ISSN 1210-311X MK ČR: 5 979 Technická diagnostika 1 ROČNÍK XXV 2016 ASOCIACE TECHNICKÝCH DIAGNOSTIKŮ ČESKÉ REPUBLIKY, z. s. termodiagnostika V ČESKÉ PRAXI TD2 Projevy nesouososti strojních zařízení TD5 Kvalitativní termografie při zobrazování plynů TD11 Využití termografie jako nástroje kontroly při výrobních procesech v železárnách TD14 Měřicí technika pro ověřování integrity plynovodů www.atdcr.cz
NENÍ NEREZ JAKO NEREZ Nerezová ložiska SKF pro potravinářský průmysl Speciální nerezová ocel HNCR s obsahem dusíku má až 3x vyšší provozní trvanlivost. Náplň tuhého oleje Solid Oil na celou dobu životnosti ložiska prodlužuje servisní intervaly. Modré těsnění ze syntetické pryže umožňuje snadné rozpoznání úlomků těsnění, čímž snižuje riziko kontaminace potravin. Náplň plastického maziva vhodného pro náhodný kontakt s potravinami zamezuje kontaminaci potravin. www.skf.cz www.skf.cz SKF je registrovaná obchodní značka SKF Group SKF Group 2016
Vážení přátelé technické diagnostiky, také v roce 2016 bude pokračovat spolupráce Asociace technických diagnostiků České republiky, z. s., (dále ATD) s firmou Trade Media International, s. r. o., vydavatelem časopisu Řízení & údržba průmyslového podniku. Ve dvou vydáních zvláštní přílohy časopisu tak máme opět možnost seznámit zájemce s prací technických diagnostiků, respektive na příkladech z praxe dále představit dva z oborů technické diagnostiky. Aktuální příloha je zaměřena na oblast termodiagnostiky, příloha posledního čísla časopisu roku 2016 bude věnována problematice montážních a optických měření. Pravidelní čtenáři dříve vydaných příloh a všichni, kdo se o práci ATD zajímají, vědí, že v rámci asociace pracuje celkem pět odborných skupin mimo výše uvedených oborů ještě skupiny elektrodiagnostiky, tribodiagnostiky a vibrodiagnostiky. To se samozřejmě promítá do počtu organizovaných akcí, kterými se může ATD ve své činnosti pochlubit. Z doby od vydání poslední přílohy v prosinci 2015 je vhodné vzpomenout konání již 35. mezinárodní vědecké konference DIAGO 2016, spojené s XII. profesním setkáním certifikovaných osob pro funkci specialista vibrační diagnostiky. Akce proběhly opět za účasti více než 150 odborníků počátkem února 2016 v hotelu Harmonie I v Luhačovicích. Při této příležitosti vyšlo jako sborník anotací konference zvláštní číslo časopisu Technická diagnostika. Dlouhodobě bohatá je činnost skupiny tribodiagnostiky, která je podepsána pod seminářem Obráběcí kapaliny konaným v březnu 2016 v Kozovazech, odborným kurzem tribodiagnostiky pořádaným firmou Trifoservis Čelákovice a nově také kurzem ve středisku na VŠB-TU Ostrava. Samozřejmostí je pak následný proces certifikace nových pracovníků ve spolupráci s ACM DTO CZ v Ostravě. Další zajímavou akcí byl bezesporu již 22. ročník konference Reotrib 2016, která se konala na konci května 2016 ve Velkých Losinách a jejímž hlavním organizátorem byla firma ReoTrade s. r. o., Opava. Možnosti dalšího vzdělávání existují také v ostatních oborech. Namátkou jmenujme alespoň konání 18. semináře CMS 2016 v oblasti vibrodiagnostiky nebo akci Open House 2016, která je věnována testování, diagnostice a monitoringu v energetice a průmyslu a je primárně určena termodiagnostikům. Ve stádiu příprav je pak 5. profesní setkání pracovníků v oblasti montážních a optických měření, které se uskuteční v září 2016 v Seči, stejně jako VIII. provozní setkání certifikovaných osob pro funkci specialista vibrační diagnostiky. Další informace o akcích ATD najdete na www.atdcr.cz. Rádi bychom na tomto místě informovali také o odborných konferencích, seminářích, setkáních a dalších akcích z oblastí diagnostiky a údržby pořádaných vámi. Pomůžete nám tak plnit úkol plynoucí ze stanov ATD, které definují jako hlavní činnost spolku zprostředkování kontaktů odborníků za účelem předávání zkušeností a znalostí v oborech technické diagnostiky a údržby vedoucí ke zvyšování odbornosti svých členů. A ještě uděláte svým akcím reklamu Obecně je potěšující, že se průmyslová výroba v České republice po letech stagnace skutečně zvedá, což přináší zvýšenou poptávku po pracovnících technických profesí, včetně diagnostiků a pracovníků údržby. Jak se ale říká, každá mince má dvě strany. Jednou je dostatek zakázek pro firmy nebo pracovních nabídek pro jednotlivce, druhou pak výše a délka nutného pracovního nasazení. A proto mi závěrem dovolte vám všem připomenout, že právě nastává doba prázdnin a dovolených a že nejen prací živ je člověk. Rád bych vám tedy popřál řadu krásných dnů prožitých s rodinou nebo přáteli (hlavně bez práce, telefonů, notebooků ) a načerpání dostatku potřebných nových fyzických a psychických sil, abychom se v tom dalším pracovním roce zase mohli společně setkat na nějaké zajímavé akci. S pozdravem Ing. Ladislav Hrabec, Ph.D. tajemník ATD ČR, z.s. a šéfredaktor časopisu TD tiráž Šéfredaktor: Ing. Ladislav Hrabec, Ph.D. Grafická úprava: JIŘÍ RATAJ Redakční rada: doc. Ing. František Helebrant, CSc. Ing. Martin Holek, Ph.D. doc. Ing. Karel Chmelík prof. Ing. Václav Legát, DrSc. Ing. Vlastimil Moni, Ph.D. prof. Ing. Hana Pačaiová, PhD. Vydavatel: Asociace technických diagnostiků ČR, z. s. VŠB-TU Ostrava 17. listopadu 15 / 2172 708 33 Ostrava - Poruba Vychází: nepravidelně MK ČR: 5 979 ISSN: 1210-311X www.atdcr.cz technická diagnostika 2/2014 TD1
Projevy nesouososti strojních zařízení JAN BLATA VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA 1. Úvod do řešené problematiky V praxi bývá bohužel velmi často zanedbána potřeba kvalitního ustavení a vyvážení strojních zařízení. Následující článek si klade za úkol demonstrovat projevy špatného ustavení a možnosti jejich detekce za pomoci standardních metod. Úkolem ustavování je zajistit, aby osa rotace stacionárního stroje a osa rotace pohyblivého stroje tvořila jednu přímku. Osou rotace rozumíme spojnice dvou pomyslných bodů, jejichž relativní rychlost je nulová. Souosost je tedy stav, při kterém osa rotace stacionárního stroje a osa rotace pohyblivého stroje tvoří jednu přímku. Nesouosost chápeme jako jakýkoliv stav, při kterém osa rotace stacionárního stroje a osa rotace pohyblivého stroje jednu přímku netvoří. Základní typy nesouososti: rovnoběžná (radiální nebo paralelní), tj. osa rotace stacionárního stroje a osa rotace pohyblivého stroje tvoří navzájem dvě rovnoběžné přímky, axiální (úhlová), tj. osa rotace stacionárního stroje a osa rotace pohyblivého stroje tvoří navzájem dvě různoběžky. Těchto dvou stavů lze docílit ve dvou navzájem kolmých rovinách, celkem tedy lze dosáhnout čtyř základních stavů nesouososti (obr. 1). 2. Experimentální zkušební zařízení Nejprve bylo zkušební zařízení vyváženo a ustaveno dle doporučených tolerancí. Pro simulaci nesouososti bylo využito pouze rovnoběžné (paralelní) nesouososti nastavené ve vertikálním směru, resp. osy rotací hřídelí jsou rovnoběžné a mění se jejich vzájemná vzdálenost. V prováděném experimentu byla měřena závislost teploty za pomoci IR termokamery a dotykových teploměrů Obr. 1 Varianty nesouososti [1] na celém zařízení se zaměřením na ložiska a spojku. Pro měření bylo využito také měření frekvenčního spektra rychlosti vibrací, velikosti otáček a hodnot elektrického proudu. V experimentu byly měněny hodnoty rovnoběžné nesouososti blízké hodnotě 0,04 mm, 0,3 mm, 0,5 mm, 0,8 mm a 1 mm. Účelem bylo nastavení hodnot nesouososti na zkušebním zařízení a sledování projevů vybraných parametrů, což umožní lepší identifikaci problému za využití jednotlivých metod (termodiagnostika, vibrodiagnostika, elektrodiagnostika) a současně tak demonstruje důležitost ustavení strojních zařízení. 3. Průběh měření sledovaných parametrů na zkušebním zařízení Nejprve bylo zkušební zařízení ustaveno na hodnotu 0,04 mm. Po ustavení bylo zařízení v provozu cca 1 hodinu, během níž již došlo k ustálení jednotlivých teplot. Výsledky Tab.1 Tabulka efektivních hodnot rychlosti vibrací v pásmu 10 1 000 Hz (v RMS ), efektivní hodnoty zrychlení vibrací v pásmu od 500 25 600 Hz (a RMS ), otáček, elektrického proudu a teploty ložisek a spojky [2]. *Teplota ložisek po 60 min. provozu (teplota pro 1 mm je po 20 min). popis ustaveno nesouosost nesouosost nesouosost nesouosost 0,3 mm 0,5 mm 0,8 mm 1 mm měřící místo L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L3 veličina směr max. ot. [min -1 ] 1489 1488 1487 1480 1470 v RMS [mm.s -1 ] H 0,72 0,7 0,89 1,5 0,93 1,71 2,85 2,25 2,96 5 5,4 6,3 9,82 9,41 11,1 V 0,29 0,21 0,79 0,71 1,37 1,05 2,67 2,77 4,70 4,34 a RMS [g] H 0,36 0,3 0,15 0,34 0,34 0,36 0,35 0,32 0,47 0,34 0,33 0,38 0,53 0,33 0,43 V 0,22 0,3 0,22 0,33 0,24 0,4 0,21 0,29 0,21 0,33 el. proud [ma] 1350 1351 1355 1358 1340 teplota ložiska* [ C] 25,3 24,4 37,3 29,3 27,3 40,7 29,1 27,2 41,3 29,5 28,2 43,1 29,1 28,7 42,9 teplota spojky [ C] 29,1 42,3 48,4 69,6 96,4 TD2 1/2016 technická diagnostika
Po nastavení rovnoběžné nesouososti na hodnotu 0,5 mm opětovně dochází ke snížení maximálních otáček o 1 ot/ min. Ke zvýšení rychlosti vibrací došlo znovu skoro o dvojnásobek. Ve frekvenčním spektru rychlosti vibrací (obr. 8 na straně TD4) můžeme sledovat prudký nárůst Obr. 2 Znázornění zkušebního zařízení měření shrnuje tabulka 1 a patřičné obrázky. Při nastavení rovnoběžné nesouososti na hodnotu 0,3 mm již můžeme sledovat mírnou změnu parametrů. U otáček došlo ke snížení pouze o 1 ot/min, ale u rychlosti vibrací došlo ke skokovému, cca dvojnásobnému zhoršení. Je možné pozorovat také zvýšení teploty v ložiscích i na spojce. Na spojce je nárůst největší, což již svědčí o zatížení spojky a nutnosti kompenzovat nesouosost. Je třeba podotknout, že pro pohon byl použit motor o výkonu pouhých 250 W. Obr. 5 Termogram zahřívání zařízení ve stavu nesouosost 0,5 mm Obr. 3 Termogram zahřívání zařízení ve stavu ustaveno Obr. 6 Termogram zahřívání zařízení ve stavu nesouosost 0,8 mm Obr. 4 Termogram zahřívání zařízení ve stavu nesouosost 0,3 mm Obr. 7 Termogram zahřívání zařízení ve stavu nesouosost 1 mm (po 20 min.) technická diagnostika 1/2016 TD3
Obr. 8 Kaskáda frekvenčních spekter rychlosti vibrací, vpředu ustaveno až po nesouosost 1 mm (vzadu), měřicí bod L2, horizontální směr trojnásobku otáčkové frekvence (74,3 Hz), což má přímou spojitost s nesouosostí a namáháním zařízení. U nastavení rovnoběžné nesouososti na hodnotu 0,8 mm dochází oproti předchozímu stavu ke snížení maximálních otáček o 7 ot/min. Zde je vidět, že výrazná část výkonu je spotřebována formou ztrát a motor není schopen udržet vyšší otáčky. Je třeba podotknout, že zařízení není mimo vlastní ztráty zatíženo jiným odběrem, tudíž se veškerý výkon spotřebovává na krytí vlastních ztrát. V těchto případech dochází k maření energie především na spojce a dále v ložiscích, která jsou spolu se zvyšující se nesouosostí stále více zatížena. Při porovnání vibrací s předchozím stavem můžeme konstatovat, že dochází k nárůstu vibrací na cca dvojnásobek. Ve frekvenčních spektrech pak můžeme sledovat nárůst amplitudy na trojnásobku otáčkové frekvence (74 Hz) na trojnásobek amplitudy oproti předchozímu stavu, dále jsou také patrny násobky této frekvence. V posledním případě, kdy je nastavena hodnota nesouososti na 1 mm, je již zařízení zatíženo natolik, že dochází k výraznému oteplení spojky; po dvaceti minutách provozu se teplota blíží hodnotě 100 C. Vibrace a projevy zařízení jsou tak výrazné, že je čas zkoušky zkrácen na 20 min. I tak již ovšem došlo k natolik výraznému poškození spojky, že není možné její další použití. Vibrace stouply opětovně na dvojnásobek oproti předchozímu stavu, teploty v jednotlivých místech jsou v některých případech nižší, je ale třeba mít na paměti, že experiment byl podstatně zkrácen a teploty v jednotlivých místech by se ještě zvýšily. V tomto jediném případě došlo ke snížení příkonu, což má zřejmě souvislost s podstatně nižšími otáčkami. Závěr V průběhu experimentu se prokázala závislost všech měřených parametrů na hodnotách nesouososti. Je výrazně vidět, že dnešní pružné spojky dokáží kompenzovat poměrně vysoké hodnoty nesouososti, ovšem za cenu velkých energetických ztrát, namáhání a opotřebení těchto spojek a samozřejmě také za cenu zatížení ložisek i motoru. V návaznosti na hodnoty nesouososti lze názorně pozorovat zvyšování teploty v exponovaných místech, zvyšování vibrací, proudu i snižování otáček. Každý provozovatel by měl tedy zvážit, zda je ekonomické provozovat strojní zařízení v neustaveném stavu, zvyšovat tak energetické ztráty a současně výrazně zkracovat životnost zařízení. Literatura: [1] HRABEC, L., HELEBRANT, F, MAZALOVÁ, J.: Technická diagnostika a spolehlivost III. Ustavování strojů. Ostrava: VŠB-TUO. 2006. 45 s. [2] BLATA, J.: Vliv nesouososti na průběh teploty a dalších parametrů na zkušebním zařízení. Odborná studie, Ostrava: VŠB-TUO. 2015. 20 s. Autorem článku je Ing. Jan Blata, Ph.D., Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra výrobních strojů a konstruování, 17. listopadu 15/2172, 708 00 Ostrava Poruba, e-mail: jan.blata@vsb.cz. Recenzent: Ing. Jiří Svoboda, "TMV SS" spol. s r. o., Praha, vedoucí odborné skupiny termografie při ATD ČR, z. s., certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie kategorie III TD4 1/2016 technická diagnostika
Kvalitativní termografie při zobrazování plynů VÁCLAV STRAKA, JIŘÍ SVOBODA TMV SS SPOL. S R. O. Anotace V současnosti se neustále zvyšuje tlak na nakládání se skleníkovými plyny. Tlak je způsoben jak technickými, tak legislativními požadavky a přehlédnout nelze ani bezpečnostní aspekty. Mezi tyto plyny patří nejenom uhlovodíkové sloučeniny a mediálně popularizované CO a CO 2, ale například i plyny používané v chladírenství či energetice, jako například SF 6. Hexafluorid sírový SF 6 je stále ve větší míře využíván jako izolační médium na úrovni zvláště vysokého napění (ZVN) a velmi vysokého napětí (VVN), ale i na hladině vysokého napětí (VN). Při značném množství aplikací není jednoduché odhalit místo úniku pouze použitím tzv. čichaček. Tato indikace není dostatečně efektivní vzhledem k rozlehlosti objektu. V některých případech ani není možná, neboť se například jedná o prvek na úrovni VVN a vyšší, který je pod napětím. Řešením se (nejen) pro tyto případy jeví použití vizualizace úniku pomocí speciálních infračervených kamer. Součástí článku je nejen popis koncepce, ale i konkrétní příklady vizualizace. Článek doplňují i příklady vizualizace dalších plynů s vazbami na bezpečnostní a technologické aspekty, společně s návazností na legislativní aspekty a trendy v této oblasti. 1. Funkční princip Pro vizualizaci úniku plynů je možno využít několik funkčních principů. V minulosti byl využíván odraz rozptýleného laserové signálu od plynu rozptýleného v atmosféře (využívalo se laserů s laditelnou vlnovou délkou), dále pak princip akustické emise z plynu excitovaného externím zdrojem energie (využívalo se jako excitačního zdroje opět laserového paprsku). Oba tyto postupy byly laboratorně, a částečně též v praxi, ověřeny, avšak byly velmi často omezeny aplikovatelnou vzdáleností od zdroje (akustická emise i odraz laserového signálu), či nutností dostatečně reflexního pozadí (odraz laserového paprsku). Maximální použitelná vzdálenost se pohybovala mezi 2 5 metry, což se z hlediska praktického nasazení projevilo jako omezující parametr. Jako další alternativní postup se využívala rozdílná propustnost různých plynů v infračervené oblasti. Plynné sloučeniny mají tyto charakteristiky poměrně dobře zmapovány a lze je najít v různých pramenech, například v databázích NIST. Většina plynných sloučenin má sníženou propustnost ve specifické oblasti infračerveného pásma středních (2 5 µm) a dlouhých vlnových délek (8 14 µm). Zdálo by se tedy přirozené, že tyto úniky, respektive pokles transparentnosti atmosféry, mohou být poměrně snadno detekovány. Jedná se sice o významné poklesy propustnosti v řádech desítek procent, ale často ve velmi úzkém vlnovém pásmu, někdy i o šíři desetin µm. Jako příklad může sloužit kombinovaná charakteristika propustnosti SF 6 a H 2O (plynné skupenství) na následujícím obrázku (spektrální závislost je ve vědeckých kruzích často vyjadřována nikoliv jako vlnová délka, ale jako tzv. vlnové číslo [1/cm]): Zatímco voda vykazuje pokles propustnosti napříč celým infračerveným pásmem, SF 6 vykazuje poměrně vysokou absorpci výhradně v úzkém okolí vlnové délky 10,7 µm. Obdobné charakteristiky jsou běžné i pro další plyny, takže z hlediska praktické detekce z tohoto chování vyplývají dva zásadní požadavky pro praktické použití metody: 1. Spektrální filtrace, tzn. použití vhodných spektrálních filtrů o úzkém a přesně zvoleném pásmu propustnosti. 2. Velmi vysoké nároky na teplotní citlivost detektoru, obvykle maximálně v rozsahu 15 25 mk (parametr je obvykle označován jako NETD). Tento požadavek je v současné době možno splnit pouze chlazenými detektory bez ohledu na fakt, zda lze žádaný plyn sledovat ve středněvlnné nebo dlouhovlnné oblasti infračerveného spektra. Stejně tak je velmi často spektrální filtr nutno integrovat přímo do chladicího okruhu detektoru. Použití systémů využívajících nechlazené mikrobolometry tedy z hlediska požadované citlivosti technická diagnostika 1/2016 TD5
není v současnosti možné. Při volbě technického vybavení (vlnového pásma kamery i specifické vlnové délky spektrálních filtrů) je tedy nutné zohlednit vlnové pásmo absorpce plynu, který je požadován pro vizualizaci. Nelze tedy požadavek zobecnit pouze na volbu dostatečně citlivého termografického systému, ale je třeba brát v potaz právě výše zmíněné spektrální charakteristiky. V souvislosti s výše zmíněnými podmínkami je nutno dodržet i dvě následující podmínky: 1. Pokud se ve snímaném prostoru vyskytují dva (či více) plynů vykazující zvýšenou absorpci signálu ve vlnové délce vymezené spektrálním filtrem, není možno jejich odezvu dostatečně přesně oddělit a bez dodatečných chemických měření není možné určit, o jaký plyn se přesně jedná. Výhodou je, že pokud detekujeme třeba únik z prvku naplněného zemním plynem pod tlakem, nepředpokládáme, že uniká například čpavek. Autoři však považují za vhodné na tento fakt upozornit. 2. Zvolená metoda neumožňuje sama o sobě přímou kvantifikaci koncentrace úniku či množství unikajícího plynu. Je však možné (a praxe to potvrzuje) dané množství poměrně spolehlivě odhadnout. Doporučením je, aby byla daná měření prováděna pokud možno za málo větrného počasí bez srážek či nadměrného odparu vlhkosti, ideálně za slunečního svitu, který pomáhá zvyšovat teplotní kontrast pozadí a současně excituje unikající plyn, což zvyšuje jeho absorpci. V praxi je v současnosti možno stávajícím technickým vybavením detekovat následující hlavní plyny: Chladicí plyny: R404A, R407C, R410A, R134A, R417A, R422A, R507A, R143A, R125, R245fa, (8,0 8,6 µm), SF 6, Acetyl Chloride, Acetic Acid, Allyl Bromide, Allyl Chloride, Allyl Fluoride, NH 2, Bromomethane, Chloride Dioxide, Ethyl Cyanoacrylate, Ethylene, Furan, Hydrazine, Methylsilane, Methyl Ethyl Ketone, Methyl Vinyl Ketone, Propenal, Propene, Tetrahydrofuran, Tichloroethylene, Uranyl Fluoride, Vinyl Chloride, Vinyl Cyanide, Vinyl Ether (10,3 10,7 µm), Butane, Ethane, Methane, Propane, Ethylene, Propylene, Benzene, Ethanol, Ethylbenzene, Heptane, Hexane, Isoprene, Methanol, MEK, MIBK, Octane, Pentane, 1-Pentane, Toluene, Xylene (3,2 3,4 µm), CO, NO x, Ketene, Ethenone, Butyl, Isocyanide, Hexyl Isocyanide, Cyanogen Bromide, Acetonitrile, Acetyl Cyanide, Chlorine Isocyanate, Bromine Isocyanate, Methyl Thiocyanate, Ethyl Thiocyanate, Chlorodimethylsilane, Dichloromethylsilane, Silane, Germane, Arsine, vysokopecní plyn, koksárenský plyn a další (4,52 4,67 µm, chlazený filtr), vhodnost ostatních plynů pro detekci je možno ověřit na základě jejich spektrálních charakteristik. V naprosté většině případů lze nalézt vhodné vlnové pásmo pro jejich vizualizaci; vždy však v případě zájmu doporučujeme provést ověřovací měření na vzorku plynu. V dané oblasti se vyskytuje ještě jedna velmi zajímavá aplikace, kterou lze považovat za inverzní vůči výše zmíněným aplikacím, a to je měření teploty vyzdívek a komponent vnitřních stěn spalovacích prostor spalujících například zemní plyn. Pro kontrolu rozložení teploty například na trubkách rozvádějících média určená k ohřevu uvnitř spalovacího prostoru je zapotřebí odfiltrovat plameny (tzn. provádět měření ve vlnovém pásmu, kde jsou plameny transparentní). Ve středním vlnovém pásmu toto měření provádět lze a je aplikovatelné na systémy spalující například zemní, koksárenský či vysokopecní plyn, tzn. například v chemii, petrochemii či sklářském průmyslu. Pokud se ve snímaném prostoru vyskytují dva (či více) plynů vykazující zvýšenou absorpci signálu ve vlnové délce vymezené spektrálním filtrem, není možno jejich odezvu dostatečně přesně oddělit a bez dodatečných chemických měření není možné určit, o jaký plyn se přesně jedná. 2. Vazba na stávající koncepty prediktivní údržby a legislativní rámec V prvé řadě je nutno zmínit následující hlavní přínosy OGI (Optical Gas Imaging): zvýšení bezpečnosti obsluhy nebo obyvatelstva v případném dosahu unikajících plynů, případně ohrožené jejich explozemi či požárem, zvýšení spolehlivosti technických prvků, snížení zátěže životního prostředí (často se jedná nejen pro zdraví škodlivé plyny, ale například i o skleníkové plyny), plnění legislativních požadavků nejen v rámci ČR a SR, ale i v EU, ověření technických řešení u nových prvků či kvality technických zásahů v případě uvedení do provozu nebo údržby v rámci řádu preventivní údržby (ŘPÚ). Zvýšení bezpečnosti obsluhy Jedná se o aplikace detekující například úniky CO či NH 3, které jsou smrtelně nebezpečné. Obzvláště v případě CO se jedná o plyn bez zápachu, takže obsluha či pracovníci nemohou hrozící nebezpečí odhalit bez technických pomůcek. Nemusí se jednat o plošné úniky, ale úniky lokální, kde může být nebezpečná koncentrace omezena na velmi specifický prostor či oblast. Z minulosti jsou dokumentovány četné případy zvláště z oblasti těžkého průmyslu. Zvýšení spolehlivosti technických prvků Příklad aplikace byl doložen na SF 6, kde pokles tlaku (zmenšení náplně plynotěsného oddílu) limituje technické použití dotčeného prvku. Stejně tak v případě náplní fluorovanými plyny je zapotřebí před doplněním (v souladu se stávající legislativou) nejprve provést identifikaci místa úniku a opravu vedoucí k jeho zamezení. TD6 1/2016 technická diagnostika
Plnění legislativních požadavků nejen v rámci ČR a SR, ale i v EU Zamezení úniku plynů do okolního prostředí je zakotveno nejenom v zásadách bezpečnosti práce a ŘPÚ, ale nově i v legislativních materiálech, jež již byly uvedeny do praxe, nebo je jejich uvedení otázkou nejbližší budoucnosti. Fluorované plyny problematika je řešena nařízením ES 846/2006, plně integrovaným do legislativního rámce ČR. Mimo požadavků na minimalizaci úniků a jejich identifikaci stanovuje i povinnost certifikace osob manipulujících s fluorovanými plyny. Jedná se o obligatorní požadavek, nikoliv doporučení. VOC Stávající situace IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control) ustanovuje mimo jiné povinnost využívající prostředky BAT (Best Available Techniques), které jsou definovány jako technické prostředky umožňující co nejlepší identifikaci místa úniku. V prováděcích pokynech jsou doporučovány prostředky OGI (Optical Gas Imaging). Dále se jedná o soubor nařízení se souhrnným označením E-PRTR, který se zaměřuje na emise a úniky z definovaných cca 24 000 největších evropských průmyslových znečišťovatelů. Mimo jiné jsou podrobné postupy a požadavky stanoveny v prováděcích předpisech pro jednotlivé průmyslové sektory. Directive on Industrial Emissions 2010/75/EU (IED) jedná se o nařízení již začleněné do národních legislativ, a to nejpozději 7. 1. 2013 s platností nejpozději od 7. 1. 2014. Toto nařízení obligatorně vyžaduje využívání prostředků BAT. (http://eippcb.jrc.es) Evropská komise IPPC definuje tyto prostředky v dokumentu BREF, z nichž zásadní jsou v tuto chvíli: Refining of mineral oil and gas Draft 2 March 2012 Common Waste Water and Waste Gas Treatment/ Management Systems in the Chemical Sector This BREF covers the entire chemical sector Draft 1 July 2011 Výňatek z BREF: BAT (draft 2) Refining of mineral oil & gas, Chapter 3.28 However, it has to be emphasised that the calculation method based on emission factors and algorithms are reported to be unreliable and give significantly underestimated results, in particular for tank farms, cokers and flares. (BAT draft 1) OGI cameras should be introduced within smart LDAR programmes for easier and faster identification of significant leaking components, in particular in remote areas, allowing for a better LDAR prioritisation and focus. This includes the identification of leaks from storage tank roof seals and fittings which cannot be detected by LDAR or by DIAL/ SOF technique. (BAT draft 2) Výňatky jsou uvedeny v originálním znění, aby autoři nebyli případně považováni za možný zdroj dezinterpretace textu. Odkazy na legislativu European Commission: http://ec.europa.eu/environment/air/pollutants/stationary/index.htm IPPC Directive: http://ec.europa.eu/environment/ air/pollutants/stationary/ippc/summary.htm European Pollutant Release and Transfer Register: http://prtr.ec.europa.eu Directive on Industrial Emissions (IED): http:// eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv. do?uri=celex:32010l0075:en:not European IPPC Bureau: http://eippcb.jrc.es BAT Reference documents: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference 3. Legislativní rámec týkající se SF6 Od roku 1997, kdy byl plyn SF 6 zařazen do seznamu skleníkových plynů, je jeho nasazení a používání stále více omezováno. Tento plyn bez příměsí je nedýchatelný, přesto není karcinogenní či mutagenní. I přes svou vyšší hmotnost oproti vzduchu je díky vzdušnému proudění dopraven až do vyšších poloh atmosféry, kde přispívá k zesílení skleníkového efektu. Vliv na ozonovou vrstvu nebyl prokázán. V zapouzdřených oddílech, rozvodnách a rozvaděčích díky chemickým a tepelným vlivům vzájemnými reakcemi vznikají další sloučeniny jako HF, SO 2 aj., které již toxický vliv na člověka mají, a proto je s nimi potřeba při únicích počítat. První nařízení, tzv. F-Gas regulation 842/2006, již deklarovalo, za jakých podmínek je možné plyn v zařízení používat, jak jej skladovat, transportovat či vykazovat manipulaci s ním spojenou (nákup, sklad atd.). Platformu pro toto nařízení vytvořil zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. Ten byl s platností od 1. 1. 2015 nahrazen novějším nařízením č. 517/2014. Nařízení nejenže výše uvedené podmínky včetně maximálních tolerovaných úniků zpřísňuje, ale též zavádí sankce. Ty se vztahují k nalezeným nedostatkům jak u pochybení certifikovaných pracovníků, tak u celých organizací. Zmiňovaný zákon prošel v mezidobí také několika změnami. Byl rozdělen na předpis č. 201/2012, který pokrývá celkovou problematiku ochranu ovzduší (vč. seznamu povolených paliv, kontaminací atd.), a zákonem č. 73/2012 Sb., o látkách poškozujících ozonovou vrstvu nebo fluorovaných skleníkových plynech. Nařízení č. 517/2014 tedy není osamoceným předpisem, ale zahrnuje poměrně velké množství komplexních vazeb a odkazů na související zákony a nařízení. V některých případech mohou nařízení působit jako vzájemně odporující si (obzvláště z hlediska některých limitů), avšak v krajním případě by zřejmě byl hodnocen duch zákona než vzájemné detailní prostory. Tento materiál tedy bude věnován i náhledu do souvisejících zákonů a předpisů. 4. Nařízení evropského parlamentu a rady (EU) č. 517/2014 Rušení původních ustanovení a zavedení nových S platností nového nařízení zaniklo původní (č. 842/2006) s tím, že k němu vztažené prováděcí předpisy č. 305/2008 (certifikace), č. 308/2008 (certifikační orgán), č. 1493/2007 technická diagnostika 1/2016 TD7
(podávání zpráv), č. 1494/2007 (označování štítky) si uchovávají platnost až do přímého zrušení i nahrazení novějšími. Odkazy uvedené v již zmiňovaném zákoně č. 73/2012 se přenáší na odkazy k č. 517/2014. Definice nových pojmů Zcela jednoznačně je definován pojem elektrické spínací zařízení, který byl v minulosti vykládán různým způsobem (obvykle jako vypínače izolované SF 6, případně jiné spínací prvky). Současný výklad definuje elektrické spínací zařízení jako všechna zařízení využívajících SF 6, včetně měřicích, regulačních, ochranných, a to i s podpůrnými strukturami včetně zapouzdření v souvislosti s výrobou, přenosem, rozvodem a přeměnou elektrické energie. Zjednodušeně řečeno vše, co v rámci energetiky využívá SF 6, je považováno za elektrické spínací zařízení bez ohledu na možný zavádějící význam výkladu pojmu. V této souvislosti je zapotřebí také uvést, že za SF 6 je z hlediska nařízení považován nejen čistý plyn, ale i směsi obsahující tuto látku. Precizně je definován i pojem provozovatel zařízení jedná se o fyzickou nebo právnickou osobu skutečně zajišťující technický provoz zařízení, v určitých případech stanovených státními orgány to může být i vlastník. Pro porovnání vlivu skleníkových plynů byla zavedena jednotka Global Warming Potential (GWP), která definuje, kolikrát větší je vliv 1 tuny plynu na skleníkový jev oproti 1 tuně CO 2. V případě SO 2 se jedná o hodnotu GWP 22 800. Spolu s ním také vyžaduje, aby bylo množství plynu SF 6 uváděno právě v tomto ekvivalentu. Samotné nařízení již nadále veškeré podmínky definuje např. jako 10 t CO2e (10 tun ekvivalentu CO 2, tedy 0,44 kg SF 6 ). Zmiňované nařízení se navíc nevztahuje pouze na čistý/použitý plyn SF 6, ale i na směsi s plyny, které by jinak do rámce této problematiky nespadaly. Pojmy použití, údržba a servis zřejmě nevyžadují bližší vysvětlení, snad jen s výjimkou pojmu zmínění, že za toto se považuje i napuštění systému plynem SF 6. Jedním z klíčových termínů je také definice tzv. systému detekce úniku. Jedná se tedy o kalibrovaný mechanický, elektrický nebo elektronický přístroj (zařízení), který je schopen nezávisle detekovat úniky plynu a varovat provozovatele. Nařízení též definuje pojem tzv. podniků. Jedná se tedy o organizaci, která: 1. vyrábí, používá, znovuzískává, odebírá, recykluje, regeneruje nebo zneškodňuje fluorované skleníkové plyny, 2. dováží či vyváží fluorované skleníkové plyny nebo výrobky a zařízení obsahující tyto plyny, 3. uvádí na trh fluorované skleníkové plyny nebo výrobky a zařízení obsahující tyto plyny, 4. provádí instalaci, servis, údržbu, opravy, kontroly těsnosti nebo vyřazení z provozu zařízení, která tyto plyny obsahují nebo jejichž provoz je na těchto plynech závislý, 5. je provozovatelem zařízení, které obsahuje fluorované skleníkové plyny nebo jehož provoz je na těchto plynech závislý. Hermeticky těsným zařízením jsou označeny prvky složené ze svařovaných, pájených nebo jiných pevných spojů, které mohou být opatřeny uzavřenými ventily nebo obslužnými body pro účel řádné opravy nebo likvidaci. Maximální povolené úniky u takových oddílů činí maximálně 3 g ročně pod tlakem až do ¼ maximálního provozního tlaku. 5. Omezování úniků K již dříve deklarovanému závazku, kdy odpovědná organizace musí přijmout veškerá technicky a ekonomicky proveditelná opatření, aby minimalizovala únik SF 6 do ovzduší k tomu a zabránila únikům či omezila úniky na minimální možnou míru, nyní nařízení i hlouběji specifikuje, jak často u jak velkých zařízení je nutné provádět kontroly těsnosti. Zcela jednoznačným požadavkem je ustanovení, že při zjištění úniku provozovatel zajistí opravu bez zbytečného prodlení zcela v souladu s definicí ČSN EN 62271-4 a definic pracovních cyklů, kde je v případě doplňování za provozu stanoven požadavek na identifikaci místa úniku a přijetí nápravných opatření ještě před započetím vlastního doplňování. Současně je jednoznačně požadováno, aby bylo nápravné opatření zkontrolováno nejpozději do jednoho měsíce certifikovanou osobou, která ověří, zda je přijaté nápravné opatření účinné. Taktéž jednoznačným požadavkem je obligatorní certifikace pracovníků dle ČSN EN 62271-4. Do následujících podkapitol nejsou zahrnuty všechny články nařízení, nýbrž pouze takové, které autoři považovali za nejdůležitější. 5.1. Kontrola těsnosti Článek 4 stanovuje, že se kontrola těsnosti týká zařízení s obsahem SF 6 větším než 5 t CO 2 (5 ekvivalentních tun CO 2 pro námi použitelná množství je tuto hodnotu zapotřebí dělit koeficientem 22 800 koeficient GWP), což odpovídá 0,22 kg SF 6. V následujícím textu budeme pro jednoduchost používat přímo přepočet na hmotnost SF 6. Kontrolu těsnosti není zapotřebí provádět u zařízení, které je označeno jako hermeticky těsné, pokud neobsahuje více než 0,44 kg SF 6. Kontrolu těsnosti není nutno provádět, pokud elektrické spínací zařízení splňuje jednu z následujících podmínek: 1. je hermeticky těsné, 2. je vybaveno přístrojem pro sledování tlaku či hustoty, 3. obsahuje méně než 6 kg SF 6. V tomto případě by autoři doporučili požádat o příslušné stanovisko a výklad rozporu mezi 0,22 kg SF 6 a 6 kg SF 6 jako mezními hodnotami pro stanovení povinnosti provádět kontrolu těsnosti či nikoliv. Periodicita kontrol těsnosti je stanovena následovně: perioda kontroly těsnosti v kalendářních měsících obsah SF 6 instalován systém bez systému detekce úniku detekce úniku > 0,22 kg < 2,2 kg 12 24 > 2,2 kg < 22 kg 6 12 > 22 kg 3 6 TD8 1/2016 technická diagnostika
Z těchto definic poměrně zřejmě vyplývá, že požadavky nařízení signifikantně ovlivní stávající rozsah činností provozovatelů zařízení čili podniků. Obvykle stanovené lhůty se v rámci ŘPÚ s těmito požadavky nepřekrývají a v některých případech (VVN měniče, vypínače) by vyžadovaly jejich uvedení do beznapěťového a zajištěného stavu, což je poměrně těžko splnitelné v tak četných intervalech. Řešením se jeví systémy OGI (Optical Gas Imaging), které je možno spolehlivě používat i na zařízeních pod napětím bez nutnosti odstávky. Problematice této oblasti byl věnován samostatný příspěvek na konferenci CIRED 2013, sekce 1, referát č. 2, včetně legislativního rámce; odkaz je uveden v seznamu literatury na konci článku. Pro veškerá zařízení instalovaná po 1. 1. 2017 při obsahu plynu větším než 22 kg SF 6 platí povinnost vybavit je systémem detekce úniku plynů, který upozorní provozovatele či servisní organizaci na jakýkoliv únik. Takové zařízení musí být nejméně jednou za 6 let kontrolováno, zda pracuje správně. 5.2. Systémy detekce úniku Pro veškerá zařízení instalovaná po 1. 1. 2017 při obsahu plynu větším než 22 kg SF 6 platí povinnost vybavit je systémem detekce úniku plynů, který upozorní provozovatele či servisní organizaci na jakýkoliv únik. Takové zařízení musí být nejméně jednou za 6 let kontrolováno, zda pracuje správně. Toto ustanovení je poněkud kontroverzní, neboť není nikde uvedeno, jak velký může být jakýkoliv únik. Veškerá monitorovací zařízení (ať se jedná o prosté monitoringy úniků v případě vnitřních prostor či o denzostaty v případě vnějších instalací) mají své přesnosti a nejnižší možné detekční limity. Z technického hlediska se můžeme bavit o úniku plynové náplně desetinách procent obsahu plynu v zařízení, ale to nejspíš nesplňuje zákonodárci danou definici. Doporučením je požádat (nejlépe Ministerstvo životního prostředí České republiky, dále MŽP) o závazný výklad pojmů a definic. 5.3. Vedení záznamů Obecně jsou záznamy vztaženy na veškerá zařízení, u nichž je nutné provádět kontrolu těsnosti. Za vedení záznamů jsou odpovědni provozovatelé. Veškeré požadavky na záznamy jsou uvedeny v nařízení č. 517/2014 a nemělo by smysl zde duplikovat obsah normy. Obecně je lze shrnout jako soubor údajů o zařízení, v něm obsaženém plynu a použitých množstvích, jejich původu, kontrolách a údržbě. Součástí je požadavek i na uvedení pracovníků a čísel jejich certifikátů. Archivovat tyto záznamy je povinné nejméně po dobu pěti let. 5.4. Školení a certifikace Manipulaci s plynem, servis zařízení, údržbu, ale i doplnění plynu včetně kontroly těsnosti jsou oprávněny provádět výhradně certifikované osoby. Osobám, které mají certifikát již vydaný dle nařízení č. 842/2006, zůstává certifikát v platnosti za podmínek uvedených na certifikátu. Rozsah činností, na které je nutno mít certifikát, se tedy například vztahuje i na servis plynotěsných oddílů, i když plyn již byl bezpečně odsát, obsluhu čichaček nebo detekčních zařízení. Porušení požadavků může být poměrně významně penalizováno, výši sankcí bude věnována samostatná kapitola. 5.5. Označování a informace o výrobku a zařízení Označování se týká v našem případě nejen elektrických spínacích zařízení, ale také nádob na SF 6 (lahve), a to bez ohledu na množství či využitelný objem. Označování je v podobě štítku definovaném v nařízení Komise (ES) č. 1494/2007. Uvedeny musí být zejména následující skutečnosti: 1. skutečnost, že uvnitř je fluorovaný plyn nebo se jedná o zařízení závislé na něm, 2. název plynu či směsi nebo chemický název, 3. od 1. 1. 2017 musí být množství plynu vyjádřeno v hmotnostním ekvivalentu CO 2 a uvedena hodnota GWP (SF 6 22 800 množství SF 6 v kg nestačí), 4. pokud je zařízení hermeticky těsné, skutečnost musí být uvedena, 5. pokud je prověřená míra úniku uvedená v technické specifikaci od výrobce nižší než 0,1 % za rok, 6. pokud se jedná o skladovaný plyn, uvedení, zda se jedná o recyklovaný nebo regenerovaný plyn, číslo šarže a identifikace společnosti, která úpravu provedla (pozor na barevné odlišení mezi lahvemi s novým a použitým plynem), 7. štítek je obligatorně v českém či slovenském jazyce (na území ČR nebo SR) a musí být upevněn v blízkosti místa plnění nebo na té části výrobku, která plyn obsahuje. Je třeba dát pozor na jednu skutečnost, která z nařízení rozhodně nevyplývá. Nikde není uvedeno, že povinnost této podoby štítkování (vyjma uvádění množství SF 6 v t CO2 ekv.) se týká výrobků či zařízení instalovaných po 1. 1. 2017. Nařízení č. 517/2014 (platnost od 1. 1. 2015!!!) uvádí, že výrobky a zařízení ( ) nesmějí být uváděny na trh bez označení (míněno štítkem). V každém případě se tedy povinnost týká všech zařízení uvedených na trh nebo instalovaných po 1. 1. 2015. Případná retroaktivita požadavku na zařízení stávající není přímo uvedena, ale vzhledem k nejednoznačnosti nařízení v některých pasážích bychom doporučili požádat o závazné stanovisko MŽP. 5.6. Vzdělání Nařízení opakovaně zmiňuje nutnost certifikace pracovníků provádějících údržbu, servis, demontáž na konci životního cyklu, diagnostiku, ale i kontrolu těsnosti. Každý stát má povinnost zajistit vzdělávací akreditovaný proces. Vzdělávací kurz odpovídající tomuto požadavku je akreditován také v rámci ČR. Požadavky na obsah kurzu definuje ČSN EN 62271-4 (česká verze evropské normy EN 62271-4:2013). Obecně lze konstatovat, že některé subjekty tuto povinnost ne zcela naplňují. technická diagnostika 1/2016 TD9
5.7. Sankce Sankce jako takové nejsou definovány v nařízení č. 517/2014, které se pohybuje v rovině obecných definic. O výši sankcí například uvádí, že musí být účinné, přiměřené a odrazující. Sankce jako takové kvantifikuje zákon o látkách, které poškozují ozonovou vrstvu, a o fluorovaných skleníkových plynech, předpis č. 73/2012 Sb. Ten stanovuje v paragrafech 15 19 nejenom definice porušení zákona, ale i sankce. Kompletní výčet naleznete ve výše zmíněném předpise, jen pro představu přestupky jsou sankcionovány v rozsahu od 100 000 do 1 000 000 Kč, zatímco správní delikty jsou sankcionovány v rozsahu od 500 000 do 2 500 000 Kč. Pro velikost sankce je rozhodující vlastní povaha deliktu, přesná definice by v tomto případě byla pouze přepisem vlastního předpisu. 6. Závěr Cílem materiálu nebyla detailní rešerše výše zmiňovaných standardů, ale přehled základních bodů nařízení a souvisejících předpisů. Problematika manipulace a nakládání s SF 6 byla v poslední době poměrně výrazně akcentována v souladu s trendem zvýšení odpovědnosti za globální změny klimatu. I když je dlouhodobým trendem celková náhrada SF 6 výrazně ekologičtějšími řešeními, elektrická spínací zařízení jsou jednou z mála oblastí, kde je použití tohoto plynu legální. Lze tedy predikovat, že tlak na náhradu se bude zvyšovat současně s represivními opatřeními. Do doby, než budou nalezena vhodnější materiálová a konstrukční řešení, je zapotřebí zvýšit důraz na výcvik personálu v diagnostických technikách a také nalézt vhodné řešení jak monitoringu úniků, tak v oblasti označování a výkaznictví. Autoři jsou připraveni být případným zájemcům nápomocni. Literatura [1] ČSN EN 62271-4. [2] Nařízení Evropského parlamentu a rady č. 517/2014. [3] Předpis č.73/2012 Sb., Zákon o látkách, které poškozují ozonovou vrstvu, a o fluorovaných skleníkových plynech. [4] Provozní zkušenosti s vizualizací úniků SF 6, CIRED 2013, Václav Straka, Jiří Svoboda, David Kuboš. Autory článku jsou Ing. Václav Straka a Ing. Jiří Svoboda ze společnosti TMV SS, spol. s r. o. Studánková 395, 149 00 Praha 4 - Újezd; tel.: +420 272 942 720, e-mail: vaclav.straka@tmvss.cz, jiri.svoboda@tmvss.cz. Recenzent: Ing. David Kuboš, TMV SS, spol. s r. o., Praha, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie - kategorie II v NAOBZORU Dva měřicí přístroje v jednom: to je termomultimetr Fluke 279 FC Kombinace plně vybaveného digitálního multimetru s termokamerou umožňuje pomocí jediného přístroje rychlejší a důkladnější vyhledávání problémů a zvýšení produktivity. Termokamera je neocenitelným pomocníkem pro rychlé vyhledávání problémů v elektrických zařízeních, rozvaděčích a transformátorech, ale elektrikáři a údržbáři ji často nemají po ruce, když ji potřebují. Termomultimetr Fluke 279 FC TRMS představuje první měřicí přístroj, který v sobě spojuje digitální multimetr (DMM) true-rms (TRMS) s termokamerou, a umožňuje tak zrychlit vyhledávání problémů jediným přístrojem. Zařízení Fluke 279 FC umožňuje technikům pomocí této kamery rychle a bezpečně zjišťovat horká místa na pojistkách, vodičích, izolaci, konektorech, spojích a spínačích, a pak vyhledat a analyzovat problémy pomocí digitálního multimetru. Díky kombinaci dvou výkonných měřicích přístrojů v jednom mohou elektrikáři a technici nosit méně přístrojů a mít větší jistotu, že mají po ruce všechny nástroje, které k řešení problémů potřebují. Tento termomultimetr je vybaven 15 funkcemi pro elektrické měření, např. střídavého a stejnosměrného napětí, odporu, spojitosti, kapacity, testu diod, minima/maxima a frekvence. Volitelná pružná sonda iflex, kterou lze upnout kolem kabelů a vodičů ve stísněných a obtížně přístupných místech, rozšiřuje možnosti měření střídavého proudu až do 2 500 A. 3,5palcový (8,89cm) plnobarevný displej LCD umožňuje zobrazení jasných a ostrých snímků. Přístroj 279 FC s bezdrátovým přenosem je součástí systému Fluke Connect systému bezdrátových měřicích přístrojů, které komunikují prostřednictvím aplikace Fluke Connect nebo softwaru Fluke Connect Assets, a cloudového řešení Fluke Cloud, které shromažďuje naměřená data a poskytuje úplný přehled stavu důležitých zařízení. Umožňuje tak technikům zaznamenávat a sdílet termosnímky i elektrická měření v reálném čase, prostřednictvím smartphonů nebo tabletů, a automaticky je odesílat do cloudu. Je možné takto vytvářet a odesílat protokoly přímo z pracoviště e-mailem, případně spolupracovat s dalšími kolegy v reálném čase pomocí videohovorů ShareLive, a zvýšit tak produktivitu v terénu. www.fluke.cz TD10 1/2016 technická diagnostika
Využití termografie jako nástroje kontroly při výrobních procesech v železárnách DAVID KUBOŠ TMV SS SPOL. S R. O. Anotace Článek popisuje obecné možnosti využití termografických systémů a termokamer pro oblast průmyslových automatizací s bližším popisem technického vybavení. Součástí je rovněž vysvětlení nutnosti vytvoření vlastních individuálních softwarových řešení pro danou problematiku, včetně zohlednění zákonitostí bezkontaktního měření a vyhodnocování. Úvod Termografické systémy a přenosné termokamery jsou v dnešní době nedílnou součástí různých odvětví údržby ve všech výrobních firmách, železárny, ocelárny, kovárny a hutě nevyjímaje. Velký rozmach zažívá v poslední době termografie rovněž v automatizovaných procesech a oblasti strojového vidění. V těžkých provozech jsou termografické kamery součástí stálého monitoringu technologií, čímž významně přispívají ke zdokonalování kvalitativních parametrů výrobků a optimalizaci výrobních procesů. Obecně lze říci, že termokamery rozšiřují možnosti nedestruktivního testování a on-line monitorování v různých oblastech průmyslu. 1. Kontrola povrchové kvality v procesu válcování bezešvých trub za tepla Požadavkem několika norem na kvalitativní parametry bezešvých trubek je mimo jiné také povrchová kvalita vady. Příčiny povrchových vad při procesu děrování nelze bez důkladného metalografického rozboru určit, navíc jsou při procesu tváření za tepla, kdy se povrchová teplota předvalku pohybuje okolo 1 100 C, pouhým okem téměř neodhalitelná. Relativně viditelné jsou šupiny nebo přeložky, avšak trhliny zahlédnout nelze. Donedávna bylo možné vyhodnocovat kvalitu vnějšího povrchu předvalku jen za studena ultrazvukem nebo metalograficky. Řešením je technologie termografického záznamu termokamerou s následným hodnocením pomocí speciálního softwaru. Tím je možné zjistit kvalitní teplotní obraz po celé délce provalku, který může být narušen místní nehomogenní deformací během procesu děrování nebo nehomogenním ohřevem. Dále je možné zohlednit kvalitu děrování a procesů při výrobě vstupního materiálu včetně jeho ohřevu a nepřímo posoudit kvalitu toku materiálu v soustavě pracovních válců a děrovacího trnu. Hardwarem systému je stacionární termokamera FLIR A615 disponující rozlišením detektoru 640 480 bodů a objektivem 25, což poskytuje prostorové rozlišení 1,3 1 m (velikost pixelu 2 2 mm) na měřicí vzdálenost 3 m. Kamera je umístěna ve velmi odolném krytu se vzduchovým chlazením a třídou krytí IP65, tedy přizpůsobeno složitým okolním podmínkám. Komunikace je zajištěna pomocí ethernetového připojení 1 GB se 16bitovým streamováním obrazu v reálném čase do PC. Software tvoří aplikace vytvořená na míru dle požadavků operátorů a samotné technologie IronWorks. Mezi hlavní funkce patří detekce povrchových vad válcovaných předvalků s místní změnou teplotního pole a následná archivace naměřených hodnot a sekvencí. Využívány jsou Obr. 1 Termokamera umístěná v krytu (vlevo) a výstup z termokamery (vpravo) technická diagnostika 1/2016 TD11
Obr. 2 Uživatelské prostředí IronWorks pokročilé metody pro analýzu termografického videa, např. lokalizace vady pomocí vzdálenosti od počátku předvalku, velikost plochy vady, včetně výšky a šířky, hraniční teploty oddělující teplotu vady a teplotu standardního povrchu atd. Software IronWorks se skládá z několika aplikací pro přehrávání záznamů, editaci, archivaci a samotnou analýzu zaznamenaných sekvencí. Systém umožňuje nastavení a tvorbu různých konfiguračních algoritmů, díky nimž je možné přenastavovat celý systém na různé vstupní materiály (rozměry vstupů, typ trnu, otáčky, rychlost posuvu atd.). 2. Kontrola povrchové kvality v procesu zušlechťování (kalení) řetězů Při výrobě řetězů více než kde jinde platí, že celková kvalita výrobku, tedy řetězu, je dána kvalitou jeho nejslabšího Obr. 3 Termokamery FLIR A3xx (vlevo) a FLIR A6xx (vpravo) TD12 1/2016 technická diagnostika
Obr. 4 Termogram řetězu při výstupu z induktoru ohřevu na popouštění článku. Nároky na pevnost jsou i zde popisovány normami, a proto je pro docílení vysokých standardů a požadavků na vyrobené řetězy opět nejvhodnějším řešením termografie. Termokamery provádějí kontinuální měření teploty povrchu řetězů v korelaci s předepsanou třídou pevnosti při indukčním ohřevu, aby zachytily teplotní poměry řetězů při vstupu a výstupu z kalicí lázně. Na obou měřicích místech jsou porovnávány teploty ramen ok řetězu při přímém pohledu kamery a rovněž při zachycení maximální teploty a monitorování teplotní stálosti v průběhu vedení řetězu do kalicí lázně v korelaci s vlastním nastavením induktoru. Také v této aplikaci jsou využívány stacionární termokamery FLIR typových řad A3xx nebo A6xx, a to především díky kvalitnímu optickému rozlišení (detektor s objektivem) a vynikající teplotní citlivosti, které zachycují i nepatrné teplotní změny. Hardware je pak podpořen adekvátní softwarovou aplikací, převážně vytvořenou na míru dle aktuálních potřeb provozu a operátorů. kontrolu stávajícího procesu, ale rovněž pro zdokonalování výroby a dosahování vyšší kvality produkce. Veškeré tyto požadavky splňují správně navržené termografické systémy, které je nutné sestavit z vhodného hardwaru přímo na danou aplikaci s konkrétním místem měření a také ze softwarového řešení, které se vždy musí vytvořit na míru dané aplikaci a požadavkům na vyhodnocování. Teprve poté je možné uvažovat o automatizovaném systému, který splní požadavky na zdokonalování procesů výroby v těsné korelaci s tlakem na snižující se náklady. V hutích, železárnách a dalších těžkých provozech jsou automatizované systémy termokamer nutností, zejména pro ucelenost získaných informací a schopnost přesně detekovat a následně vyhodnotit potenciální závadu. Přestože se jedná o citlivé systémy, je možné je velice snadno přizpůsobit složitým podmínkám a využívat vysoký potenciál termokamer. Výsledkem jsou další důležité doplňující informace o aktuálním stavu výroby a procesu zpracovávání materiálu. Autorem článku je Ing. David Kuboš ze společnosti TMV SS, spol. s r. o. Studánková 395, 149 00 Praha 4 Újezd, tel.: +420 272 942 720, fax: +420 272 942 722, e-mail: david.kubos@tmvss.cz. Recenzent: Jiří Figura, Třinecké železárny, a. s., Třinec, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie kategorie I 3. Závěr Kontrola procesů výroby se neobejde bez měření teploty nebo určování tvaru a stavu určitého výrobku. Získávaná data jsou využívána nejen pro Obr. 5 Grafický výstup měřicích funkcí z termogramu na předchozím obrázku technická diagnostika 1/2016 TD13
Měřicí technika pro ověřování integrity plynovodů MARTIN HANZL, ALEŠ SKOUPÝ NET4GAS, S. R. O. Anotace Součástí diagnostiky stavu plynovodní sítě zemního plynu, kterou provozuje a udržuje NET4GAS, s. r. o., je také soustavné diagnostikování integrity potrubí, a to jak plynovodů v terénu, tak i v areálech kompresních a měřicích stanic a armaturních uzlů. Příspěvek představuje používané metody a přístroje při detekování úniku plynu z plynárenského zařízení. 1. Úvod Bezvadný stav plynového potrubí je základním předpokladem efektivního a bezpečného provozování plynárenské soustavy. Jednou z činností útvaru diagnostiky společnosti NET4GAS, s. r. o. (N4G) je zajišťování integrity potrubí vyhledáváním, následnou vizualizací a kvantifikací úniků plynu do ovzduší. Zjištěná data jsou podkladem pro následné zpracování v procesu systému údržby při zachování maximálních bezpečnostních a environmentálních opatření pro provoz plynovodu. V roce 2013 byl spuštěn v N4G projekt sledování a zabezpečení integrity potrubí, jehož cílem bylo předcházení nebezpečným situacím, identifikace rizika výbuchu a také možnost jeho řízení a eliminace možného poškození zařízení. Z ekonomického hlediska je přínosem projektu možnost provozování plynárenské soustavy bez finančních ztrát, jež případné úniky způsobují. Prioritou N4G je z pohledu společenské zodpovědnosti zvýšení míry ochrany života a zdraví zaměstnanců a životního prostředí. 2. Vyhledávání, vizualizace a kvantifikace úniků plynu v podmínkách N4G 2.1 Výběr měřicí techniky pro lokalizaci úniků zemního plynu V podmínkách N4G jsou pro běžnou údržbu používány přístroje s pasivními detektory koncentrace plynu. Útvar diagnostiky používá pro detekci úniku plynu aktivní laserové detektory, které jsou vhodnější pro plošnou detekci na plynovodní technologii z důvodu okamžité odezvy. Níže uvedené typy zjišťování úniků využívají tento aktivní princip měření a navzájem se doplňují. 2.1.1 Použití letecké techniky Případné narušení integrity dálkového potrubí plynovodu je pravidelně detekováno za použití letecké techniky, většinou vrtulníku se zavěšeným laserovým detektorem (obr. 1). Z výšky 100 m lze detekovat veškeré porušení Obr. 1 Závěsný laserový detektor Pergam-Suisse TD14 1/2016 technická diagnostika