esetében. Napsütésben a normálisan működő készülék is túlmelegedhet, a hideg környezet pedig elfedheti a túlmelegedést. • Nem minden esetben a forró pontok jelzik a hibákat. Meghibásodott biztosítékokat vagy hűtőrendszerekben a gátolt áramlást éppen a hideg foltok jelzik. Az is hibát jelezhet, hogy ha egy söntön
keresztül az áram nem a kívánt ellenálláson folyik, ezért az lehűl. A hőfénykép készítőinek ismerniük kell az általuk vizsgált gép működését ahhoz, hogy értelmezni tudják a képet, és hozzá tudják rendelni a meghibásodáshoz az észlelt jelenséget. • Gondoljunk a visszavert sugarak lehetőségére is – a jól tükröző felületek más hőforrások (pl. a Nap) sugárzását is visszaverhetik, ami megzavarhatja az értékelést. • A nem festett fémfelületeket nehéz vizsgálni. Ilyen esetekben „célzó” foltokat (papírdarab, szigetelőszalag, festett folt) célszerű alkalmazni. • A számszerű hőmérsékletértékek, valamint a hőfelvételek gyűjtése a kiértékeléshez. A hosszú távú hőmérsékletadatok segíthetnek annak eldöntésében, hogy mely pontokon kell többet mérni, és hol elég ritkábban. • Az alapjelek könyvtárának kialakítása után, minden berendezéshez hozzá kell rendelni egy olyan jelszintet, amelyet már veszélyesnek tartunk. Célszerű mindig betölteni az előző mérés adatait annak feltárására, hogy szükség van-e már a beavatkozásra. Motorok csapágyának vizsgálatához, lehetőleg új állapotú, jól kent motorral kell felvenni az alapjelet. Ahogy a motor és a kenés öregszik, a csapágy kopni kezd, ami hőt termel, és ezt a rendszeres hőfelvételekkel követni lehet. A szigetelt tartályokon gyakran lép fel hőszivárgás pl. a tömítések közelében – bár időnként a korrózió következménye is lehet – ilyenkor különösen oda kell figyelni, mert a korrózió átlyukadáshoz is vezethet. A hőfelvétel mindkétfajta rendellenesség detektálására alkalmas.
A hőkamera alkalmazása karbantartási célra a villamosenergia-termelésben Az Egyesült Királyság áramellátási rendszere sokat változott a 90es évek óta. Előtte két nagyobb áramellátó volt mintegy 70 erőművel, a piaci dereguláció és privatizáció után azonban több mint 30, egymással versengő cég alakult ki. Az egyik cég saját tagvállalatai, de mások számára is kínál szolgáltatásokat, amelynek részeként roncsolásmentes módszerekkel jellemzik az energiatermelő berendezések állapotát. Ezek egyike a hőkamerás vizsgálat, amely egy konkrét esetben mutatja be a korábban tárgyalt alkalmazási lehetőségeket a karbantartás területén.
Kazánok A leállások előtt a hőkamerával végigvizsgálják a kazánok állapotát, így tájékoztatni tudják a karbantartókat, hogy mely részek szorulnak közelebbi vizsgálatra a leállás során. A leállás után induláskor megismétlik a felvételt, hogy lássák: megfelelő minőséggel végezték-e el a munkát. A kiértékelés nagyrészt kvalitatív jellegű, és a hőmérséklet-eloszlásokra korlátozódik. Bizonyos esetekben lehetőség van a kvantitatív értékelésekre is. Kimutatható például a hőszigetelések fokozatos romlása a hosszú használat során. Nagynyomású gőzt szállító csővezetékek Az általában 565 °C-os, 158 bar nyomású gőzt a második túlhevítő kazánból a turbinába 450 mm külső átmérőjű, 60–90 mm falvastagságú csöveken vezetik át. A hőmérsékleti gradiensek nagyon nagyok, különösen az induló szakaszon, ezért fennáll a hőfáradási repedések kialakulásának veszélye a furatban. A hőszigetelés alkalmazása nemcsak a hőhasznosítás hatékonyságát javítja, hanem csökkenti a gradiens nagyságát is. A különösen nagy gradiensek a hőkamerával azonosíthatók, és szükség esetén az adott helyeket más, alternatív technológiákkal is át lehet vizsgálni annak érdekében, hogy működés közben ne következzen be baleset. A helyi körülményeket is figyelembe kell venni: pl. a szénfűtésű erőművek környékén lerakódó finom por megváltoztatja a csőfelületek emisszivitását (hőkibocsátó képességét), és egyben szigetelőrétegként is szolgál. Nagynyomású betápláló fűtőrendszer A betápláló fűtőrendszer turbinák esetében lehetőséget kínál arra, hogy a fő kondenzátorban lecsapódó gőzt visszajuttassák a kazánba. Miután átment a kisnyomású fűtőegységeken és a légmentesítő tárolótartályon, a víz a főkazán szivattyújának hatására egy sor nagynyomású fűtőegységen jut át. A nyomás és a hőmérséklet fokozatosan nő, amíg egy sor szabályzószelepen át a víz vissza nem jut a kazánba. A nagynyomású fűtőegységekben csőkötegek vannak, ahol az elszivárgó gőzt használják a betáplált víz fűtésére. Ha valamelyik csővezeték ereszt, a gőz kiszabadul és érintkezik a fűtőegység külső falával, aminek alapján el lehet dönteni, hogy mely fűtőegységeket kell átmenetileg kivonni a használatból, amíg a hibát ki nem javítják.
Speciális alkalmazások Az energiatermelésben vannak a fentieknél speciálisabb, nagyobb felkészültséget igénylő alkalmazások is. A generátor állórészének fluxusa A generátor központi állórésze biztosítja a mágneses fluxus áramlását az egyik forgórészpólusról az állórész tekercselésén keresztül, majd vissza a másik pólusba. Annak érdekében, hogy megakadályozzák a köráramok kialakulását és a vele járó veszteséget a magon belül, a magot szigetelőbevonattal ellátott, 0,35–0,50 mm vastag acéllemezekből készítik. Ha az összeállítás vagy a működés során mégis fémes kontaktusok alakulnak ki, a lemezek között folyó áram helyi melegedéseket okozhat a magon belül, és ez a későbbiekben meghibásodási gócponttá alakulhat. A helyi melegedések detektálására kúpos rozsdamentes acél reflektort készítettek, amelynek nagy a hővisszaverő képessége, kicsi az emissziója és nem mágneses. Ezt a reflektort rászerelték az IV kamerára, majd az egészet ráhelyezték egy műanyag csőre, amelynek mentén mozgatni lehetett, a kábeleket pedig a csövön belül lehetett vezetni. A szerkezetet nejlon kábelekkel mozgatva, az állórész belső felületét a tengely mentén végig lehetett vizsgálni. Villamos indítómotorok vizsgálata Bizonyos motorok esetében megfigyelték, hogy a forrasztott kötéseknél a melegedés következtében meghibásodások lépnek fel a forrasztott kötések gyenge kúszási ellenállása miatt. A tekercsvégekben fellépő enyhe túlmelegedés is a fémtani vizsgálatok szerint meghibásodásokhoz vezethet. Olyan ellenőrző vizsgálatokat terveztek, amelyekben a csatlakozásokon egyenáramot vezetnek át, és infravörös kamerával követik a túlmelegedést. A motor léghűtéses, de biztonsági okokból a védőborítást nem lehetett eltávolítani, így arra egy kémlelőablakot kellett vágni, és egy sugáreltérítő tükröt kellett használni, hogy jól lássák a vizsgált felületet. A hitelesítés során először azt kellett bizonyítani, hogy az adott felszereléssel megoldható a távoli megfigyelés, és hogy a rendszer elég érzékeny a kérdéses hőmérséklet-emelkedés kimutatásához. A vizsgálatokból kiderült, hogy működés közben ugyan a kérdéses alkatrész hőmérséklete 19–22 oC között tartható, de amikor a motort leállítják, átmenetileg olyan hőmérséklet-emelkedés lép fel, amely már veszélyeztetheti a forrasztások épségét.
A tárolt szén melegedésének vizsgálata Egy 500 MW-os kazán óránként kb. 200 tonna szenet használ fel. Négy ilyen egységből álló erőmű esetén a napi felhasználás kb. 19 200 tonna. Ez jelzi, hogy milyen mennyiségű nyersanyag szállításáról, tárolásáról és feldolgozásáról kell gondoskodni egy ilyen üzemben. A melegedés öngyulladást is okozhat, amikor a felmelegedett területek rakodás során hirtelen nagy felületen érintkezésbe lépnek a levegővel. Tekintettel arra, hogy a szenet gyakran nyílt téren tárolják, az időjárási és szélviszonyok nem mindig alkalmasak a kvantitatív értékelésre. A mélyebben fekvő melegedések kimutatására nem elég a felszíni hőmérséklet mérése, azt mélységi próbákkal kell kiegészíteni. A felszín közeli területek túlmelegedése azonban kényelmesen detektálható hőkamerák segítségével. Az erőművi környezetben végzett hőkamerás mérések tapasztalatából az alábbi következtetéseket vonták le: • figyeljünk oda arra, hogy megbízónk mit akar, ne arra, hogy mi mit gondolunk a kívánságairól, • az általuk felvetett problémákra fejlesszünk ki innovatív megoldásokat, és azokat próbáljuk ki laboratóriumi és üzemi körülmények között, • a felvételek értékelésekor mindig működjünk együtt az üzem dolgozóival, mert az ő helyismeretük sokban hozzájárulhat a helyes interpretáció kidolgozásához, • az értékelő jelentésnek tömörnek és érthetőnek kell lennie. A túlságosan leegyszerűsítő értelmezések gyakran hibás következtetésekhez vezetnek, aminek eredményeként a potenciális megbízók nem fogják használni a hőkamerás megfigyelési módszert. Előzetes vizsgálatokkal kell igazolni, hogy a hőkamera alkalmas az adott meghibásodás megbízható kimutatására, majd be kell tanítani a személyzetet a felvételek helyes elkészítésére és értékelésére. Megfelelő előkészítés esetén más roncsolásmentes vizsgálati módszerekkel együtt a hőkamera hasznosan hozzájárulhat az erőmű működésének ellenőrzéséhez és felülvizsgálatához. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes
Irodalom Wilbur, J.: Infrared thermography is the tool.= InTech, 52. k. 7. sz. 2005. p. 41–44. Day, R.: Condition monitoring utilising infrared thermography in a power generation environment. = Insight, 47. k. 9. sz. 2005. p. 547–550. Heisser Tipp: Thermographie. = CIT Plus, 2005. 7. sz. p. 35. Mit Kamera und Multimeter. Nutzen und Grenzen der Thermografie in der sicherheitstechnischen Anlagenprüfung. = Instandhaltung, 2005. 8. sz. dec. p. 34–37.
