Тепловизионное обследование

Тепловой метод

Уровень надежности инженерных коммуникаций в России в 2,5 – 3 раза ниже, чем в европейских странах. Изношенность основных фондов ЖКХ требует внедрения новых методов оперативной оценки и анализа его инфраструктуры.

Денис Дубровин, специалист отдела инфракрасного оборудования компании «Пергам-Инжиниринг»

Тепловой метод неразрушающего контроля и обследования объектов инфраструктуры жилищно-коммунального хозяйства

Сегодняшнее плачевное состояние отрасли ЖКХ известно каждому. Основные фонды изношены в среднем на 40 %, а в отдельных регионах – на 60 %. Это приводит к различным аварийным ситуациям. Тепловизионное обследование предупредит их. Уровень надежности инженерных коммуникаций в России в 2,5 – 3 раза ниже, чем в европейских странах. Изношенность основных фондов ЖКХ требует внедрения новых методов оперативной оценки и анализа его инфраструктуры.

Именно оперативная оценка состояния отдельных объектов, возможность быстрого принятия решений на основе документированных и иллюстрированных (наглядных) отчетов о проведенной инспекции позволяют не только в кратчайшие сроки ликвидировать аварию, но и предупредить ее, причем точно в месте возможной неисправности. А это в свою очередь дает возможность избежать дорогостоящей во всех отношениях (и временном, и денежном) ликвидации последствий аварии или масштабных работ по реконструкции сооружений.

Право же, нет смысла заменять весь водопровод, когда у вас потек кран. Однако до недавнего времени все инспекционное оборудование и другие виды контрольно-наблюдательной техники были громоздкими, сложными в эксплуатации и довольно дорогостоящими. Отчасти это справедливо и для инфракрасного (ИК) метода диагностики с помощью тепловизоров.

Обследование тепловизором

Тепловое излучение, тепло – часть электромагнитного спектра излучения, распространяемая в ИК-диапазоне, ощутимое, но не видимое невооруженным глазом. Можно почувствовать тепло объекта, прикоснувшись к нему. А если объект находится на расстоянии нескольких метров, десятков и сотен метров? В этом случае поможет тепловизор ну или на худой конец пирометр.

Инфракрасная термография – научный, т.е. достоверный, способ получения картины распределения тепловых полей предмета или живого объекта. Поскольку ИК-излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру выше абсолютного нуля (0 К, или -273,15 °C), термографический способ диагностики применим для всех материальных объектов (людей, животных, растений, зданий и сооружений, оборудования и инструментов, трубопроводов, электрических сетей, теплоцентралей) вне зависимости от освещения и времени суток. Чем выше температура объекта, тем большей интенсивности испускаемое им ИК-излучение. Повторюсь, этот спектр излучения невидим для глаза, но различим с помощью специальной техники.

Причем результаты термографической диагностики можно не только наблюдать, но и записать и сохранить для дальнейшего анализа и составления профессиональных отчетов с помощью ИК-камер – тепловизоров. Новейшие технологии создания тепловизоров позволяют использовать в них недорогие неохлаждаемые матрицы. И хотя их разрешение более низкое, чем у оптических камер, – в основном от 120×120, 140×140, 180×180, 200×150, 320×240 пикселей до 640×480 и выше – у наиболее сложных моделей, его достаточно для выявления дефектов конструкций и их последующего анализа. Тепловизоры способны измерять температуру в диапазоне от минус 40 до плюс 2000 ºС, что делает их универсальным диагностическим инструментом, предназначенным для решения широчайшего круга задач, вне зависимости от климатических условий, степени освещения и времени суток.

Современные компактные тепловизоры с высоким разрешением кардинальным образом отличаются от своих предшественников и уж тем более от пирометров. Сейчас это не тяжелые и громоздкие ящики, а компактные аппараты, похожие на видеокамеры, на фотоаппараты и даже на мобильные телефоны с цветным ЖК-дисплеем.

Применение термографии

Спектр областей практического применения термографии необычайно широк: от медицины и ветеринарии до нужд ВПК, органов правопорядка, охранных структур, от большинства отраслей добывающей и обрабатывающей промышленности и энергетики до авиации, от реставрации объектов архитектуры, предметов изобразительного искусства и скульптуры до пищевой промышленности.

Особое место в промышленной термографии занимает обследование объектов строительства, городской инфраструктуры, техники и оборудования. Ведущими производителями ИК-камер созданы специальные линейки аппаратов, специально предназначенных для решения задач строительства и инжиниринга.

Тепловизорный мониторинг и диагностика конструкций и объектов применимы практически во всех областях ЖКХ: в электроснабжении, теплоснабжении, во доотведении и водоснабжении, городском и лифтовом хозяйстве, малоэтажном и типовом строительстве, а также в строительстве и реконструкции дорог.

Производители тепловизоров

На мировом рынке наиболее известны порядка 10 компаний, занимающихся производством и продажей тепловизорной техники, заслуживших доверие потребителей: NEC-Avio, Fluke, SAT, Testo, Irisys, Land и др.

Особое место в ряду производителей тепловизоров занимает компания FLIR, вот уже более 35 лет прочно удерживающая позиции лидера на рынке тепловизоров. Основанная в 1958 г. в Швеции, компания была первоначально известна под названием AGA, затем – AGEMA. В 1997 г. произошло укрупнение фирмы AGEMA Infrared Systems путем ее слияния с крупнейшими производителями ИК-аппаратуры в США – фирмами FLIR и Inframetrics – и была образована компания FLIR Systems.

В 2004 г. в состав FLIR Systems вошла компания Indigo Systems – ведущая компания в области разработки детекторов и специализированного программного обеспечения. FLIR Systems – узкоспециализированная компания, что позволяет ей концентрироваться на разработках новейших ИК-технологий и удерживать пальму первенства как с технологической, так и с коммерческой точки зрения.

Многолетним партнером FLIR и его официальным представителем на российском рынке выступает компания «Пергам-Инжиниринг», более 15 лет успешно работающая в областях:

• поставки, внедрения и комплексного сервисного обслуживания (промышленного диагностического оборудования; приборов и систем контроля технологических процессов; мобильных диагностических комплексов; металлообрабатывающих станков и оборудования; систем безопасности и охраны);
• научной разработки и производства собственных средств неразрушающего контроля и технической диагностики;
• диагностического обследования промышленных объектов;
• системной интеграции;
• экспертизы и диагностического обследования промышленных объектов;
• сервисного обслуживания;
• обучения специалистов.

Помимо штаб-квартиры в Москве региональные представительства компании действуют в Санкт-Петербурге, Самаре, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Липецке, Хабаровске, а также в Украине и Казахстане, США и Швейцарии.

Неудивительно, конечно же, что при столь солидном опыте производства и поставок ИК-оборудования обе компании накопили обширный багаж историй применения оборудования в сфере ЖКХ (строительстве, электро- и теплоснабжении, водоснабжении и т.д.), решения конкретных задач заказчиков, предотвращения аварий, экономии их средств и времени.

Вот лишь несколько примеров решения этих задач как из зарубежной, так и из российской и белорусской практики.

ПРИМЕР 2. Россия, Московская область.

Проблема: дефекты теплоизоляции как причины потерь тепла. Осмотр производился специалистами компании «Пергам-Инжиниринг» в феврале 2009 г.

Осмотр фасада здания выявил многочисленные нарушения теплоизоляции оконных перекрытий. По результатам обследования был составлен отчет для клиента с рекомендациями по устранению неисправностей.

Как видно из этого примера, несмотря на кажущуюся разницу между Баварскими Альпами и Подмосковьем, проблемы остаются одними и теми же, причем те-пловизорное обследование в обоих случаях позволяет быстро и эффективно установить причины теплопотерь и представить документальные рекомендации по ликвидации проблемы. Причем совмещение фотографического изображения с термограммой, выполненное с помощью программы FLIR Reporter 8, позволяет владельцу дома увидеть и самостоятельно устранить причины теплопотерь.

ПРИМЕР 3. Германия, компания E.On Bayern.

E.On – крупнейшая в мире частная энергетическая сервисная компания с годовым оборотом свыше 48 млрд евро и штатом сотрудников около 70 000 человек. Подразделение концерна – E.On Bayern – насчитывает 3700 сотрудников и ежегодно инвестирует до 200 млн евро в развитие энергетической инфраструктуры.

«Термография – это не новый для E.On Bayern метод мониторинга сетей. Более 15 лет назад, с тех пор как ИК-оборудование фирмы AGEMA стало более удобным в эксплуатации и доступным по цене, наша местная компания – поставщик электроэнергии, Isar-Amperwerke, установила тепловизоры на своих объектах, – говорит господин Увэ Томас, инженер-метролог компании. – Преимущества термографии были тщательно изучены и приняты на вооружение всеми подразделениями в ходе реструктуризации компаний, вошедших в состав центральноевропей-ского энергетического гиганта E.On Energie. Термография была признана в качестве необходимого на производстве бесконтактного метода диагностики».

В E.On Bayern создано специальное подразделение из восьми инженеров-термографистов, в чьи задачи входит диагностика объектов инфраструктуры, генерирующих, передающих и распределяющих электроэнергию. Объем работ впечатляет: 50 000 км² – общая площадь; 175 000 км – протяженность электрических линий, пролегающих от Франкфурта до Австрийских Альп; 43 000 объектов (трансформаторов, подстанций, рубильников, раздаточных узлов). Разумеется, провести инспекцию такого большого хозяйства в течение одного года не представляется возможным, поэтому у подразделения существуют 5-, 9- и 12-летние графики проверок. Однако ряд объектов, особенно находящихся вблизи автотрасс, инспектируются ежегодно. Кроме того, в компании создана

круглосуточная экстренная служба термографии. «Нас могут вызвать на объект в любое время дня и ночи, если у техников возникнут вопросы относительно предремонтной и послеремонтной инспекции или просто вызывает сомнения необычный звук трансформаторов», – говорит Хельмут Хользапфель, инженер-термографист компании E.On Bayern.

Результаты тепловизионных осмотров систематизируются в профессиональной программе составления отчетов – FLIR Reporter Pro, которая легко интегрируется в существующую на предприятиях компании систему автоматизации производства – SAP. Сами термограммы сохраняются в формате JPEG-файлов отдельно от отчетов – в библиотеке программы FLIR Reporter Pro. В E.On Bayern разработана система уровней L1 – L3 срочности ремонта обнаруженных дефектов: L1 предполагает низкий уровень опасности аварии на объекте, такие дефекты подлежат повторному осмотру при следующей инспекции; L2 означает необходимость ремонта в течение ближайших 6 мес после осмотра; уровень L3 сигнализирует о серьезных дефектах, устранение которых происходит в недельный срок после инспекции.

ПРИМЕР 4. Республика Беларусь, осмотр типовых жилых домов специалистами Белорусского теплоэнергетического института.

«Зачастую сразу же после заселения вновь построенных зданий жильцы жалуются на множество конструктивных недоработок, низкое качество строительно-монтажных работ и огромные энергозатраты на теплоснабжение зданий. Совсем иной путь контроля качества строительно-монтажных работ открывается благодаря использованию инфракрасной техники, – говорит кандидат технических наук, заведующий сектором внедрения энергосберегающих технологий БТЭУ В.Н. Войтехович. – Следует отметить, что уже существующие здания потребляют около 40 % топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), поставляемых в основном из-за рубежа. А снижение затрат на теплоснабжение зданий – это снижение зависимости от внешних поставщиков ТЭР. Это тем более важно, поскольку удельное энергопотребление наших зданий намного выше, чем в некоторых странах с аналогичными или близкими климатическими условиями. Дело в том, что многие страны мира со времени первого нефтяного кризиса (1973 г.) провели огромную работу по снижению энергопотребления в зданиях. Например, в Дании за это время потребление тепловой энергии на отопление снизилось на 40 %. Достигалось это как теплотехнической реконструкцией и утеплением старых зданий, так и улучшением качества и энергетической эффективности вновь возводимых зданий и сооружений. Причем для выявления зданий с высокими тепловыми потерями, а также строительных дефектов, приводящих к увеличению тепловых потерь, широко использовалась ИК-съемка».

Преимущества термографии

Можно было бы продолжать приводить примеры применения тепловизорного обследования в сфере ЖКХ, их многие десятки. Увы, до сих пор большинство этих примеров – из зарубежной практики.

Кратко суммируя преимущества термографии перед другими методами инспекции состояния объектов, следует выделить:

• оперативность проведения самой инспекции (по времени она мало отличается от обычной видео- или фотосъемки);
• быстроту и простоту составления отчетов (специальные программы компаний-производителей, прежде всего FLIR Systems, полностью совместимы со всеми операционными системами MS Windows и приложениями MS Offce);
• наглядность и достоверность полученных результатов, простоту их понимания даже неспециалистом в термографии, простоту интеграции программного обеспечения в существующие системы SAP;
• высокий экономический эффект, достигаемый путем заблаговременного обнаружения неисправностей систем, экономии времени и средств на ликвидацию возможной аварии, возможности точечного ремонта.

Сферы применения тепловизоров в системе ЖКХ

Энергетика: линии электропередачи, теплотрассы, тепломеханическое оборудование, парораспределительные сети, пруды-гидроохладители, дымовые трубы, электрогенераторы, панели электроприборов, склады сыпучих веществ.

Выявляемые дефекты: ухудшение электро- и теплоизоляции, ослабление механического контакта, засорение теплообменников, трещины в трубах, короткие замыкания, пробои изолятора, износ токо-проводящих частей, места возможного самовозгорания сыпучих материалов и т. д.

Теплоэнергетика: сварные соединения, паяные соединения, бойлеры, трубы, машины и механизмы, батареи коксовых печей и сборников газа, трубопроводы и т.. д.

Выявляемые дефекты: утолщения, трещины и отсутствие футеровки, краевые расслоения, непровары и непропаи швов, утончение стенок, коррозионный износ, дефекты сборки, наличие посторонних примесей, износ механических частей, отложения и засоры в трубах, воздушные пробки, утечка воды и пара.

Городское хозяйство и капитальное строительство: стеновые панели, крыши зданий, дымовые трубы, газопроводы и водопроводы, инженерные коммуникации, дорожное строительство, пожарная охрана и т. д.

Выявляемые дефекты: дефекты стыка панелей, трещины, ухудшение теплоизолирующих свойств, участки инфильтрации воды, обрыв арматуры, неоднородность дорожного покрытия, размыв грунта, термальный контроль укладки асфальта, участки более позднего ремонта и т. п.

Возможности тепловизоров и их характеристики

Выше приведен далеко не полный перечень возможных сфер применения. Любой процесс, связанный с измерением температуры, может наблюдаться и фиксироваться с помощью тепловизоров. Причем ИК-диагностика не зависит от времени суток, климата и погодных условий, следовательно, одинаково подходит для всех регионов страны и может проводиться фактически круглогодично и круглосуточно.

Практика применения ИК-оборудования на отдельных предприятиях бывшего СССР и современной России насчитывает свыше 30 лет. Вообще говоря, термография как метод неразрушающего контроля становится все более широко применимой. И ведущие мировые производители способствуют этому – за последние несколько лет существенно обновился модельный ряд выпускаемых ИК-камер, они стали проще в эксплуатации, компактнее, легче и удобнее. Немаловажным аргументом в пользу все большей доступности тепловизоров является снижение как общей стоимости оборудования, так и отдельных моделей, перешедших уже сегодня в разряд «для широкого применения». В целом цены на тепловизоры, в зависимости от моделей, назначения, комплектации и производителя, колеблются в диапазоне от 3500 до 150 000 евро. Понятно, что дорогостоящие модели предназначены для решения специальных задач – НИОКР, военных и охранных нужд, приборостроения и т. п. Подавляющее большинство моделей, способных решать задачи жилищно-коммунальной сферы, относится к диапазону недорогих или к среднему ценовому сегменту.

Качество, а следовательно, и стоимость тепловизоров зависят главным образом от характеристик детектора излучения, оптики (качества объективов), системы калибровки, устройства охлаждения (для охлаждаемых моделей) и электронного блока.

Детектор тепловизора – сложный прибор, создаваемый на основе новейших технологий и с применением редких и дорогих химических элементов. Основными потребительскими характеристиками детектора являются температурная чувствительность, пространственное разрешение (до 640×512 пикселей) и частота кадров (от 9 Гц до 25 кГц).

Качество оптики и угол зрения объектива обеспечивают детализацию объектов съемки в зависимости от расстояния. Чаще всего используются объективы 2,5; 7; 12; 24 и 45°. Разумеется, важно и то, где и какой компанией произведена оптика.

Здесь уместна аналогия со встроенными камерами мобильных телефонов. Согласитесь, есть существенная разница между изображением 120×120 и 640×480 пикселей, особенно при значительном удалении предмета съемки. Однако если ваша задача – снимать термограммы объектов в пределах нескольких метров, то и разрешение 120×120 пикселей будет достаточным.

Устройство охлаждения также применяется не во всех случаях. Охлаждение детектора необходимо для того, чтобы увеличить температурную чувствительность у полупроводниковых детекторов, уменьшить уровень собственных шумов. В отдельных моделях тепловизоров используется так называемый «холодильник Стирлинга» – миниатюрный компрессор, охлаждающий чувствительный элемент до температуры жидкого азота, в моделях с неохлаждаемой микроболометрической матрицей, работающих при комнатной температуре, вопрос подавления шумов решается другими средствами.

Электронный блок обеспечивает обработку радиометрической информации, полученной от детектора, и ее представление в виде стандартных телевизионных сигналов PAL, SECAM, NTSC и цифровых 8-, 12-, 14- и 16-битных сигналов.

Было бы неправильным утверждать, что небольшие по размеру и относительно недорогие тепловизоры с небольшой разрешающей способностью – менее качественные, чем их старшие собратья. Все зависит от назначения приборов. Именно поэтому ряд производителей выпускает серии моделей, предназначенных для конкретных отраслей промышленности или сфер применения. Для задач строительства и ремонта зданий вполне пригодны тепловизоры с относительно небольшим разрешением и температурной чувствительностью, в то время как инспекция промышленных объектов и оборудования, ЛЭП и трансформаторов высокого напряжения, очевидно, требует использования более профессионального оборудования.

Как выбрать тепловизор

Немаловажными факторами при выборе производителя и модели тепловизора являются также дополнительные функции: тип зарядки и емкость аккумуляторов (это влияет на продолжительность съемки), масса и компактность прибора, система транспортирования (что тоже немаловажно), способ записи изображений (жесткий диск, карта памяти SD и USB флеш-карта), способ организации хранения и объем памяти, способ обработки изображений, наконец, программное обеспечение для анализа термограмм и составления отчетов, степень его интеграции в существующие SAP-программные оболочки и операционные системы. Как правило, крупные компании – производители тепловизоров предусмотрели эти потребности клиентов.

Следующий момент – величина и эффективность дистрибьюторской и сервисной сети. Несмотря на долговечность тепловизоров, клиенты компании часто нуждаются в профессиональной консультации. Более того, хотя чтение готовых отчетов по термографическому обследованию объектов не требует специальной подготовки и находится на уровне так называемого интуитивного понимания, но самому составлению этих отчетов и, говоря шире, обращению с профессиональным тепловизором все-таки нужно учиться. Обеспечивает ли компания-производитель или ее местный дистрибьютор такое обучение? Является ли это обучение сертифицированным и профессиональным? Одним словом, предоставляют ли вам весь комплекс услуг, сопутствующих собственно покупке тепловизора?

Выбор компании по термографическому обследованию

Как известно, на рынке присутствуют независимые компании, предлагающие услуги по термографическому обследованию (энергоаудит зданий), аналогичные услугам приводившегося в пример господина Бюшталлера из баварского города Рупольдинг.

Не проще ли обратиться к их услугам вместо покупки тепловизора и обучения собственных сотрудников? Ответ на этот вопрос не может быть однозначным. Конечно, для разовой инспекции небольших объектов, например жилых домов, затраты на проведение независимого термографического аудита существенно ниже стоимости покупки оборудования. Такие услуги в большинстве случаев и оказываются для единичных случаев: обследования загородных домов, проверок в интересах страхования имущества и т. п. Однако минусом независимого аудита является именно его независимость от клиента в вопросах используемого тепловизорного оборудования, уровня подготовки специалистов и качества финальных отчетов. Кроме того, не существует и единого прейскуранта на подобные услуги. Иногда разовая проверка может обойтись дороже покупки недорогого тепловизора.

Поэтому крайне важно при выборе независимой компании для термографического обследования либо обращаться к сертифицированным специалистам, либо спросить рекомендации у компаний – производителей ИК-оборудования.

В подавляющем большинстве случаев объекты ЖКХ завязаны в общую систему в плане организации, технической и инженерной инфраструктуры. Осмотр лишь одного объекта не обеспечивает полноты картины. Кроме того, применяемые различные методы анализа состояния инфраструктуры дополняют, но не заменяют друг друга. Данные визуального осмотра и данные термографического обследования могут существенно различаться, как в случае, проиллюстрированном на изображениях трансформатора.

В этой ситуации разумнее всего пойти по пути, предложенному компанией E.On Bayern, рассмотренному в примере 3.

Подводя итог, отметим, что тепловизионное обследование зданий и сооружений позволяет в короткие сроки провести тепловой, электрический и строительный аудит любого объекта, причем сделать это бесконтактно, эффективно и достоверно, с последующим протоколированием результатов в виде термограмм и документальных отчетов в универсальном формате MS Word. При этом тепловизорный осмотр не требует приостановки или отключения оборудования, а значит, никак не мешает нормальному течению жизни жильцов, не требует временного вывода объектов из эксплуатации.