Тепловые методы
УДК 620.179.13
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПАССИВНОЙ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ В ЭНЕРГЕТИКЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В.П. Вавилов, В.Г. Демин, В.В. Ширяев, Д.А. Нестерук
Описаны области применения тепловизионной техники для проверки теплозащиты строительных сооружений, диагностики дымовых труб, котлов, прудов-охладителей и тепловых коммуникаций.
1. ВВЕДЕНИЕ
Пассивная ИК термография нашла устойчивое применение при диагностике электрооборудования, строительных сооружений и дымовых труб, что нашло отражение в соответствующих нормативах и методиках, утвержденных Госстандартом РФ в 2000—2002 гг. Можно констатировать, что в части качественных обследований отечественный ТК находится на мировом уровне, а в части диагностики дымовых труб не имеет мировых аналогов. Подборка стандартов и других нормативных документов, которые имеют отношение к тепловому контролю, приведена в списке литературы [1—49].
Основной проблемой остается оценка параметров скрытых дефектов на основе данных тепловизионного наблюдения, например, определение сопротивления теплопередаче строительных конструкций с целью установить степень их соответствия требованиям СНиП П—3—79* "Строительная теплотехника". В статье обсуждаются особенности практического применения пассивной тепловизионной диагностики прежде всего при обследованиях строительных сооружений и теплотехнических объектов (испытания электротехнических установок подробно рассмотрены в недавно вышедшей брошюре С.А. Бажанова [1], а соответствующие нормативы изложены в РД 34.45—51.300—97 "Объемы и нормы испытаний электрооборудования").
2. СТРОИТЕЛЬНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Тепловизионное обследование строительных сооружений благодаря своей оперативности, наглядности и достоверности получаемых результатов успело зарекомендовать себя как один из основных способов диагностики ограждающих конструкций по окончании строительства и в период эксплуатации.
Краткий исторический экскурс в историю отечественных исследований в области строительной ИК термографии сделан в готовящейся к публикации книге автора. Здесь ограничимся утверждением, что несмотря на высокий уровень соответствующих работ в СССР их экономическая мотивация была низкой, что в сочетании с высокой стоимостью зарубежных тепловизоров не обеспечило практического использования этих работ.
В последнее десятилетие ситуация существенно изменилась. Мировая тенденция к энергосбережению достигла России и утвердилась на уровне не только юридических, но и физических лиц. Администрации ряда российских городов субсидировали приобретение портативных тепловизоров (ИРТИС, Россия; ТЬегшаСАМ 695, США; Япония и др.) для проведения тепловизионной диагностики жилья. Рядом организаций разработаны методики тепловизионной диагностики в строительстве, утвержденные Госстандартом, Госэнергонадзором и Госстроем
РФ [36—39, 42, 46]. Авторы участвовали в проведении обследований жилых зданий в г. Северске (Закрытое Территориальное Образование — ЗАТО) Томской области с 1992 г. В. 1998 г. по распоряжению главы местной администрации все новые жилые здания должны проходить тепловизионную диагностику. По мнению жилищно-коммунальных служб г. Северска, за последние годы качество строительства возросло, в том числе благодаря тепловизионной диагностике. В настоящее время расходы на обследования включаются рядом строительных организаций в смету строительства.
Основным направлением теплового контроля (ТК) в строительстве остается определение теплопотерь фасадов, обнаружение дефектов межпанельных и температурных швов, а также расследование жалоб жильцов. При этом полностью проявляются такие преимущества метода, как дистанционность, высокая оперативность, наглядность и документиро-ванность.
а
Рис. 1. Термограммы строительных сооружений при обследовании главного корпуса тепловой электростанции:
а — фрагмент торцевой стены; 6 — кровля крыши турбинного зала.
Продолжаются интенсивные исследования по оценке сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепловизоров. Однако существует ряд трудностей объективного характера, которые, по мнению авторов, не позволяют говорить о принципиальных преимуществах тепловизоров по сравнению со стандартными (контактными) средствами измерения температуры. Во-первых, для определения сопротивления теплопередаче необходимо измерять тепловой поток через исследуемый объект, что делает весь процесс контактным и локализованным. Во-вторых, согласно ГОСТ 26254—84 период измерения должен быть весьма длинным (до 15 суток) с целью выбрать интервал времени, в течение которого тепловой поток может считаться стационарным (отметим работы фирмы "ВЕМО" по созданию методики измерений, основанной на анализе температурной динамики за предшествующий измерению период времени). Данное требование снижает оперативность обследований. В третьих, тепловизоры характеризуются существенными погрешностями в определении истинных температур как твердых объектов (стен), так и окружающего воздуха. Эти погрешности обусловлены метрологией тепловизоров, необходимостью учитывать коэффициент излучения, нагревом наружных стен солнечной радиацией, углом визирования и т. п. Определение сопротивления теплопередаче требует решения обратной задачи теплопередачи, в которой погрешности определения температуры на уровне ±1 °С (обычная величина для современных
тепловизоров) могут приводить к недопустимым разбросам значений сопротивления теплопередаче, включая и отрицательные значения. В силу сказанного тепловизионный метод оправдывает себя в следующих случаях: 1) при выборе места установки датчиков теплового потока и температуры с одномерным характером теплопередачи; 2) при испытаниях образцов новых материалов в климатических камерах с хорошо контролируемыми параметрами; 3) при оценке относительного отклонения сопротивления теплопередаче от нормативных значений по критерию изменения поверхностной температуры.
На рис. 1 приведены две термограммы, иллюстрирующие применение тепловидения для диагностики состояния главного корпуса тепловой электростанции. На фрагменте торцевой стены отчетливо видны влажные панели (зоны повышения температуры), а также присосы атмосферного воздуха (рис. 1а). При обследовании кровли крыши с нулевой отметки машинного зала обнаружены значительные по площади зоны скопления воды в многослойной теплоизоляции (рис. 1 б).
2. ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ И ГАЗОХОДЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Дымовые трубы (ДТ) и газоходы электростанций должны подвергаться наружному осмотру 1 раз в год — весной. Внутреннее обследование ДТ должно производиться через 5 лет после их ввода в эксплуатацию, а в дальнейшем по мере необходимости, но не реже 1 раза в 15 лет. Внутреннее обследование труб с кирпичной и монолитной футеровкой может быть заменено тепловизионным, с частотой обследования не реже 1 раза в 5 лет. Согласно СП 13—101—99, на всех монолитных железобетонных трубах высотой более 100 м, а также кирпичных и металлических трубах высотой более 70 м, работающих в условиях высоких температур (более 300 °С) или сильной газовой агрессии, рекомендуется раз в пять лет проводить тепловизионный контроль в целях получения данных о состоянии их футеровок.
Тепловизионная диагностика ДТ — не обязательный, а рекомендуемый вид обследований, который дополняет визуальный осмотр, геодезические обследования, анализ материалов и т. п. В то же время способность тепловидения "видеть" скрытые дефекты и наглядный характер представления результатов способствуют распространению этого метода в российской теплоэнергетике.
В кирпичных ДТ весьма эффективно выявляются трещины, через которые происходят присосы атмосферного воздуха (наиболее опасны горизонтальные трещины).
В железобетонных ДТ дефекты более разнообразны [38], хотя с точки зрения ТК они также сводятся либо к ухудшению теплоизоляции ствола (намокание бетона, разрушение футеровки, оседание минералватного утеплителя), либо к присосам воздуха (трещины и повышенная пористость швов бетонирования).
В металлических трубах преимущества тепловидения проявляются только при анализе состояния футеровки.
В результате тепловизионного обследования составляют карту дефектов, которая может быть наложена на карту дефектов, полученную при визуальном осмотре. Следует заметить, что визуальная классификация дефектов более подробная, чем тепловизионная, которая сводится к идентификации холодных и теплых участков на наружной поверхности ствола.
В целом методические особенности тепловизионной диагностики ДТ аналогичны строительной диагностике, однако степень "некор-
ректности" решения соответствующих обратных задач может быть выше ввиду отсутствия надежных сведений о параметрах горячего газа внутри ДТ.
Рис. 2. Типичное существенное снижение теплозащиты в зонах примыкания газоходов к дымовой трубе (повышение температуры на 11 °С отмечено стрелками).
На рис. 2 показана типичная термограмма зоны примыкания магистрального газохода к дымовой трубе с локальным повышением температуры (отмечено стрелками) на 11 °С.
3. КОТЛЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Еще в прошлом веке в России были выполнены базовые исследования по контролю проходимости труб поверхностей нагрева котлов в ремонтный период. В связи с необходимостью пропускать через трубки горячую воду этот способ контроля является активным. Пассивный тепловой контроль функционирующих котлов ТЭС позволяет: 1) оценить состояние обмуровки котлов и теплоизоляции трубопроводов, наметить зоны первоочередного ремонта, а также проконтролировать качество ремонта; 2) определить теплопотери на различных участках котла и оценить возможный эффект от экономии топлива. Эффективность тепловизионных обследований связана с тем фактом, что согласно РД 34.04.201—97 температура паропроводов острого пара также должна иметь температуру не более +45 °С; в принципе, это же требование относится к обмуровке котлов, хотя на практике нормативным параметром зачастую считается величина +55 °С. Наши исследования на ряде ТЭС сибирского региона показали, что в среднем температура обмуровки котлов находится в пределах от 50 до 70 °С, однако
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.