Тепловой способ неразрушающего контроля

Тоже неразрушающий: тепловой контроль ограждающих конструкций и оборудования

Как гласит ГОСТ Р 56542-2015, тепловой контроль (сокращённое обозначение – ТК) основывается на анализе тепловых полей, спровоцированных дефектами в исследуемых объектах. Физически этот вид НК построен на том, чтобы зарегистрировать инфракрасное излучение и преобразовать его в видимый спектр и/или электрический сигнал посредством специальных устройств. Чаще всего это тепловизор, пирометр, измеритель теплопроводности, термометр и т.д. Основные руководящие документы для ТК – ГОСТ Р 56511-2015, РД 13-04-2006, ГОСТ Р 54852-2011 и другие нормативы.

Тепловой метод контроля применяется для энергоаудита, технической диагностики, строительной и других видов экспертизы зданий и сооружений, трубопроводов, инженерных сетей, оборудования, теплозащитных конструкций. ТК позволяет определить состояние всевозможных машин и механизмов, электрических, холодильных установок, турбин, генераторов, котлов, конденсаторов, сосудов и т.д. Термография – эффективный способ проверки трансформаторов, изоляторов, роторов, обмоток, сварных и паяных соединений и пр.

В отличие от большинства других видов дефектоскопии, область распространения ТК не замыкается лишь на опасные производственные объекты. Его повсеместно используют в гражданской или, если угодно, бытовой сфере. Например, для оценки теплопотерь оконных и дверных проёмов, кровель, стен частных домов.

Своей популярностью тепловой метод контроля обязан своим преимуществам, таким как:

• безопасность для персонала. Нет потребности в сближении с горячими поверхностями, в промышленном альпинизме и т.д. Обследовать объект можно на безопасной дистанции (оптимально – от 2 до 100 м);
• отсутствие потребности в демонтаже и остановки эксплуатации;
• высокая точность результатов и скорость их получения. Погрешность при замерах температуры у многих современных тепловизоров не превышает 0,1 ˚С. Термограммы выводятся на экран устройства, что называется, в режиме реального времени. При этом во многих из них доступна функция наложения с реальным фото объекта. Это существенно упрощает точную локацию проблемных участков;
• высокая информативность. По результатам такого контроля формируется тепловая карта объекта, по которой чётко видно распределение температурного фона. Можно определить точку росы, источники теплопотерь, утечки рабочих сред, повреждённые узлы примыкания и прочие проблемные зоны. Что очень важно – результаты ТК наглядны и понятны даже при беглом осмотре;
• возможность применения к конструкциям и сооружениям из самых разных материалов.

При этом термография – довольно специфичный метод НК. Он доступен только для тех случаев, когда имеется чётко выраженная конвекция тепловых потоков. Связанные с этим недостатки теплового контроля обусловлены тем, что:

• результаты могут быть искажены из-за осадков – дождя и снега, а также из-за ветра (свыше 7 м/с), пыли, сажи, слишком яркого искусственного освещения;
• дополнительную погрешность вносит солнце, из-за которого поверхностная температура становится выше нормы;
• нормальному проведению термографии может помешать также высокая относительная влажность и густой туман;
• критически важное условие для проведения ТК заключается в том, чтобы температура поверхности значительно отличалась от температуры окружающей среды. Разница должна быть достаточной, чтобы термочувствительный элемент тепловизора (или иного прибора) смог безошибочно её распознать.

Какие задачи способен решать тепловой контроль

Начнём с того, что его проведение – обязательная процедура для многих предприятий и организаций, перечисленных в федеральном законе от 23.11.2009 года №261. К таковым, например, относятся все без исключения бюджетные учреждения, а также предприятия по производству и переработке углеводородов (газа, нефти и т.д.). Неисполнение данной процедуры чревато крупными штрафами. Соответственно, проведение ТК – это, прежде всего, соблюдение требований российского законодательства об энергосбережении.

Что касается более конкретных результатов, то тепловой контроль позволяет:

• обнаруживать дефектные участки конструкций с трещинами, порами, пустотами, раковинами, непроварами, непроклеями, структурной неоднородностью, термическим и усталостным перенапряжением;
• обнаруживать места образования и скопления конденсата – например, из-за неправильно уложенного утеплителя;
• выявлять утечки жидкостей и пара;
• определять места скопления отложений в радиаторах и теплообменниках;
• производить трассировку теплотрасс и других трубопроводов, распознавать места прокладки скрытых коммуникаций;
• оценивать качество теплоизоляционных материалов и их монтажа;
• отслеживать фактические объёмы энергопотребления на объекте;
• присваивать ему тот или иной класс энергетической эффективности, высчитывать потери энергоресурсов, разрабатывать план энергосберегающих мероприятий и т.д.

Этапы проведения теплового контроля

1) изучение ТЗ, документации на объект, условий выполнения работ, метеорологических сводок, прилегающих построек, возможных препятствий для тепловизионной съёмки;

2) разработка и согласование программы работ (технологической карты);

3) подбор, проверка исправности, настройка аппаратуры;

4) определение реперных зон с геометрической привязкой к размерам объекта;

5) непосредственно тепловой контроль согласно ранее утверждённой технологической карте, измерение температуры исследуемой поверхности и параметров окружающей среды;

6) анализ и расшифровка термограмм, выполнение теплотехнических расчётов, анализ тепловых аномалий;

7) заполнение протокола/заключения/отчёта (форма согласуется с заказчиком заранее) с указанием даты и времени проведения ТК, сведений о персонале, списка выявленных дефектов. Дополнительно прилагаются эскизы, термограммы, расчёты с результатами количественного и качественного анализа.

Инфракрасная термография и другие виды теплового контроля

Под термографией подразумевается классическое тепловизионное обследование. Его результатом является красочная термограмма, по которой легко увидеть, как распределены температурные поля. Изображение формируется при помощи термографических камер, которые регистрируют ИК-излучение электромагнитного поля. Отличие от инфракрасной съёмки в том, что термография рассчитана на более широкий диапазон температур, включая отрицательные (от -50 до +2000 ˚С).

Тепловой контроль также подразделяется на следующие типы:

• активный и пассивный. Первый используется для объектов, не выделяющих собственного тепла. В этом случае его подвергают нагреву при помощи внешних источников. Такая стимуляция помогает выявлять трещины, пористости, расслоения, неоднородности структуры, а также изучать теплопроводность, коэффициент излучения, теплоёмкость материалов и т.д. Гораздо более популярным, нежели активный, представляется пассивный метод теплового контроля. Он сводится к простому измерению температуры поверхности. Применяется для объектов, которые на стадии изготовления, монтажа, ремонта, эксплуатации сами по себе выделяют тепло. Иного внешнего воздействия не предполагается. Пассивный способ позволяет проверять тепловой режим объекта, его геометрию и определять отклонение от нормы;
• контактный и бесконтактный. Разница между ними ясна из названий. Контактный метод надёжнее, но всегда реализуем технически. Предельно допустимая температура нагрева термопар, термометров, термокарандашей и иных инструментов строго ограничена. У одних устройств она больше, у других – меньше, но всё же не бесконечна. Кроме того, нормальному выполнению контактного теплового контроля может помешать сложный форма объекта, из-за которой нельзя добиться плотного контакта датчика с поверхностью. Бесконтактный метод «богаче» по своим возможностям. Помимо температуры в отдельной точке, он подходит для изучения градиента температур, лучистых потоков, размеров дефектов, самого объекта и т.д. Замеры производятся на безопасном отдалении от горячих поверхностей. Правда, как мы уже отмечали выше, обследование становится невозможным, например, при нестабильном коэффициенте излучения, сильном тумане, наличии мощной посторонней подсветки и прочих факторах;
• термометрический и теплометрический. Первый измеряет температуру, второй – тепловые потоки.

Оборудование для теплового метода контроля

Чаще всего для ТК используют следующие виды аппаратуры:

• наблюдательные и измерительные тепловизоры. Приборы первой категории визуализируют тепловое поле, выстраивая цветное изображение, но без точных значений. Измерительные же устройства способны формировать детализированную тепловую карту, где дополнительно к наглядному цветному изображению можно отследить температуру любой отдельно взятой точки. Таким образом, подобрать тепловизор можно как для экспресс-осмотров, так и для обстоятельных исследований. Приборы выпускаются в стационарных и портативных версиях;
• пирометры. Они же ИК-термометры. Созданы для теплового контроля раскалённых и труднодоступных объектов, для которых контактные замеры не представляются возможными. Благодаря пирометрам можно узнавать точные значения на комфортном и безопасном расстоянии от поверхности;
• измерители плотности тепловых потоков и температуры. Предназначены для аудита в соответствии с ГОСТ 25380-2014. В частности, используются для контроля температуры внутри и снаружи зданий, термического сопротивления ограждающих конструкций и т.д. Такие измерители рассчитаны на диапазон температур от -30 до +50 ˚С. При помощи таких устройств проводят тепловой контроль и энергоаудит строящихся и эксплуатируемых зданий, проверяют качество работ по теплоизоляции, отделке, текущему содержанию объектов;
• информационные логгеры. Это переносные комплексы в прочном пылезащищённом корпусе, предназначенные для контроля температуры и влажности. Регистраторы оснащаются дисплеем для отображения данных, которые параллельно сохраняются в энергонезависимой памяти или сразу передаются на ПК. Собранные сведения обрабатываются при помощи ПО, в результате чего генерируются отчёты с наглядными графиками и таблицами. Современные логгеры могут работать одновременно с несколькими зондами;
• термокарандаши. Очень простой, надёжный, недорогой и достаточный инструмент для теплового метода контроля. Термокарандаши представляют собой стержни из лакополимерных композитов, вмонтированные в металлический корпус с держателем. Каждый стержень плавится строго при определённой температуре. Для измерения температуры поверхности нужно лишь приложить к ней термокарандаш. На выбор предусмотрено 113 вариантов термокарандашей, каждый из которых рассчитан на своё температурное значение в диапазоне от +38 до +1024 ˚С. Такие приспособления не содержат сложной и уязвимой электроники. В одном термокарандаше, как правило, содержится до 400–500 контрольных меток. Для использования таких инструментов нужно иметь доступ к объекту.

В зависимости от условий эксплуатации для термографии можно подобрать как лёгкие портативные приборы, так и высокопроизводительные стационарные системы.

Если говорить о полноценном проведении энергоаудита, то нельзя не сказать и о так называемых аэродверях. Этим термином обозначается особый вид манометрических течеискателей, при помощи которого выполняют натурные испытания ограждающих конструкций зданий на предмет их воздухонепроницаемости. Аэродвери позволяют проверять такие важные параметры энергоэффективности, как герметичность помещений (секций), кратность воздухообмена, давление внутри и снаружи, работоспособность системы вентиляции и т.д.

Требования к квалификации персонала

Специалисты теплового контроля проходят аттестацию по СДАНК-02-2021 или СНК ОПО РОНКТД-02-2021 (в зависимости от того, в какой Системе НК нужно подтвердить компетенцию, чтобы зайти на объект заказчика). Как и в остальных видах НК, предусмотрено три квалификационных уровня – I, II, III. Для сдачи экзамена необходимо пройти курсы, которые включают в себя занятия по следующим направлениям:

• физические основы ИК-термографии;
• теория теплообмена;
• работа с тепловизором. Имеется в виду общее знакомство с прибором плюс изучение техники съёмки для специфичных задач, например, для обследования зданий, тепломеханического оборудования, электроустановок, дымовых труб и пр. Попутно изучаются требования к данному классу СИ и другие инструменты для ТК;
• анализ термограмм, расшифровка при помощи специального ПО, составление отчётов и пр.

На «Дефектоскопист.ру» зарегистрированы десятки специалистов ТК и экспертов в области энергоаудита. В специальном разделе форума можно задать вопрос на интересующую вас тему. В «Файловом архиве» представлена нормативная документация, учебная литература и многое другое. Чтобы узнать больше о тепловом контроле, присоединяйтесь к сообществу «Дефектоскопист.ру».

Источник

Неразрушающий тепловой контроль (ТК): виды, методы и их особенности

ГОСТ Р 56511-2015 («Контроль неразрушающий. Методы теплового вида. Общие требования») определяет совокупность методов теплового контроля (ТК) в качестве основанных на оценке характеристик взаимодействия собственного теплового поля объекта диагностики с термометрическим оборудованием или термометрическими средствами (болометры, термические индикаторы и др.), а также на преобразовании параметров теплового поля объекта в сигналы с последующей передачей на регистрирующую аппаратуру.

Методы ТК

В целях реализации теплового неразрушающего контроля используются активные и пассивные методы. Пассивный контроль не требует внешнего воздействия на объект, при активном же применяются внешние источники (источники воздействия).

Пассивные методы теплового контроля используются для контроля температурного режима и выявления отклонений от нормы, в том числе отклонений геометрии контролируемого объекта.

Активные методы ТК применяются, когда требуется выявить дефекты (трещины, расслоения, включения и т. п.); выявить изменения в структуре, свойствах объекта.

Методы пассивного теплового контроля

Контактный метод – используется для измерения температуры и оценки параметров тепловыделяющих элементов.

Метод собственного излучения. Используется для контроля температуры, измерения излучений, а также для оценки параметров выделяющих тепло элементов, для выявления дефектов и т. п.

Активные методы ТК

Стационарный метод – используется для оценки теплофизических свойств, для выявления параметров пористости и т. д.

Нестационарный метод – применяется для контроля теплофизических свойств, для оценки нагрева или охлаждения объектов, для выявления дефектов в различных материалах.

Схемы контроля

В процессе реализации тепловых методов контроля, вне зависимости от разновидности последних, могут использоваться различные схемы, в том числе:

• односторонние активная и пассивная;
• двусторонняя активная и пассивная;
• синхронная, несинхронная, комбинированная активные схемы.

Объекты теплового контроля

В роли объектов теплового контроля могут выступать строительные конструкции, приборы и устройства, металлические изделия, двигатели, другие объекты, характеризующиеся переходными тепловыми процессами.

Средства и аппаратура

Для проведения теплового контроля необходимо использование следующих устройств:

• тепловизоры (для оценки теплового поля объекта контроля);
• пирометры и инфракрасные термометры (позволяют измерить тепловое излучение объекта);
• логгеры (дают возможность измерить показатель влажности, а также температуру);
• измерители плотности потоков тепла;
• индикаторные вещества (при необходимости; используются при контактных тепловых видах ТК) и др.

Вне зависимости от вида оборудования, применяемого при тепловом контроле, все данные, получаемые от устройств, переносятся на компьютер для последующего анализа, в том числе программными средствами.

Ключевые характеристики аппаратуры, применяемой при тепловом виде контроля:

• диапазон регистрируемых температур;
• чувствительность;
• скорость получения сведений;
• погрешности;
• диапазон излучений и т. п.

Оборудование для теплового вида контроля рекомендуется регулярно проверять на контрольных образцах. В этих целях допускается применение заведомо дефектных образцов. Есть нюанс: контрольные образцы должны быть аттестованными.

Подготовка и проведение ТК

Тепловой контроль проводится при условии предварительной подготовки. Подготовительные мероприятия включают следующие этапы:

• подготовка объекта (очистка от загрязнений, разметка границ участка, который будет контролироваться);
• проверка оборудования (с учетом положений эксплуатационных технических бумаг);
• определение условий реализации ТК (установление режима работы, обеспечение стабильности условий и т. п.).

Непосредственно тепловой контроль проводится в несколько этапов:

• установка объекта ТК и используемых устройств в необходимое положение;
• нанесение индикаторов при необходимости;
• нагрев, подача импульса;
• проведение измерений, наблюдение;
• сравнение полученных данных с контрольными;
• подготовка заключения по итогам ТК.

Заключение (протокол) по результатам теплового контроля, независимо от вида ТК, должен содержать результаты мероприятий. Они впоследствии заносятся в регистрационный журнал в виде совокупности следующих данных:

• тип объекта, его наименование или номер;
• параметры контролируемых тепловым методом участков;
• условия, в которых проводился тепловой контроль;
• вид или виды теплового контроля, применяемые для диагностики;
• характеристики дефектов;
• сведения об аппаратуре;
• дату, время теплового контроля и т. п.

Источник