РД 153-34.0-20.364-00

Российское Акционерное Общество "ЕЭС РОССИИ"

Открытое Акционерное Общество "Фирма ОРГРЭС"

МЕТОДИКА ИНФРАКРАСНОЙ ДИАГНОСТИКИ

ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

РД 153-34.0-20.364-00

Дата введения - 01.05.2000 г.

Введен впервые

Общая часть

Экономическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике заставляет принимать меры, связанные с увеличением срока эксплуатации различного оборудования.

Решение задач по оценке технического состояния последнего, в значительной степени, связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля, и в частности, теплового метода неразрушающего контроля.

Данный метод получил широкое распространение в электроэнергетике, в связи с чем, многие энергетические предприятия организовали у себя диагностические лаборатории, оснастив их современными тепловизионными системами. Учитывая их значительную стоимость, необходимо как можно шире использовать возможности этих систем, расширяя диапазон, контролируемого оборудования, безотказная и эффективная работа которого связана с поддержанием определенного температурного режима.

Ниже, рассмотрены условия и порядок тепловизионного обследования зданий и сооружений, котлов, паропроводов, дымовых труб и тепловых сетей.

Предложения по совершенствованию материала просим направлять по адресу:

105023 г. Москва, Семеновский пер., 15.

Производственная Лаборатория ИК-техники

ОАО «Фирма ОРГРЭС»

РАЗДЕЛ 1. ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Введение

Одним из основных путей экономии топлива является уменьшение тепловых потерь и теплопоступлений через ограждающие конструкции строительных сооружений, достигающие по зарубежным источникам до 30% общих потерь.

Тепловизионный контроль качества теплозащиты зданий и сооружений, успел зарекомендовать себя, как один из основных способов контроля состояния ограждающих конструкций по окончании строительства и в период эксплуатации, ввиду оперативности, наглядности метода и достоверности полученных результатов. Метод позволяет выявить нарушения теплозащиты ограждающих конструкций, возникшие в результате следующих причин:

- нарушения технологии изготовления строительных материалов, правил складирования, перевозки и т.п.;

- ошибок и нарушений при строительстве зданий;

- неправильного режима эксплуатации.

Перечисленные факторы приводят к преждевременному снижению теплозащитных свойств в отдельных местах ограждающих конструкций в результате воздействия погодных (ветер, атмосферные осадки) и естественно-климатических (циклы тепло-холод-тепло, влажность) условий. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению микроклимата внутри зданий и перерасходу топлива, вследствие повышения теплопотерь.

Современные тепловизионные системы позволяют быстро и точно выявить участки с повышенными теплопотерями и определить их границы. Количественная оценка обнаруженного дефекта производится в лабораторных условиях с использованием современной программной продукции и традиционного (Л1. Л2, Л3) математического аппарата.

Необходимо заметить, что физическая сторона явлений, происходящих при излучении и распространении тепла поверхностями ограждающих строительных конструкций, достаточно хорошо изучена и описана в перечисленной ниже литературе. Относительно требований к термографии зданий и сооружений, а также порядку ее проведения существует соответствующий ГОСТ 26629-85.

Используемые приборы и оборудование

Практическое применение различных тепловизионных систем для обследования зданий и сооружений позволяет сделать следующие выводы: тепловизоры для термографии зданий и сооружений должны отвечать следующим требованиям:

- диапазон измеряемых температур:                                                  -20 °С - +30 °С

- предел температурной чувствительности:                                       0,5 °С

- диапазон рабочих температур:                                                         -15 °С - +40 °С

- возможность применения сменных объективов, угол обзора:       7град. - 20град.

- число элементов в строке × число элементов в кадре, не менее:   100 × 100

- возможность получения значения температуры в °С на экране дисплея тепловизора или переносного компьютера непосредственно на месте съемки;

- возможность записи термоизображения на видеомагнитофон или иной магнитный носитель информации;

- регулирование значения излучательной способности (ε);

Современная тепловизионная техника использует инфракрасные детекторы, работающие в двух диапазонах: коротковолновом (3-5 μм) и длинноволновом (8-14 μм). Использование этих ИК-диапазонов связано с особенностями пропускания теплового излучения атмосферой. Если руководствоваться графиком (Рис. 1.1), который приводится по ЛЗ, то здесь так же видно, почему необходимо использовать именно эти инфракрасные диапазоны: спектральный коэффициент отражения минимален, а, следовательно, минимально влияние отраженного излучения В этом отношении позиции длинноволнового и коротковолнового инфракрасных диапазонов примерно одинаковы для случая термографии зданий. В то же время установлено, что 40% всей энергии собственного ИК-излучения объекта приходится на длинноволновую часть, а на коротковолновую - всего 1% Следует признать нежелательным применение для термографии зданий и сооружений тепловизоров индикаторного типа, принцип действия которых основан на преобразовании инфракрасных лучей с помощью пировидиконовой трубки. Применение ИК-пирометров возможно только в качестве вспомогательных средств. Кроме того большинство из них неработоспособны при отрицательных температурах. (Термография зданий проводится, как правило, зимой в отопительный период).

Кроме тепловизора для обследования зданий и сооружений необходимо следующее оборудование:

- прибор для контактного измерения температуры с погрешностью не более 0,5 °С;

- чашечный анемометр (прибор для определения скорости ветра);

- штатив;

- измерительная рулетка (более 10 метров);

- ртутный термометр для измерения температуры окружающего воздуха;

- преобразователь теплового потока;

- желательно иметь ИК-пирометр.

График зависимостей спектрального коэффициента отражения некоторых строительных материалов в ИК-диапазоне

1 - бетон; 2 - гипсовая штукатурка; 3 - стекло оконное; 4 - тиоколовая мастика; 5 - лента герлен

Рис 1.1

Необходимые условия для качественной термографии и подготовка к измерениям

С целью получения достоверных результатов при термографическом обследовании зданий и сооружений необходимо выполнить ряд условий, значительная часть которых изложена в Л1. Однако, применение современной тепловизионной техники, понуждает внести некоторые изменения и дополнения.

Измерения следует производить при перепаде температур между внутренним и наружным воздухом, превосходящим минимально допустимый, который определяется по формуле:

,                                                             (1)

Термографию зданий и сооружений следует проводить в отопительный сезон, так как при этом перепад температур будет максимально возможным и всегда удовлетворяет условию формулы (1). Так же необходимо отсутствие осадков, поверхность обследуемых зданий должна быть свободна от инея. Условия тепловой инерции материалов конструкций при термографии наружной части здания требуют, чтобы обследуемый объект не находился на солнце в течение 12 часов, предшествовавших съемке. Лучше проводить измерения утром, в пасмурную погоду. При инфракрасной съемке внутри помещении следует особое внимание обратить на экранирование источников света и тепла (ламп накаливания, отопительных радиаторов) расположенных вблизи объекта термографии.

Если имеет место ветер, то необходимо измерить его скорость для дальнейшей корректировки измеренных значений температур, о чем будет сказано в разделе, посвященном обработке результатов измерений. По возможности следует выбирать безветренные дни. Сила и направление ветра оказывают существенное влияние на теплопотери воздухопроницанием и теплопотери конвекцией с наружной поверхности.

Ввиду значительных размеров зданий тепловизионную съемку производят по кадрам. По завершении съемки очередного кадра оператор перемещает тепловизор таким образом, чтобы объект измерения находился под углом наблюдения не менее 60°. В этом случае излучательная способность от угла наблюдения практически не зависит. В диапазоне от 60° до 90° излучательная способность при приближении к 90° будет стремительно падать, а коэффициент отражения соответственно возрастать. Поэтому надо стремиться, чтобы тепловизор был направлен по нормали к снимаемому объекту. Если высота такого объекта превышает 10 метров, то для работы рекомендуется использовать монтажную вышку. Удаленность тепловизионной камеры от объекта при наружной съемке надо выбирать в следующем диапазоне:

,                                                              (2)

Приближение к объекту на расстояние L < 1/tgf неоправданно увеличит время съемки. При термографии внутренней поверхности объекта следует исходить из размеров участка с повышенными теплопотерями. Рекомендуется использовать объективы с углом обзора не менее 12°.

На обследуемой поверхности выбирают геометрический репер, в качестве которого можно использовать типовые строительные элементы с известными линейными размерами. Это необходимо для определения масштаба при обработке результатов измерений.

Проведение тепловизионной съемки

Тепловизор устанавливают, подключают видеомагнитофон и выставляют необходимый температурный диапазон который, в современной тепловизионной технике определяет не только верхнюю и нижнюю границу измеряемых температур, но и чувствительность. Регулируя фокус, температурный уровень, яркость и контраст добиваются устойчивого и четкого термоизображения на экране видеоконтрольного устройства. Термоизображение наружной поверхности снимают по кадрам и записывают на видеомагнитофон или дискету. Видеомагнитофон позволяет записывать звуковую информацию о параметрах съемки, поэтому его использование предпочтительно. Современные тепловизоры последних модификаций как правило имеют встроенные микрофоны, встроенные меню на русском языке, производят запись изображений на PS-карты разной емкости, а так же записывают всю информацию о тепловом состоянии объекта, что позволяет получить удовлетворительную термограмму при обработке в случае неверного выбора оператором параметров съемки. Все значения температур, которые будут использоваться ниже, должны быть предварительно скорректированы с учетом излучательной способности объекта. Если эта величина известна, то фактическую температуру можно определить по формуле:

,                                                              (3)

Большинство современных тепловизоров делают эту коррекцию автоматически, достаточно ввести значение излучательной способности. Значения коэффициента «ε» для основных строительных материалов приведены в Таблице 1.1 Приложения 1. Они предназначены для использования только в качестве ориентира, так как зависят не только от температуры материала, но и от спектральной чувствительности используемого прибора. В связи с этим рекомендуется излучательную способность исследуемой поверхности определять непосредственно на месте съемки.

Для этого контактным термометром определяют истинную температуру объекта, а затем вводят в процессор тепловизора все новые значения ε, добиваясь равенства Тизм и Трад.

Установленное при достижении указанного равенства значение ε и будет являться истинной излучательной способностью объекта. Необходимо иметь ввиду, что ошибка в измерении температуры от неверного определения излучательной способности зависит от используемого ИК-диапазона и температуры объекта съемки. При температуре около 0°С эта погрешность незначительна (около нуля), но она возрастает с понижением температуры объекта и достигает нескольких градусов на ошибку по ε в 0,1 при температуре объекта -20°С. Просмотрев поверхность исследуемого здания, и записав ее термоизображение на видеомагнитофон (или иной носитель) выбирают базовый участок, размером больше двух толщин ограждающей конструкции и имеющий равномерное температурное поле. Этот участок должен быть выполнен из тех же стройматериалов, и иметь ту же конструкцию, что и исследуемая поверхность с температурными аномалиями. Его температурное поле должно соответствовать минимальному выходному сигналу тепловизора для исследуемого объекта. Сравнивая термоизображение ограждающей конструкции и базового участка, выявляют места с повышенными теплопотерями. Температура наружной поверхности таких участков превышает температуру базового участка, как минимум, на величину цены деления шкалы тепловизора.

Базовый участок и места с температурными аномалиями подвергаются детальной термографии уже с минимально возможного расстояния снаружи и внутри зданий, там же измеряется температура окружающего воздуха. Необходимо, так же, визуально осмотреть этот участок, чтобы определить, не является ли его тепловая картина следствием, например, локального загрязнения и соответственно изменения излучательной способности. По окончании съемки должны быть измерены и записаны для каждого аномального и базового участков следующие величины:

- температура наружного воздуха;

- скорость ветра;

- наружная температура на поверхности исследуемого участка.

- температура внутренней поверхности исследуемого участка;

- температура окружающего воздуха внутри здания;

- температурный диапазон и уровень в момент съемки;

- угол зрения используемого объектива;

- расстояние до исследуемой поверхности;

- излучательная способность поверхности объекта;

- тепловой поток через исследуемый участок, если такие измерения проводились;

- распределение температур по элементам системы отопления в обследуемом секторе здания.

Получив эти данные можно приступить к количественной оценке результатов измерений и компьютерной обработке. В Приложении 1 (Рис. 1.4 - 1.11) приведены термограммы участков ограждающих конструкций с повышенными теплопотерями и примеры выбора базовых участков.

Обработка результатов измерений

Современные программные средства позволяют оперативно и точно проанализировать результаты тепловизионной съемки и представить результаты обследования в виде цветных или черно-белых термограмм. Для каждого исследуемого фрагмента ограждающей конструкции необходимо иметь следующие исходные данные:

- излучательная способность (ε);

- температура воздуха вблизи объекта (Т);

- температура атмосферного воздуха (Та) (при съемке внутри помещения - температура в его средней части, в 1,5 метрах от пола;

- дистанция до объекта (м);

- температурный уровень;

- температурный диапазон;

- виды используемых фильтров и диафрагм;

- угол обзора используемого объектива.

После того, как температура в каждой точке становится известной необходимо учесть скорость ветра (программы обработки термоизображения этого, как правило, не делают) в соответствии с формулой:

,                                                                    (4)

Так как при переменном ветре использование данной корректировки может привести к дополнительной погрешности, рекомендуется для проведения тепловизионной съемки выбрать безветренную погоду.

Можно выделить 3 основные задачи при обработке термоизображений зданий и сооружений:

1. Определение участков ограждающих конструкций с повышенными теплопотерями согласно указаниям соответствующих СНиП и ГОСТ. Здесь рассчитываются сопротивления теплопередаче R (м2·°С/Вт ) для базового и других характерных участков и сравниваются с требуемым значением. Уже на этом этапе необходимо разделить ограждающую конструкцию на стену, окна и цоколь и в дальнейшем для каждой из этих поверхностей производить отдельные вычисления сопротивления теплопередаче, выявление базового участка, расчет Q и экономический ущерб.

2. Определяются удельные теплопотери q (Вт/м2) для всех характерных участков.

3. Определение экономического ущерба от выявленных тепловых аномалий.

- определение площади участков с повышенными теплопотерями;

- определение избыточных теплопотерь через эти участки;

- определение количества и стоимости перерасходованных энергоносителей.

Используемые обозначения:

1. Участки ограждающих конструкций с повышенными теплопотерями выявляют путем сравнения сопротивления ограждающих конструкций полученного в результате натурных измерений с требуемым значением определяемым в соответствии с (Л2) по формуле:

,                                                             (5)

где: tв, tн, Δtн, n и αв - расчетные и табличные значения, принимаемые по Л2.

Термическое сопротивление слоя многослойной конструкции определяется по формуле:

.                                                                        (6)

Здесь необходимо пользоваться указаниями п.2 из Л2.

Сопротивление теплопередаче многослойной конструкции определяется по формуле:

.                                                           (7)

Все вышеприведенные формулы применяются для вычисления требуемых и расчетных значений при проектировании ибо здесь используется расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя (λ), но на практике его значение будет отлично от проектного.

Если необходимо определить расчетное значение, то αв и αн принимаются по Л2 (таблицы 1.2 и 1.3 этого издания), а если обрабатываются результаты натурных измерений, то эти значения рассчитываются по экспериментальным данным.

Для вычисления R по результатам натурных измерений можно использовать следующие выражения:

.                                                          (8)

Эта формула применяется для обработки экспериментальных данных. Здесь все значения берутся по результатам измерений, а αв - вычисляется. Если есть возможность измерить удельный тепловой поток q (с помощью датчиков, тепломеров), то можно воспользоваться формулой, которая получается из формулы 7, если заменить члены правой части выражения. Тогда получится формула из ГОСТ 26254-84:

,                                           (9)

,                                                    (10)

Термическое сопротивление слоя ограждающей конструкции можно определить как разность температур на границе слоя деленное на плотность теплового потока через него:

.                                                                    (11)

Для слоя ограждающей конструкции с воздушным промежутком термическое сопротивление определяется специальным способом по ГОСТ 26254-84.

Если возникла необходимость по результатам измерений определить температуру внутренней поверхности ограждающей конструкции для других расчетных условий расчетным путем, то это делают по приложению 7 из ГОСТ 26254-84.

2. Если измерения q не проводились, а необходимо вычислить тепловой поток по результатам тепловизионной съемки, то используются следующие соотношения:

;                                                               (12)

;                                                          (13)

,                                                                (14)

,                                                         (15)

Плотность теплового потока лучше всего не вычислять, а измерять непосредственно при обследовании зданий. Делать это необходимо в соответствии с требованиями ГОСТ 25380-82 преобразователем теплового потока ИТП-11 или аналогичным (приборы по ГОСТ 7076-78). Длительность измерений с наружной стороны ограждающих конструкций определяется тепловой инерцией последних (до 15 суток). Согласно приложению 3 из ГОСТ 26254-84 определяется диапазон температур наружного воздуха при котором погрешность таких измерений будет минимальна. Так, при использовании прибора ИТП-11 необходимо обеспечивать условия при которых измеряемая плотность теплового потока находилась бы в диапазоне 33-50 Вт/м2. Это обеспечивается при температурах наружного воздуха от -15 до -32. При более высоких температурах погрешность измерений возрастает.

Чтобы побежать трудностей с тепловой инерцией измерения теплового потока проводят, как правило, с внутренней стороны ограждающих конструкций. С наружной стороны такие измерения производят в случаях сохранения устойчивой температуры на поверхности и невозможности проведения измерений внутри.

Воздушные зазоры между датчиками и поверхностью не допускаются. Шероховатости устраняются, датчики укрепляют на технический вазелин.

По известным удельным тепловым потокам через аномальные участки вычисляют полный тепловой поток, путем умножения на площадь этого участка. Полученное значение позволяет определить избыточные теплопотери за счет наличия участков с повышенными теплопотерями, перерасход топлива, и в итоге, - экономический ущерб.

Приведенный выше расчет не учитывает теплопотерь воздухопроницанием. Если возникает необходимость определить места с повышенным сопротивлением воздухопроницанию ограждающей конструкции, то необходимо определить разность давления внутреннего и наружного воздуха и воспользоваться формулами п.5.1 из Л2 для сравнения с нормативными значениями.

Определить теплопотери воздухопроницанием через ограждающие конструкции довольно трудно. Здесь это явление связано с переносом вещества. Таким образом, в настоящее время мы определяем только теплопотери через ограждающие конструкции за счет теплового потока. Эти теплопотери будут несколько меньше действительных из-за не учета теплопотерь воздухопроницанием.

При практической термографии следует иметь ввиду, что участки с повышенным воздухопроницанием - это предельный случай участка с повышенными теплопотерями, когда термическое сопротивление равно нулю. Процесс воздухопроницания слишком «нестационарен» и зависит от разности давлений, температур, ориентации здания относительно сторон света, направления и силы ветра. Здесь важно выявить такие места, что легко достигается при тепловизионной съемке и ликвидировать их (заклейка окон, герметизация швов).

Выводы

Современная тепловизионная техника позволяет сэкономить время, необходимое на выявление мест расположения, участков ограждающих конструкций с повышенными теплопотерями и существенно упростить решение следующих задач:

- оценить качество монтажа и проектирования новых здании;

- определить целесообразность, объемы и сроки профилактического или капитального ремонтов зданий путем оценки степени дефектности и состояния отдельных его элементов;

- осуществлять контроль, за уровнем тепловых потерь через отдельные элементы ограждающих конструкций зданий и сооружений;

Практическое применение инфракрасной техники для термографии ограждающих конструкций зданий и сооружений показало, что для стен с оконными проемами основные потери тепла (до 70%) обусловлены теплопроводностью и воздухопроницанием оконных заполнений. Теплопотери через глухие стены в основном обусловлены теплопроводностью материалов стен, при условии качественной заделки межпанельных швов.

Тепловизионный контроль качества теплозащиты зданий и сооружений целесообразно проводить по окончании строительства и в период эксплуатации. При этом нарушения теплозащитных свойств ограждающих конструкций подлежат выявлению лишь в отопительный сезон. Для выполнения такого рода работ необходимо использование тепловизоров с чувствительностью не хуже 0,1 °С, с программным обеспечением для анализа термоизображений. Быстро выявить и точно определить границы участков ограждающих конструкций с повышенными теплопотерями другими методами не представляется возможным.

ПРИЛ0ЖЕНИЕ1

Таблица 1.1

Значение коэффициента ε для основных строительных материалов

Таблица 1.2

Таблица значений коэффициента αв для внутренних поверхностей ограждающих конструкций

Таблица 1.3

Таблица значений коэффициентов теплоотдачи αн для наружной поверхности ограждающих конструкций

Рис. 1.2

Рис. 1.3, 1.4

Рис.1.5 Термограмма стены панельного здания без оконных проемов.

В левой части видно место воздухопроницания через межпанельный шов.

(Соответствует температуре +5,2 °С)

Рис.1.6 Термограмма стены панельного здания без оконных проемов.

Участок с температурой -3 °С может быть принят как базовый

Рис. 1.7 Участок стены сооружения с повышенными теплопотерями.

(Его границей следует считать изотерму -11 °С)

Рис.1.8 Термограмма малоэтажного кирпичного здания.

В верхней части участок с повышенными теплопотерями.

Фрагмент стены с температурой -14,8 °С здесь принят, как базовый

Рис.1.9 Торцевая часть 9-ти этажного здания.

Поверхность с t = -0,4 °С, можно принять за базовый участок.

Красная полоса в центре здания вызвана тепловым отражением

Рис.1.10

Рис.1.11

РАЗДЕЛ 2. ОБМУРОВКА КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ И

ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Введение

Основные качественные показатели ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ, (в дальнейшем ТИ), максимально допустимые тепловые потери через ТИ и температура наружной поверхности регламентируются утвержденными нормами тепловых потерь.(Л.4)

Качественное выполнение ТИ обусловлено не только предельными нормами тепловых потерь, но и расходом теплоизоляционных материалов.

Фактические тепловые потери отличаются от запроектированных из-за низкого качества исполнения теплоизоляционных работ, сложностью учета фактических условий внешней теплоотдачи. Кроме этого, в процессе эксплуатации ТИ изменяет свои свойства, что может вызвать с течением времени, увеличение тепловых потерь и повышение температуры на поверхности изолированных объектов.

Данное положение в первую очередь относится к ТИ оборудования и паропроводов высоких и сверхвысоких параметров, а также к котельным обмуровкам, где большинство широко распространенных теплоизоляционных материалов работает при температурах, являющихся для них предельными.

Учитывая, что каждый процент превышения норм тепловых потерь эквивалентен перерасходу примерно 300 кг условного топлива в год на 1 МВт установленной мощности, затраты на содержание ТИ в надлежащем состоянии, а значит и систематический контроль, безусловно окупаются. Применение для контроля теплоизоляции термощупов и измерителей тепловых потоков, (тепломер Шмидта, тепломер ОРГРЭС типа ИТП-2), основано на прямом контактном измерении, что не всегда представляется возможным в реальных условиях производства, из-за невозможности доступа к месту измерения (нагромождение труб, балок и т.д.). Применение тепловизионной (бесконтактной) измерительной системы позволяет снизить трудоемкость работ по контролю, за состоянием ТИ, с увеличением площади измерения, недоступной для контактных приборов. Испытания ТИ имеют следующие основные цели:

- определение объемов и локализация мест разрушения ТИ перед ремонтом;

- оценка качества ТИ при приемке после монтажа, ремонта или реконструкции;

- обследование состояния ТИ и ее паспортизация;

- обследование суммарных потерь тепла через ТИ для подсчета КПД основного оборудования.

Во всех случаях производится проверка соответствия ТИ установленным нормам потерь тепла через ТИ и температура на ее поверхности. Полученные результаты испытаний ТИ позволяют путем сравнения их с нормативными или проектными показателями дать оценку качества выполнения или состояния ТИ, выявить дефектные участки ТИ. Наметить пути устранения дефектов.

Объект испытаний

Испытаниям подлежит ТИ основного и вспомогательного оборудования и трубопроводов с температурой теплоносителя выше 100 °С. Нормы тепловых потерь, принятые при проектировании ТИ, а также принятую температуру поверхности изоляции. (Согласно Нормам и ПТЭ Р.4 п.п. 4.3.30; 4.9.11) при температуре воздуха в помещении 25 °С, температура на поверхности ТИ не должна превышать 45°С при температуре теплоносителя равной или меньше 500°С, при температуре теплоносителя 501-600°С температура, на поверхности ТИ не должна превышать 48°С. Для объектов, расположенных на открытом воздухе, температура на поверхности ТИ не должна превышать 55°С при металлическом покровном слое и 60°С - при других видах покровного слоя.

Из-за сложности и разнообразия оборудования электростанций, до начала испытаний, все паропроводы и оборудование необходимо разбить на отдельные группы.

Котельный цех. Испытаниям подвергается ТИ трубопроводов питательной воды, водоперепускные трубы в пределах котла, пароотводящие трубы, барабан, пароперепускные трубы, коллекторы пароперегревателя, трубопроводы перегретого пара (основного и вторично перегретого), холодные линии вторично перегретого пара, установка для подачи собственного конденсата на впрыски, обмуровка котла, воздушный и газовый тракт котла, системы пылеприготовления;

Турбинный цех. Испытаниям подвергается ТИ турбины, паропроводов свежего и вторично перегретого пара, парапускных паропроводов от стопорных и регулирующих клапанов до ЦВД турбины, трубопроводы питательной воды и конденсата, подогреватели, деаэраторы и др.

Поскольку удельные теплопотери и температура на поверхности ТИ нормируются в зависимости от температуры окружающего воздуха, во время испытаний должны производится измерения температуры окружающего воздуха вблизи мест измерений (0,8-1,5 метра отточки измерения удельных потерь тепла).

Измерительные приборы

Для измерения температуры поверхностей ТИ применяется тепловизор с параметрами не хуже:

Диапазон измеряемых температур.....................-20 -1500 °С

Чувствительность (не хуже)...........................................0,1 °С

Разрешающая способность.............................................0,1 °С

Применение тепловизоров возможно и для оценки тепловых потерь ТИ (при компьютерном анализе с использованием соответствующего программного обеспечения), однако сначала необходимо провести дополнительную работу по сравнению результатов измерений тепловых потоков, получаемых тепломерами и радиационных температур, измеренных тепловизионными системами.

Для измерения линейных размеров ТИ применяются линейки металлические и рулетка общего назначения (ГОСТ 8.020-75). Толщина ТИ измеряется металлической линейкой при наличии свободных торцов или путем прокалывания ТИ толщиномером - заостренным стальным стержнем с нанесенными на нем мерными делениями через 5 мм.

Условия испытаний

Тепловые испытания ТИ на вновь вводимом оборудовании проводятся через 750-1000 часов работы оборудования с нанесенной ТИ. Испытания (кроме снятия кривых охлаждения) проводятся при стационарной нагрузке котла, по возможности, близкой к номинальной, но не менее 60-70% от номинальной. В случае останова котла в период испытаний до возобновления испытаний после пуска должно пройти не менее 3 суток, для достижения установившегося режима по температуре.

Снятие характеристик остывания производится после непрерывной работы энергоблока в течении не менее трех суток с нагрузкой не менее 80% от номинальной. В течении 5-6 часов перед остановом, температура свежего пара и пара промперегрева должна быть номинальной.

В период испытаний ежедневно до и после выполнения измерений следует производить запись производительности и основных параметров работы оборудования, а также вспомогательного оборудования, находящегося в работе (система пылеприготовления, подогреватели сетевой воды и т.п.).

Проведение испытаний

Перед началом испытаний необходимо ознакомиться с проектом тепловой изоляции паропроводов и оборудования.

Необходимо уточнить и определить:

1. Схемы изоляции паропроводов и оборудования;

2. Конструкции ТИ для каждого изолированного объекта или участка;

3. Материалы, примененные для устройства ТИ;

4. Расчетные общие и удельные потери тепла через ТИ и температура на ее поверхности.

При отсутствии схем необходимо составить эскизы оборудования и трубопроводов. По месту с учетом подходов, наличия лестниц и площадок следует выбрать точки для проведения измерений при испытаниях. При внешнем осмотре ТИ отметить на схеме места с нарушенным покровным слоем, наличие разрушений ТИ (провисание, сползание) и другие видимые дефекты.

На участках с недостаточной толщиной изоляции произвести измерения температуры на поверхности ТИ и окружающего воздуха.

Обработка результатов испытаний

Для сравнения с нормативными значениями результаты испытаний должны быть пересчитаны по следующим формулам:

- приведенные потери тепла к 1 м длины изолированного трубопровода q Вт/м:

,                                                                     (1)

- удельные потери тепла при температуре окружающего воздуха 25°С - q25, Вт/м2,

,                                                              (2)

- температура поверхности ТИ при температуре окружающего воздуха 25°С - , °C

,                                                        (3)

Данные температуры поверхности изоляции и окружающего воздуха пересчитываются на тепловой поток по формуле:

,                                          (4)

с' = 4,88 Вт/(м·К) - для отштукатуренных, окрашенных и запыленных поверхностей ТИ;

с' = 2,67 Вт/(м·К) - для алюминиевого покровного слоя ТИ.

Номограммы зависимости теплового потока от температуры поверхности обшивки при различной температуре окружающего воздуха.

Номограммы построены по формуле (4)

*Примечание: Значение потерь тепла изолированными поверхностями, определяемое по данным измерений температуры поверхности изоляции и окружающего воздуха, является приближенным, что объясняется трудностью установления истинного коэффициента теплоотдачи (α).

ПРИЛ0ЖЕНИЕ 2

Рис.2.1 Разрушение футеровки котла (трещина)

(калибровка шкалы в инструментальных единицах)

Рис.2.2 То же в черно-белом изображении

(калибровка шкалы в инструментальных единицах)

Рис.2.3 Участок паропровода с повышенными теплопотерями

Таблица 2.1

Таблица 2.2

РАЗДЕЛ 3. ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛОВ

Общие положения

1.1 Поверхностью нагрева стационарного котла в соответствии с ГОСТ 23172-78 называется элемент котла, необходимый для передачи теплоты рабочей среде или воздуху.

1.2 Материалы из которых изготовлены поверхности нагрева, выбраны с учетом параметров внутренней и внешней сред, в зависимости от условий их работы.

1.3 Трубы поверхностей нагрева, трубопроводов и коллекторов работают в тяжелых условиях. К их качеству предъявляются высокие требования, так как от этого в значительной степени зависит надежность работы котла.

1.4 Обследование поверхностей нагрева выполняется организацией, имеющей лицензированных специалистов в области тепловидения. Основанием для привлечения специализированной организации являются ПТЭ электрических станций и сетей Российской федерации, РД 34.20.501-95, изд. 1996 года (П.4.3.23) и местная инструкция, регламентирующая график периодичности очистки поверхностей нагрева.

1.5 Основное внимание при обследовании уделяется, как визуальному осмотру поверхностей нагрева на предмет выявления видимых нарушений, так и тепловизионной съемке, осуществляемой в зонах прямой видимости труб поверхностей нагрева котла.

Подготовка к термографическому обследованию и выбор измерительных приборов

2.1 Определяются порядок и начальная точка осмотра и съемки труб поверхностей нагрева.

2.2 Выбирается способ маркировки забракованных участков труб (мел, уголек и т.п.).

2.3 Изучаются (если проводились) предыдущие обследования поверхностей нагрева и периодичность их очистки.

2.4 Выбор тепловизора определяется компактностью и сравнительно невысокими требованиями по его разрешающей способности. Например можно порекомендовать тепловизор на пировидиконе с чувствительностью 1°С, что существенно скажется на снижении стоимости данной работы ввиду использования недорогой модели тепловизионной камеры.

2.5 Использование пирометра, крайне затруднит выполнение работы из-за неоправданного увеличения времени осмотра. Чтобы уменьшить потери по времени рекомендуется, в крайнем случае, использовать пирометр с лазерным целеуказателем.

Проведение обследования

3.1 Визуальный осмотр совмещается с тепловизионной съемкой труб поверхностей нагрева котла на участках их прямой видимости, (желательна, но необязательна запись термографической картинки на видеомагнитофон или дискету для последующего создания архивной базы), на выведенном из работы котле.

3.2 Тепловизионный контроль забитости труб паровых и водогрейных котлов проводится как на стадии завершения капитального или среднего ремонта, так и до него.

3.3 Для проведения тепловизионного обследования обеспечивается подача теплой воды (40-60°С) через поверхности нагрева котла.

3.4 В процессе термографии маркируются (отмечаются) участки забитых труб и помечаются дефекты, выявленные при визуальном осмотре (рекомендуется запись на видеокамеру с привязкой к месту дефекта).

3.5 Осмотр производится с участием ответственного представителя электростанции для пояснений и фиксации выявленных дефектов.

3.6 Результаты осмотра оформляются совместным актом, в котором перечисляются обнаруженные дефекты и при срочной необходимости, определяются мероприятия по их устранению.

3.7 При проведении тепловизионного и визуального обследования труб поверхностей нагрева котла необходимо строго выполнять правила техники безопасности.

Анализ материалов обследования труб поверхностей нагрева котла

4.1 После проведения осмотра и сбора различной информации, производится анализ всех полученных материалов, выявление возможных причин повреждений и оценка их влияния на состояние труб поверхностей нагрева.

4.2 При визуальном осмотре выявляются следующие группы дефектов:

- дефекты производства труб металлургического происхождения (плены, закаты, трещины и т.п.);

- дефекты термической обработки (коррозия, окалинообразования и т.д.):

- технологические дефекты, возникающие при изготовлении, монтаже и ремонте котла (гофры на гнутых участках труб, утонение стенок, вмятины, задиры и т.д.);

- наружные загрязнения поверхностей нагрева (сажа, шлакозоловые отложения и т.п.).

4.3 Забитость или частичная проходимость труб поверхностей нагрева определяется при помощи тепловизора, который дает термограмму рис. 3.1, где темный и серый цвет (холодный) соответствует непроходимости трубок, соответственно белый (горячий) указывает на нормальное состояние данного участка поверхности нагрева. Забитость трубок определяется следующими внутренними «загрязнениями»:

- послемонтажная загрязненность поверхности котла из-за отложения на ней оксидов железа.

- загрязненность сварочным гратом, песком, землей и другими посторонними предметами,

- эксплуатационная загрязненность внутренней поверхности котла из-за отложений в виде кальциевых соединений и оксидов железа.

Рис.3.1 Термограмма труб поверхностей нагрева котла

4.4 Тепловизионный контроль труб поверхностей нагрева котла не дает однозначного толкования характера внутренних отложений (необходимы последующие лабораторные исследования), но позволяет получить общую картину состояния поверхностей нагрева котла в зонах возможного визуального осмотра.

4.5 Для устранения обнаруженных дефектов и дальнейшего исключения (замедления) их развития рекомендуется поддержка оптимальных режимов работы котла и применение механизированных систем комплексной очистки (паровые, воздушные или водяные аппараты, устройства импульсной очистки, виброочистки, дробеочистки и др.). Предназначенные для этого устройства, а также средства дистанционного и автоматического управления ими должны быть в постоянной готовности к действию.

4.6 Тепловизионный контроль труб поверхностей нагрева котла рекомендуется проводить всякий раз, когда котел выводиться из работы, ввиду небольших экономических затрат и важности данного метода, что позволяет получить достоверную информацию на текущий момент времени с накоплением и использованием ее в последующих ремонтных работах и эксплуатационных режимах.

РАЗДЕЛ 4. ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ

Общие положения

1.1 Обследование дымовой трубы производится с целью изучения ее состояния в процессе эксплуатации. Определяется необходимость проведения ремонта и его объем, необходимость осуществления реконструкции, с целью устранения или предотвращения процессов, оказывающих вредное влияние на несущую способность и долговечность трубы.

1.2 Обследование дымовой трубы выполняется организацией, имеющей лицензированных специалистов в области тепловидения. Основанием для привлечения специализированной организации, являются ПТЭ электрических станций и сетей Российской Федерации, РД 34.20.501-95, изд.1996 года. (п.2.2.6. "Дымовые трубы электростанций и газоходы должны подвергаться наружному осмотру один раз в год - весной. Внутреннее обследование дымовых труб 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, ("Инструкция по эксплуатации железобетонных дымовых труб и газоходов на тепловых электростанциях" и "Инструкция по эксплуатации металлических дымовых труб на тепловых электростанциях" - обе СЦНТИ ОРГРЭС, 1970).

1.3 Основное внимание при обследовании уделяется, как визуальному осмотру состояния трубы с земли с помощью бинокля, так и тепловизионной съемке, осуществляемой как минимум с трех точек (Рис.4.1) по всей высоте трубы и по всему периметру с последующей записью на видеомагнитофон (либо другой носитель информации) с последующей обработкой результатов термографирования на компьютере.

Подготовка к визуальному и термографическому обследованию дымовой трубы

2.1 Определение наиболее удобных точек съемки и осмотра дымовой трубы.

2.2 Перед выполнением работы необходимо провести ознакомление с технической документацией (паспортом) дымовой трубы.

2.3 Изучаются предыдущие обследования дымовой трубы и сведения о проведенных ремонтах.

2.4 Съемка и осмотр дымовой трубы должны проводиться в пасмурный день (либо в ночное время), максимально исключая, влияние солнечной радиации.

Проведение обследования

3.1 Обследование дымовой трубы производится для выявления дефектов, появившихся при возведении трубы и ее эксплуатации. При этом определяются характер и размеры дефектов, анализируются причины их возникновения, а также устанавливаются (ориентировочно) время их появления и возможность дальнейшего развития. При обследовании дымовой трубы одновременно производится осмотр подсоединенных к ней газоходов.

3.2 Перед обследованием дымовой трубы необходимо ознакомиться с имеющейся на нее документацией:

3.2.1 с проектом трубы для ознакомления с ее общей конструкцией и отдельными элементами, примененными материалами;

3.2.2 с документацией по строительству трубы - для ознакомления с изменениями, внесенными в проект во время строительства, условиями строительства, периодом возведения "зима, лето" и другими особенностями;

3.2.3 с условиями эксплуатации трубы для оценки влияния эксплуатационных факторов на развитие дефектов.

3.3. При обследовании дымовой трубы производится запись термографической картинки на видеомагнитофон или дискеты для последующего анализа изображения.

3.4. Основное внимание при обследовании трубы уделяется ее несущим конструкциям: фундаменту или опорной части, стволу, футеровке, растяжкам и анкерным устройствам и т. д., а также повреждениям, обнаруженным при ранее проведенных осмотрах.

3.5. Осмотр наружной поверхности вначале производится с помощью бинокля для установления крупных дефектов.

3.6. При осмотре наружной поверхности железобетонной трубы выявляются: места открытой арматуры и места с прогибами вертикальной арматуры, вертикальные и горизонтальные трещины, выпученные места в защитном слое бетона, отслоения и сколы бетона, отслоения крупного заполнителя или арматуры от цементного камня, наличие крупнопористого бетона, места течей и другие дефекты. При этом внимательно осматриваются швы бетонирования и сохранность маркеровочной окраски поверхности.

3.7. При осмотре поверхности металлической дымовой трубы устанавливаются места повреждений вследствие дефектов конструкции, некачественного монтажа, обширной коррозии с наружной стороны.

3.8. При осмотре наружной поверхности кирпичной дымовой трубы выявляются трещины, места разрушения кладки от попеременного замораживания и оттаивания или выкрашивания кирпича и прочие дефекты.

3.9. Осмотры дымовой трубы производятся с участием ответственного представителя электростанции для пояснений и фиксации выявленных дефектов.

3.10. Тепловизионная съемка дымовой трубы проводится с расстояния 80-100 метров с применением объектива 7 градусов по кадрам, с последующим их монтажом при компьютерной обработке. Увеличение расстояния при съемке трубы, а так же неблагоприятные погодные условия приводят к искажению температурного поля и как следствие к невозможности качественного определения температурных аномалий на поверхности трубы. На Рис.4.1 приведена схема расположения оператора при съемке.

3.11. Результаты осмотра трубы оформляются совместным актом, в котором перечисляются обнаруженные дефекты и, при срочной необходимости, определяются мероприятия по их устранению с указанием сроков.

3.12. При проведении обследования необходимо строго выполнять правила техники безопасности.

Обработка материалов тепловизионной съемки дымовой трубы

4.1. Тепловизионная съемка дымовой трубы тепловизором (предпочтительно 8-12 (μм) с разрешающей способностью не менее 0,1 °С.

4.2. Обработка результатов термографирования осуществляется на компьютере, по специальной программе с определением реального температурного поля по всей поверхности трубы и выявления аномальных температурных зон.

4.3. Распечатка термограмм выполняется на цветном принтере в цвете, либо в серых полутонах, где каждому цвету или оттенку соответствует своя температура.

Отдельные термограммы монтируются между собой так, чтобы получить общую термограмму по высоте трубы, (Рис 4.2).

Расчет температуры поверхности дымовой трубы

Для оценки состояния дымовой трубы проводятся теплотехнические расчеты, позволяющие оценить аномалии, выявленные при инфракрасном контроле. При этом конечная цель расчетов сводится к определению температур на наружной поверхности ствола трубы, исходя из предположения соответствия конструкции дымовой трубы проектной, сравнение их с температурой аномальных участков (обнаруженных с помощью тепловизора) и определение возможных причин этого несоответствия. Применительно к дымовым трубам, искомая температура наружной поверхности определяется по формуле:

,

,

где αн - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающему воздуху, Вт/м2·°С;

,

где кVо - скорость ветра на уровне соответствующей отметки с учетом высоты, м/с;

Rг -сопротивление теплоотдаче от дымовых газов к футеровке, м2·°С/Вт.

,

,

Анализ материалов обследования дымовой трубы. Составление отчета

5.1. После проведения осмотров, сбора различных сведений, выполнения необходимых измерений и расчетов, производится анализ всех полученных материалов, выявление причин повреждений, оценка их влияния на состояние трубы, ее несущую способность и долговечность.

5.2. В отчете излагаются результаты обследования, даются выводы о состоянии трубы, причинах появления дефектов и повреждений, даются рекомендации по улучшению состояния трубы и обеспечению ее долговечности, приводятся мероприятия по наблюдению за ее состоянием и улучшению эксплуатации.

5.3. При анализе характера температурной аномалии на поверхности трубы, полученной при инфракрасной съемке и по материалам визуального осмотра, используется информация, приведенная в Таблицах 4.1 и 4.2.

5.4. Не рекомендуется проводить тепловизионный контроль дымовых труб с вентзазором ввиду сглаженного температурного распределения по поверхности трубы.

5.5. Тепловизионный контроль дымовых труб не дает однозначного толкования скрытых дефектов как внутренний осмотр трубы, но благодаря своей простоте и оперативности экономически целесообразен.

5.6. Тепловизионный контроль дымовых труб позволяет при наличии дефекта прогнозировать его развитие и своевременно определить сроки внутреннего осмотра трубы.

5.7. В целях накопления определенного статистического материала, инфракрасный контроль состояния дымовых труб рекомендуется проводить ежегодно со снятием термограмм.

Таблица 4.1

Характеристика дефектов ствола железобетонной трубы