Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Тепловизоры для взрывоопасных зон. Повышение безопасности эксплуатации опасных производственных объектов

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Тепловизоры для взрывоопасных зон.Повышение безопасности эксплуатации опасных производственных объектов

Использование систем технологического телевидения на основе стационарных тепловизоров имеет ряд неоспоримых преимуществ над стандартными средствами диагностики оборудования, даже несмотря на порой более высокую стоимость. Тепловизоры являются не только более эффективным средством повышения безопасности на производстве, но и в некоторых случаях становятся единственным вариантом решения конкретной задачи. В статье рассмотрены возможности тепловизоров для повышения безопасности эксплуатации опасных производственных объектов, некоторые производители и методы построения систем технологического телевидения на их основе, в том числе и во взрывоопасных зонах
Дмитрий Федотов
Ведущий технический специалист ГК "ИНТРАТУЛ"

Во всем мире тепловизор на базе неохлаждаемой матрицы, работающий в спектральном диапазоне 7–14 мкм, уже заслужил репутацию незаменимого средства контроля на опасных производственных объектах. Являясь прибором, позволяющим не только визуализировать, но и вычислять температуру по всей поверхности объекта, он эффективно справляется с такими задачами, как:

  • поиск и обнаружение износов механических частей;
  • образование налета в трубопроводах и резервуарах;
  • диагностика электрического оборудования;
  • разрушение теплоизоляции.

Везде, где температура является одним из ключевых параметров, использование инфракрасной диагностики может быть рекомендовано в качестве высокоэффективного решения для выявления неисправности.

Типовые характеристики современных стационарных тепловизоров, предназначенных для измерения температуры:

  • тип матрицы: неохлаждаемый микроболометр 7-14 мкм;
  • разрешение: 320х240 или 640х480 точек;
  • температурная чувствительность (NETD): 0,05 °С;
  • диапазон измеряемых температур: от -20 до 2000 °С;
  • точность измерений: +/-2% от показаний;
  • фиксированное или поворотное исполнение;
  • уличное/климатическое/взрывозащищенное исполнение


Учитывая риски, связанные со спецификой технологических процессов добывающих и перерабатывающих предприятий, нельзя не отметить, что тепловой контроль имеет критически важное значение. Обнаружение повышения температуры в наиболее важных компонентах и узлах оборудования позволяет принять профилактические меры по предупреждению возникновения аварийной ситуации. В настоящее время наметилась тенденция дополнения портативных тепловизоров для контроля оборудования термографическими комплексами реального режима времени, преимущество которых заключается в том, что они, ведя мониторинг 24 часа в сутки 7 дней в неделю, позволяют максимально исключить человеческий фактор. Благодаря применению термографического комплекса, в составе которого используются инновационные тепловизоры и алгоритмы программного обеспечения, появилась дополнительная возможность получить раннее предупреждение о предстоящих сбоях оборудования, тем самым минимизируя риск возникновения и развития аварийных ситуаций.

Общий обзор возможностей современных тепловизионных модулей

В рамках данного материала не имеет смысла глубоко вдаваться в физику процесса определения температуры с помощью тепловизора. Тепловизионные камеры различных модификаций давно стали надежным и незаменимым инструментом для решения целого ряда задач, к тому же ради популяризации технологии многие производители добавляют в комплект поставки обширное руководство, включающее рекомендации к применению и теорию инфракрасных измерений. Достаточно упомянуть, что основное свойство тепловизора – преобразование в видимое изображение невидимого глазу инфракрасного (теплового) излучения, получаемого от поверхности удаленных объектов, где градиент цвета или его тональность соответствуют значению температуры в каждой точке. И наоборот, при помощи инструментов анализа пользователь способен получить данные из изображения в виде соответствующих температурных показаний (абсолютное значение в точке, максимальное, минимальное, среднее значение в области).


Отсюда следует главное свойство прибора – возможность бесконтактного анализа. В случае стационарной установки расстояние до объекта может быть увеличено путем использования узкоугольных объективов без ощутимых потерь в точности измерений. Камера может быть помещена в наиболее подходящее для установки место, а отсутствие непосредственного контакта с измеряемой поверхностью и соответствующая смена режима работы позволит увеличить срок ее службы без негативного влияния на получаемые показания и функционал.

Что касается визуализации, точная настройка палитры и интересующих интервалов отображения позволяет максимально точно определить дефект на ранней стадии образования. Тонкая подстройка цветового отображения и использование функций изотермы дают возможность эффективно пользоваться оборудованием.

Сенсоры с высоким разрешением отлично справляются с определением горячих участков на крупных объектах. Их можно использовать в качестве дополнительной меры контроля на участках, где уже установлены тепловые датчики. Если датчик показывает температуру в строго определенном месте, то с помощью тепловизора можно в автоматическом режиме определить аномальные участки во всем поле зрения

Преимущества применения стационарных тепловизоров по сравнению с классическими методами очевидны. В случае сравнения со стандартными датчиками температуры это возможность удаленной установки без потерь в точности данных, избежание необходимости подведения проводов непосредственно к наблюдаемому объекту, отсутствие прямого контакта с горячими поверхностями, автоматический анализ участков с максимальной температурой, а не только мест точечно расположенного приемного оборудования. Стоит отметить и возможность наблюдения за несколькими установками одновременно. По сравнению с обычными видеокамерами тепловизор может измерять температуру в условиях наличия пара, присутствия тумана и осадков, определять наличие пламени, которое происходит на основе непосредственного измерения температуры в зоне горения. Кроме того, съемка тепловизором не зависит от параметров освещенности объекта.


Задачи, решаемые при помощи стационарных тепловизоров, могут кардинально различаться по уровню проработки. Существует определенный ряд требований, на основании которых совершается выбор в пользу того или иного производителя. И если простейшее из полезных качеств тепловизора – визуализация плотности потока инфракрасного излучения, то есть отображение его в "псевдоцвете", то существуют задачи, где следует отслеживать температуру в каждой точке поля зрения, анализировать полученные данные в реальном времени, передавать команды на основе полученной информации и архивировать информацию в течение заданного периода. Следует понимать, что наличие тепловизионного изображения необходимо только оператору системы для проверки полученных данных и принятия соответствующих выводов.


Первое требование для решения задач автоматизации – постоянная передача потока радиометрических данных, то есть информации о значении температуры в каждой точке поля зрения в реальном времени. Отсюда же возникают требования по разрешению и точности измерений, диапазонам измеряемых температур и тепловой чувствительности.

Для рассматриваемого стационарного исполнения не менее важной является надежность, то есть способность камеры работать в стационарном режиме без потерь в точности даже в агрессивных условиях окружающей среды, что особенно актуально при контроле потенциально опасных участков.

Хотелось бы отметить специальные возможности, закладываемые производителями. К ним относятся:

  • работа некоторых тепловизоров без установки дополнительного оборудования (камера программируется один раз и работает в автоматическом режиме без вмешательства оператора, выполняя одну или две функции);
  • поддержка основных протоколов автоматизации;
  • поддержка внешних устройств ввода/вывода;
  • наличие сухого контакта.

Какими бы передовыми характеристиками ни обладала выбранная тепловизионная камера, ее установка в условиях экстремальных температур, неблагоприятных условий окружающей среды и особенно во взрывозащищенной зоне фактически невозможна без специального исполнения. Подобрав оборудование, стоит обратить внимание на соответствие габаритов камеры и установленного на нее объектива. Использование взрывозащищенной оболочки от стандартной видеокамеры не является целесообразным, так как обычное стекло не пропускает интересующее нас излучение в заданном спектральном диапазоне.


Казалось бы логичная в данном случае замена стекла на германиевое может негативно повлиять на Ex-свойства и отменит действующее разрешение по взрывозащите. Поэтому следует использовать комплексное решение на основе оболочки от стороннего производителя.

Стоит отметить, что в некоторых случаях оптимальным решением будет уход из взрывоопасной зоны при условии сохранения контроля над областью. При необходимости наблюдения за несколькими объектами или зоной есть смысл минимизировать затраты на оборудование путем использования поворотного устройства.

Как научить системы на основе тепловизоров распознавать опасную ситуацию и запрограммировать их для работы в автоматическом режиме

Существуют технологические процессы, которые должны протекать в строго отведенных диапазонах, а отклонение от нормы на несколько градусов должно явиться сигналом для включения оповещения об аварийной ситуации и изменения режима работы. При необходимости с помощью программного обеспечения может быть выставлено нужное количество отслеживаемых зон и точек измерения. Это наиболее актуально, если в кадре находятся несколько объектов наблюдения, функционирующих в разных режимах работы. Примером является мониторинг горловин слива/налива сжиженного газа. При утечке газа на поверхности разгерметезированного оборудования следует лавинообразное понижение температуры, а появление источника открытого огня или экстремально нагретых поверхностей (неисправные тормозные колодки, колесные буксы ж/д вагона, перегретые контакты) могут привести к аварии на данном участке.

Важно, чтобы подобные системы могли обеспечить непрерывный удаленный контроль, что требует выбора специализированного оборудования и программного обеспечения. Некоторые типы тепловизионных камер для мониторинга обрабатывают заданное количество событий самостоятельно и оснащаются отдельным тревожным выходом. Чаще всего они предназначены для подключения стороннего оборудования, такого как устройства светосигнального оповещения, но могут выполнять и более сложные функции, напрямую влияющие на технологический процесс.


При необходимости количество подключаемых устройств может быть увеличено с помощью специальных модулей расширения как напрямую, так и через аппаратно-программный комплекс. Одним из самых надежных решений является подключение совместимой камеры напрямую к контроллеру, поддерживающему обработку потока данных с устройства по известным протоколам (Modbus, Profibus).

Кроме того, некоторые производители оснащают свои устройства поддержкой широко распространенной визуальной среды программирования LabView. В случае, когда требуется готовый и простой для освоения продукт, поддержка одновременной работы нескольких камер и внешних устройств ввода/вывода, может быть использовано специально разработанное программное обеспечение.

Стоит учесть, что обработка непрерывного потока тепловизионных данных даже при разрешении 320х240 точек требует повышенного объема вычислительной мощности. Стандартные алгоритмы сжатия видео не работают в ситуации, когда требуется хранить отрезок радиометрических данных. Так, часовой архив, записанный со скоростью 9 кадр/с при разрешении 320х240 точек, может достигать 5 Гбайт. Неоспоримое преимущество в данной ситуации – информация о температуре может быть извлечена из каждого кадра, а на основании выбранных областей и точек может быть построен график с указанием абсолютных, минимальных, максимальных или средних значений.

Читайте продолжение статьи в журнале
"Системы безопасности" – обзор производителей
и оборудования для непрерывного тепловизионного
анализа, а также три примера реализации

Опубликовано: Каталог "Пожарная безопасность"-2016
Посещений: 5778

  Автор

Дмитрий Федотов

Дмитрий Федотов

Ведущий технический специалист ГК "ИНТРАТУЛ"

Всего статей:  2

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций