V ČESKÉ PRAXI 1 ROČNÍK XXV TD2 Projevy nesouososti strojních zařízení. TD5 Kvalitativní termografie při zobrazování plynů

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

termodiagnostika

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

tir á ž 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: Vychází: MK ČR: ISSN:

www.atdcr.cz

Asociace technických diagnostiků ČR, z. s. VŠB-TU Ostrava 17. listopadu 15 / 2172 708 33 Ostrava - Poruba nepravidelně 5 979 1210-311X

technická diagnostika 2/2014 • TD1

termodiagnostika

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 (vRMS), efektivní hodnoty zrychlení vibrací v pásmu od 500–25 600 Hz (aRMS), otáček, elektrického proudu a teploty ložisek a spojky [2]. *Teplota ložisek po 60 min. provozu (teplota pro 1 mm je po 20 min). popis měřící místo veličina směr -1 max. ot. [min ] H vRMS [mm.s-1] V H a RMS [g] V el. proud [mA] teplota ložiska* [°C] teplota spojky [°C]

ustaveno L1

0,72 0,29 0,36 0,22 1350 25,3

L2

L3

nesouosost 0,3 mm L1 L2 L3


1489 1488 1487 0,7 0,89 1,5 0,93 1,71 2,85 2,25 2,96 0,21 0,79 0,71 1,37 1,05 0,3 0,15 0,34 0,34 0,36 0,35 0,32 0,47 0,3 0,22 0,33 0,24 0,4 1351 1355 24,4 37,3 29,3 27,3 40,7 29,1 27,2 41,3 29,1 42,3 48,4

TD2 • 1/2016 technická diagnostika


5 2,67 0,34 0,21 1358 29,5

1480 5,4 6,3 2,77 0,33 0,38 0,29

nesouosost 1 mm L1 L2 L3

9,82 4,70 0,53 0,21 1340 28,2 43,1 29,1 69,6

1470 9,41 11,1 4,34 0,33 0,43 0,33 28,7 42,9 96,4

termodiagnostika

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. 7 Termogram zahřívání zařízení ve stavu – nesouosost 1 mm (po 20 min.) technická diagnostika 1/2016 • TD3

termodiagnostika

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 proká za la 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 opoObr. 8 Kaskáda frekvenčních spekter rychlosti vibrací, vpředu ustaveno až po nesouosost třebení těchto spojek 1 mm (vzadu), měřicí bod L2, horizontální směr a s a moz řejmě t a ké za cenu zatížení ložitrojnásobku otáčkové frekvence (74,3 Hz), což má přímou sek i motoru. V návaznosti na hodnoty nesouososti lze názorně pozorovat zvyšování teploty v exponovaných spojitost s nesouosostí a namáháním zařízení. U nastavení rovnoběžné nesouososti na hodnotu místech, zvyšování vibrací, proudu i snižování otáček. 0,8 mm dochází oproti předchozímu stavu ke snížení Každý provozovatel by měl tedy zvážit, zda je ekonomické maximálních otáček o 7 ot/min. Zde je vidět, že výrazná provozovat strojní zařízení v neustaveném stavu, zvyšočást výkonu je spotřebována formou ztrát a motor není vat tak energetické ztráty a současně výrazně zkracovat schopen udržet vyšší otáčky. Je třeba podotknout, životnost zařízení. že zařízení není mimo vlastní ztráty zatíženo jiným odběrem, tudíž se veškerý výkon spotřebovává na krytí Literatura: [1] HRABEC, L., HELEBRANT, F, MAZALOVÁ, J.: vlastních ztrát. V těchto případech dochází k maření energie především na spojce a dále v ložiscích, která jsou Technická diagnostika a spolehlivost III. – Ustavování spolu se zvyšující se nesouosostí stále více zatížena. Při strojů. Ostrava: VŠB-TUO. 2006. 45 s. [2] BLATA, J.: Vliv nesouososti na průběh teploty a dalporovnání vibrací s předchozím stavem můžeme konstatovat, že dochází k nárůstu vibrací na cca dvojnásobek. ších parametrů na zkušebním zařízení. Odborná studie, Ve frekvenčních spektrech pak můžeme sledovat nárůst Ostrava: VŠB-TUO. 2015. 20 s. amplitudy na trojnásobku otáčkové frekvence (74 Hz) na trojnásobek amplitudy oproti předchozímu stavu, dále Autorem článku je Ing. Jan Blata, Ph.D., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, FS, Katedra jsou také patrny násobky této frekvence. V posledním případě, kdy je nastavena hodnota nesou- výrobních strojů a konstruování, 17. listopadu 15/2172, ososti na 1 mm, je již zařízení zatíženo natolik, že dochází 708 00 Ostrava Poruba, e-mail: [email protected]. k výraznému oteplení spojky; po dvaceti minutách provozu se teplota blíží hodnotě 100 °C. Vibrace a projevy Recenzent: zařízení jsou tak výrazné, že je čas zkoušky zkrácen Ing. Jiří Svoboda, "TMV SS" spol. s r. o., Praha, vedoucí na 20 min. I tak již ovšem došlo k natolik výraznému odborné skupiny termografie při ATD ČR, z. s., certifipoškození spojky, že není možné její další použití. Vibrace kovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie stouply opětovně na dvojnásobek oproti předchozímu – kategorie III TD4 • 1/2016 technická diagnostika

termodiagnostika

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 CO2, ale například i plyny používané v chladírenství či energetice, jako například SF6. Hexafluorid sírový – SF6 – 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 SF6 a H2O (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, SF6 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

termodiagnostika

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 TD6 • 1/2016 technická diagnostika

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 NH3, 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 SF6, 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.

termodiagnostika

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:// eu r-lex .eu ropa .eu / L exUr iS er v/ L exUr iS er v. 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 SF6 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, SO2 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

termodiagnostika

(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 SF6, případně jiné spínací prvky). Současný výklad definuje elektrické spínací zařízení jako všechna zařízení využívajících SF6, 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 SF6, je považováno za „elektrické spínací zařízení“ bez ohledu na možný zavádějící význam výkladu pojmu. V této souvislosti je zapotřebí také uvést, že za SF6 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 CO2. V případě SO2 se jedná o hodnotu GWP 22 800. Spolu s ním také vyžaduje, aby bylo množství plynu SF6 uváděno právě v tomto ekvivalentu. Samotné nařízení již nadále veškeré podmínky definuje např. jako 10 t CO2e (10 tun ekvivalentu CO2 , tedy 0,44 kg SF6). Zmiňované nařízení se navíc nevztahuje pouze na čistý/použitý plyn SF6, 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 SF6. 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 f luorované 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. TD8 • 1/2016 technická diagnostika

„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 SF6 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 SF6 větším než 5 t CO2 (5 ekvivalentních tun CO2 – pro námi použitelná množství je tuto hodnotu zapotřebí dělit koeficientem 22 800 – koeficient GWP), což odpovídá 0,22 kg SF6. V následujícím textu budeme pro jednoduchost používat přímo přepočet na hmotnost SF6. Kontrolu těsnosti není zapotřebí provádět u zařízení, které je označeno jako „hermeticky těsné“, pokud neobsahuje více než 0,44 kg SF6. 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 SF6. V tomto případě by autoři doporučili požádat o příslušné stanovisko a výklad rozporu mezi 0,22 kg SF6 a 6 kg SF6 jako mezními hodnotami pro stanovení povinnosti provádět kontrolu těsnosti či nikoliv. Periodicita kontrol těsnosti je stanovena následovně: perioda kontroly těsnosti v kalendářních měsících obsah SF6 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

termodiagnostika

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 SF6 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 SF6 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 SF6 (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 CO2 a uvedena hodnota GWP (SF6 × 22 800 – množství SF6 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 SF6 v tCO2 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

termodiagnostika

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 SF6 byla v poslední době poměrně výrazně akcentována v souladu s trendem zvýšení odpovědnosti za globální změny klimatu. I když je dlouhodobým trendem celková náhrada SF6 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 SF6, 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: [email protected], [email protected]. Recenzent: Ing. David Kuboš, “TMV SS“, spol. s r. o., Praha, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie - kategorie II

NAOBZORU v

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


termodiagnostika

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)


termodiagnostika

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

termodiagnostika

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 Obr. 4 Termogram řetězu při výstupu z induktoru ohřevu stavu výroby a procesu zpracovávání materiálu. na popouštění Autorem článku je Ing. David Kuboš ze společčlánku. Nároky na pevnost jsou i zde popisovány normami, nosti “TMV SS“, spol. s r. o. Studánková 395, 149 00 Praha a proto je pro docílení vysokých standardů a požadavků 4 – Újezd, tel.: +420 272 942 720, fax: +420 272 942 722, na vyrobené řetězy opět nejvhodnějším řešením termo- e-mail: [email protected]. grafie. Termokamery provádějí kontinuální měření teploty povrchu řetězů v korelaci s předepsanou třídou pevnosti Recenzent: při indukčním ohřevu, aby zachytily teplotní poměry Jiří Figura, Třinecké železárny, a. s., Třinec, certifikořetězů při vstupu a výstupu z kalicí lázně. Na obou měři- vaná osoba na funkci Technik diagnostik termografie cích místech jsou porovnávány teploty ramen ok řetězu – kategorie I 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. 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


termodiagnostika

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

Obr. 1 Závěsný laserový detektor Pergam-Suisse TD14 • 1/2016 technická diagnostika

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

termodiagnostika

Obr. 2 LaserMethane mini

2.2 Vizualizace úniku zemního plynu Důležitým výstupem měření úniků plynu z plynárenské technologie je vizualizace úniku, a to jednak pro archivaci a statistiku úniků, jednak jako pomůcka pro pracovníky údržby pro přesnější lokalizaci místa úniku. K vizualizaci využívá útvar diagnostiky N4G kameru FLIR GF 320 (obr. 3). Videozáznam z infračervené kamery zviditelní unikající zemní plyn, jako doplněk je u každého záznamu uveden rovněž reálný obraz z místa úniku. Kameru lze samozřejmě použít i k lokalizaci úniků, obsluha v infračerveném režimu přímo na displeji kamery sleduje intenzitu úniku plynu. Je vybavena chlazeným mozaikovým detektorem, který pracuje ve spektrálním rozsahu 3–5 µm. Obsahuje spektrální filtr, pomocí kterého se plyny stávají viditelné. Mimo metanu lze kameru úspěšně použít také pro jiné plyny na bázi uhlovodíků s podobným spektrálním rozsahem. Videozáznamy, reálné i infračervené, jsou uloženy ve formátu MP4 k dalšímu zpracování. Předností infračervené kamery je lokalizace úniků plynu v uzavřených místnostech, jímkách nebo v místech s větším množstvím úniků a dokáže identifikovat zdroj úniku také v podmínkách nasycení prostoru unikajícím zemním plynem. Kameru FLIR GF 320 lze použít i jako klasickou termografickou kameru. V podmínkách N4G je využívána především pro identifikaci vnitřních úniků hraničních armatur plynárenské technologie. Při této kontrole je využito fyzikálních vlastností zemního plynu, kdy při úniku plynu přes sedla armatury dochází k expanzi a následnému ochlazování plynovodního potrubí. Aplikace je přímo závislá na teplotě okolí, protože teplota přepravovaného plynu se pohybuje kolem 10 °C a i při nízkém úniku (tedy nízké expanzi) klesá její citlivost, je tedy nejvhodnější pro

integrity potrubí celé plynovodní sítě během jednoho týdne. Výsledky takto provedené kontroly obsahují údaje o pravděpodobnosti výskytu metanu, fotodokumentaci a souřadnice detekované vady. Tyto údaje následně pracovníci údržby ověří pochůzkovým měřením. 2.1.2 Použití přenosného detektoru V praxi se jako nejvhodnější zařízení pro pochůzková měření v technologických areálech osvědčil přenosný detektor koncentrace zemního plynu LaserMethane mini (obr. 2). Lokalizace úniků plynu do ovzduší je prováděna pomocí laserového fotodetektoru, jehož princip je založen na využívání absorpční spektrometrie. Přístroj je v provedení ATEX-EX a detekuje úniky z bezpečné vzdálenosti až 100 m s okamžitou odezvou. Koncentrace je zobrazena na displeji, doprovází ji zvukový signál. Hlavní výhodou tohoto řešení je detekce na větší vzdálenost. Velmi spolehlivě detekuje koncentrace v těžko přístupných místech, resp. ve výškách bez nutnosti použití žebříku, případně jiných pomocných Obr. 3 Kamera FLIR GF 320 zařízení.


termodiagnostika

Obr. 4 Netěsný ventil DN 50

Obr. 5 Netěsný kulový uzávěr DN 100

použití v letních měsících. Během příznivých mikroklimatických podmínek velmi spolehlivě odhalí i drobné vnitřní netěsnosti, např. odfukových a havarijních armatur (obr. 4, 5 a 6). 2.3 Kvantifikace úniků Identifikovaná a vizualizovaná data jsou v další fázi určitou metodou kvantifikována vhodnou formou pro další systémové zpracování. Pro kvantifikaci úniků zemního plynu se jeví jako nejvhodnější zařízení Bacharach HiFlow Sampler, které umožňuje kvantifikovat každý únik na plynárenské technologii až do průtoku 250 l/min, což je z hlediska ztrát při přepravě plynu limitující. Unikající zemní plyn je pomocí různých nástavců nasáván do přístroje kalibrovaným čerpadlem s průtokem právě 250 l/min. Analyzátor změří současně procentuální objem metanu v nasávané směsi a vyhodnotí přímo na displeji přístroje průtok metanu. Paralelním zapojením dvou přístrojů lze zvýšit měřicí

Obr. 6 Netěsný kulový uzávěr DN 1000

rozsah až na 500 l/min, což dostatečně pokrývá všechny dosavadní závady na plynovodní technologii. 3. Vyhodnocení úniků Plynárenská technologie N4G je pro účely systémového hodnocení úniků rozdělena na kompresní stanice, armaturní uzly a linii plynovodu; každá z těchto skupin je dělena na jednotlivá technická místa. Technické místo je definovaná nejmenší jednotka technologie. Podle konkrétních technických míst jsou statisticky hodnoceny jednotlivé technologické celky. Metodika hodnocení je definována ve vnitřním předpisu N4G s přihlédnutím k příslušným legislativním a oborovým normám a úniky jsou rozděleny do tří kategorií podle závažnosti: • únik, který vysoce ohrožuje bezpečnost a spolehlivost přepravy, • únik, který ohrožuje spolehlivost přepravy, • únik, který neohrožuje spolehlivost přepravy. Na základě přiřazení kategorie je určen termín realizace opravy. Následná kontrola zařízení potvrdí bezvadnost stavu potrubí. 4. Závěr Systém měření, identifikace a soustavného sledování integrity potrubních systémů přináší maximální zajištění bezpečnosti a spolehlivosti přepravy plynu. Odstraněním byť i drobných úniků do ovzduší se nejen uspoří značné finanční prostředky za uniklý plyn, ale také se zvýší míra ochrany života a zdraví a životního prostředí. Autory článku jsou Martin Hanzl a Ing. Aleš Skoupý ze společnosti NET4GAS, s. r. o. Na Hřebenech II 1718/8, 140 21 Praha, tel.: +420 220 225 176, e-mail: martin.hanzl@ net4gas.cz, [email protected].

Obr. 7 Kvantifikátor Bacharach TD16 • 1/2016 technická diagnostika

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

termodiagnostika

Termokamery FLIR pro zvýšení spolehlivosti průmyslových provozů Ing. Štěpán SVOBODA SpektraVision s. r. o.

Anotace Zajištění kvalitní a efektivní výroby či provozu s minimálními náklady vyžaduje pravidelnou kontrolu a diagnostiku výrobních strojů i výrobních procesů. Efektivními nástroji pro tuto činnost s prokazatelnými výsledky jsou přenosné i stacionární vysokorychlostní kamery FASTEC Imaging a termokamery FLIR, které umožňují rychle a snadno zobrazit skryté problémy. Úvod Spolehlivým nástrojem pro zjištění okamžitého stavu strojů, zařízení a výrobních procesů je termodiagnostika – snímání teplotního pole termokamerami FLIR. Termodiagnostika má oproti standardním metodám výhodu v tom, že se jedná o bezkontaktní metodu a provádí se za plného provozu stroje/zařízení bez omezení. Má prokazatelné výsledky ve snížení výrobních a provozních ztrát způsobených neplánovanými odstávkami a zmetkovitostí a zároveň zvyšuje spolehlivost strojů a zařízení. Pro zajištění kvalitní termodiagnostiky jsou nejvhodnější ruční termokamery FLIR, jejichž nabídka je velmi rozsáhlá a uspokojí všechny požadavky na kvalitní bezkontaktní měření teplot. Termokamery FLIR se nabízejí v širokém spektru rozlišení (80 × 60 až 1 024 × 768 bodů) a využívají nejmodernější technologie. Hlavní předností kamer je odolnost, snadné ovládání, unikátní měřicí a obrazové funkce a desetiletá

Obr. 1 Přehled ručních termokamer FLIR záruka na snímač (nabízí pouze FLIR). Rozsah měřených teplot (-40 °C až +2 000 °C) a vysoká citlivost (od 0,015 °C)

Obr. 2 Obrazová funkce MSX se zvýrazněním kontur z videokamery


termodiagnostika

prolnutí zpřehlednění a zvýšení orientace v obrazu i v případě tepelně nekontrastního objektu. Termokamery FLIR T4xx a T6xx dále poskytují speciální obrazovou funkce UltraMax umožňující čtyřnásobné zvýšení rozlišení termovizního snímku (z 320 × 240 až na 640 × 480, z 640 × 480 až na 1 280 × 960 bodů). To zvyšuje kvalitu snímku i přesnost měření teplot. Díky tomu lze termokamery FLIR využít i pro měření malých nebo vzdálených objektů. Zajímavou alternativou pro rychlé termovizní měření z krátké vzdálenosti je ojedinělá kapesní termokamera FLIR C2, která svými kompaktními rozměry o velikosti mobilu (125 × 80 × 24 mm) nabízí flexibilitu s minimální investicí. Je určena pro rychlou kontrolu strojů nebo zařízení a díky zobrazovacím schopnostem včetně MSX funkce a atraktivní ceny se ve velmi krátké době stane součástí běžného vybavení revizních techniků či dalších pracovníků. Termokamery umožňují bezdrátově ukládat Obr. 3 Obrazová funkce UltraMax umožňující vyšší detail snímku další data, jako elektrické i neelektrické veličiny, a to z ručních měřicích přístrojů FLIR vhodných umožňuje využití v klíčových odvětvích jako elektro (kontrola rozvodů, elektrických zařízení a strojů, kontrola FVE panelů), strojírenství a mechanika (tepelné namáhání strojů a zařízení), výrobní procesy (kontrola teplot při výrobě a zpracování materiálu, lití a tváření plastů), hutnictví (kontrola teploty taveniny a licích pánví), stavebnictví (detekce tepelných mostů, vlhkostí, vzduchových netěsností) a v neposlední řadě také v detekci úniku plynů (FLIR GF3xx). Takový rozsah využití nabízí pouze výrobce FLIR. Termokamery FLIR ukládají termogramy spolu s fotosnímky a poskytují speciální obrazové funkce, které jsou dostupné pouze u termokamer FLIR. Jedna z nich je MSX umožňující prolnutí kontur z vestavěné videokamery do termovizního obrazu. Oproti jiným obrazov ým funkcím přináší toto Obr. 5 Ruční měřicí přístroje FLIR pro záznam dalších veličin

Obr. 4 Kapesní termokamera FLIR C2 TD18 • 1/2016 technická diagnostika

pro měření v průmyslu i stavebnictví. Tyto přístroje poskytují při termovizním měření komplexní informaci o měřeném místě, jako např. okamžité zatížení měřeného elektrického rozvodu nebo aktuální teplotu či vlhkost v měřeném prostoru. Poslední novinkou je speciální klešťový ampérmetr FLIR CM174, který umožňuje měření napětí do 1 000 V (AC/ DC), proudu do 600 A (AC/DC) a dalších elektrických parametrů. Navíc je na zadní straně vybaven vestavěnou termokamerou FLIR s rozlišením 80 × 60 bodů, čímž poskytuje informaci o měřeném místě

termodiagnostika

Závěr Termokamery FLIR s bezkonkurenční desetiletou zárukou na snímač, špičkové přenosné i stacionární vysokorychlostní kamery a další diagnostické přístroje jako jsou analyzátory elektrických sítí, přístroje pro infračervenou nedestruktivní defektoskopii (IrNDT), profesionální poradenství, školení, záruční a pozáruční servis termokamer a další techniky a bezplatné odzkoušení přístroje přímo u zákazníka, nabízí autorizovaný distributor pro ČR a SR, společnost SpektraVision s. r. o., oceněná za významnou spolupráci a úspěchy známkou „Platinový partner firmy FLIR“. www.spektravision.cz Obr. 6 Klešťový ampérmetr FLIR CM174 s vestavenou termokamerou FLIR nejen z pohledu elektrických veličin, ale také zda nedochází k přehřívání měřených rozvodů či instalovaného zařízení. Uložené snímky lze vyhodnotit v termokameře nebo na počítači v softwaru, který nabízí intuitivní a jednoduchou tvorbu zprávy z měření. Při spojení termokamery s PC lze provádět on-line vyhodnocení obrazu s možností exportu dat do Excelu. U vybraných modelů FLIR T460/ T660 je navíc možné uložit radiometrický videozáznam přímo na SD kartu, což je užitečné pro záznam rychlých tepelných dějů nejen při výrobních procesech, ale kdekoli Obr. 7 On-line záznam teplot pořízený termokamerou FLIR řady T4xx/ T6xx v terénu.

„ vidíme svět v celém spektru “

SpektraVision s.r.o. Kruhová 128 251 01 Nupaky Česká republika

tel./fax: gsm: e-mail: web:

+420 312 310 258 +420 608 600 647 [email protected] www.spektravision.cz


termodiagnostika

Chyby a nejistoty při měření a kalibraci bezkontaktních měřidel teploty Jiří SVOBODA “TMV SS“ s. r. o.

Anotace V příspěvku jsou uvedeny základní pojmy a termíny týkající se chyb a nejistot při měření; je přiblížen postup kalibrace, jak je prováděn v Kalibrační laboratoři pro kalibraci bezkontaktních měřidel teploty č. 2372 akreditované Českým institutem pro akreditaci o.p.s. podle ČSN EN ISO/IEC 17025:2005. 1. Úvod V normě ČSN ISO 18434-1 je v bodě 9 (Kalibrace) uvedeno: Všichni pracovníci, kteří provádí termografická měření, musí používat kalibrované IČT/IRT kamery podle směrnic výrobců nebo zavedené průmyslové praxe. Dokumentované kontroly kalibrace se mají provádět za použití odvoditelného (navázatelného) černého tělesa podle doporučení výrobce, specifikace zákazníka nebo podle použitelných průmyslových norem. Rychlá kontrola kalibrace se doporučuje před provedením každého měření či kontroly. V článku 16 této normy (Zpráva o zkoušce) je dále uvedeno, že ve zprávě (pokud není se zákazníkem dohodnuto jinak) musí být uvedeny minimálně informace, které jsou popsány v bodech a) až w); v bodě e) je potom předepsáno, co musí být ve zprávě z měření uvedeno: model, výrobce a datum kalibrace použité infračervené techniky. Aby byly přiblíženy základní pojmy týkající se obecně chyb a nejistot při měřeních, uvádějí další odstavce jejich popis. Je zde popsán také akreditovaný postup kalibrace termokamer a bezkontaktních teploměrů s popisem postupu kalibrace a prezentací naměřených výsledků, které jsou součástí kalibračního listu. 2. Rozdělení chyb 2.1 Chyba měření Měření obecně obsahuje zdroje nepřesností, které způsobují vznik chyby výsledku měření. Chyba se skládá ze dvou složek, složky náhodné a systematické. 2.2 Náhodná chyba Vzniká pravděpodobně z nepředvídatelných nebo náhodně dočasných a prostorových kolísání ovlivňujících veličin. Vliv kolísání způsobuje vznik změn opakovaným pozorováním měřené veličiny. Ačkoliv není možné kompenzovat náhodnou chybu výsledku měření, může být obvykle snížena zvýšením pozorování; její střední hodnota je nule. 2.3 Systematická chyba Stejně jako náhodná chyba nemůže být eliminována, ale může být často snížena. Jestliže systematická chyba vzniká vlivem jedné působící veličiny na výsledek měření, dále označený jako systematický vliv, pak může být tento TD20 • 1/2016 technická diagnostika

vliv kvantifikován. Pokud je významný, co do rozměru ve vztahu k požadované přesnosti měření, může být ke kompenzaci tohoto vlivu aplikována korekce nebo korekční činitel. Lze očekávat, že po korekci bude předpokládaná hodnota chyby, vyvolaná systematickým vlivem, nulová. 2.4 Relativní chyba Chyba měření dělená pravou hodnotou měřené veličiny. 2.5 Korekce chyby Algebraicky přičtená hodnota k nekorigovanému výsledku měření ke kompenzaci systematické chyby. 2.6 Korekční činitel Číselný součinitel, kterým se násobí nekorigovaný výsledek měření ke kompenzaci systematické chyby. 3. Nejistoty při měření V Pokynu GUM [1] jsou stanovena základní pravidla pro vyhodnocování a vyjadřováni nejistoty při měřeni, která lze používat pro různé úrovně přesnosti a v mnoha oborech – od obchodu a výroby až po základní výzkum. Postupy uvedené v tomto pokynu jsou určeny pro široké spektrum měření, které v sobě zahrnuje: ■ podporu řízení kvality a prokazovaní kvality ve výrobě; ■ dodržování a zavádění zákonů a předpisů; ■ výzkumné práce v oblastech základního výzkumu, aplikovaného výzkumu a rozvoje ve vědě a technice; ■ kalibraci etalonů a měřicích přístrojů a provádění zkoušek v rámci státního metrologického systému s cílem zajistit návaznost na státní etalony; ■ rozvoj, uchovávání a porovnání mezinárodních a národních fyzikálních referenčních standardů včetně referenčních materiálů. 3.1 Co je to nejistota? Termín „nejistota“ znamená pochyby, v širším smyslu znamená „nejistota měření“ pochybování o platnosti výsledku měření. Vyjadřuje skutečnost, že pro danou měřenou veličinu a daný výsledek měření neexistuje jen jedna hodnota, ale nekonečný počet hodnot rozptýlených kolem výsledku, které jsou v souladu se všemi pozorováními a s daty. Tyto hodnoty s různým stupněm věrohodnosti mohou být přisuzovány měřené veličině. 3.2 Standardní nejistota Nejistota výsledku měření vyjádřená jako směrodatná odchylka. 3.3 Kombinovaná standardní nejistota Standardní nejistota výsledku měření, pokud je výsledek získaný z hodnot několika dalších veličin, rovnající se kladné hodnotě druhé odmocniny součtu výrazů. Výrazy

termodiagnostika

jsou rozptyly nebo kovariance těchto dalších veličin vážených podle toho, jak se výsledek měření mění se změnami těchto veličin. 3.4 Kovariace Míra vzájemné vazby mezi dvěma náhodnými veličinami. 3.5 Rozšířená nejistota Veličina stanovující interval okolo výsledku měření, který dovoluje očekávat pokrytí velkého podílu rozdělení hodnot, které mohou být přiřazeny k měřené veličině. 3.6 Činitel rozšíření Číselná hodnota činitele užívaná jako násobek kombinované standardní nejistoty k získání rozšířené nejistoty. 3.7 Směrodatná odchylka Směrodatná odchylka je v teorii pravděpodobnosti a statistice často používanou mírou statistické disperze. Jedná se o kvadratický průměr odchylek hodnot znaku od jejich aritmetického průměru. Vypovídá zhruba o tom, jak moc se od sebe navzájem liší typické případy v souboru zkoumaných čísel. Je-li odchylka malá, jsou si prvky souboru většinou navzájem podobné, naopak velká směrodatná odchylka signalizuje velké vzájemné odlišnosti. Pomocí pravidel 1σ a 2σ (viz níže) lze přibližně určit, jak daleko jsou čísla v souboru vzdálená od průměru, resp. hodnoty náhodné veličiny vzdálené od střední hodnoty. Směrodatná odchylka je nejužívanější míra variability.

Použití rovnoměrného rozdělení představuje přiměřené statistické vyjádření nedostatečné znalosti vstupní veličiny Xi, pokud o ní nejsou známy jiné informace, než jsou limity její variability. Pokud ale víme, že pravděpodobnost

výskytu hodnot v okolí středu intervalu hodnot je vyšší než pravděpodobnost výskytu hodnot v krajích intervalu, může být vhodnější použití trojúhelníkového nebo normálního rozdělení. Naopak, pokud je výskyt hodnot v krajích intervalu pravděpodobnější než ve středu intervalu, může být vhodnější použití U rozdělení.

4. Akreditovaná Kalibrační laboratoř pro kalibraci bezkontaktních měřidel teploty V roce 2012 získala Kalibrační laboratoř společnosti “TMV SS“ s. r. o. osvědčení o akreditaci bezkontaktních měřidel teploty, pro termokamery (dále TK) a bezkontaktní teploměry (dále BT). V roce 2015 byl při reakreditaci upraven rozsah kalibrace, který se pro TK pohybuje v teplotním rozsahu od –10 °C do +1 200 °C, a je zpracován ve 23 bodech teploty 3 černých těles s kavitou, a pro BT je teplotní rozsah od +50 °C do +500 °C a je zpracován v 5 bodech 1 deskového černého tělesa. Všechna černá tělesa jsou v pravidelných intervalech kalibrována v Českém metrologickém institutu. Pro kalibrované TK platí dvě omezení: a) body teploty jsou pouze v bodech kalibrace černých těles b) TK musí pracovat vlnové délce – λ = 1,5 μm až 5,5 μm – λ= 7,5 μm až 14 μm Pro kalibrované BT neplatí omezení pro vlnové délky, ale platí: – emisivita (ε) musí být nastavitelná – zorné pole BT musí být min. 20:1 nebo lepší (x:1 - x > než 20) Vlastní kalibrace, při zajištění podmínek prostředí v laboratoři, se provádí podle schváleného Pracovního postupu PP09 společnosti “TMV SS“ s. r. o. [2] 4.1 Přesnost měření radiační teploty termokamerou Měření jsou prováděna z takové vzdálenosti od ČT, která zaručuje, že ČT bude pokrývat alespoň 10 × 10 pixelů zorného pole termokamery a vyzařovací plocha ČT se nachází technická diagnostika 1/2016 • TD21

termodiagnostika

se vypočítává aritmetický průměr hodnoty teploty na měřeném objektu. Přesnost termografického přístroje (°C) je pro každou teplotu určena podle vztahu kde

Δt = ttmean - t90

ttmean – je střední hodnota teploty t90 – je teplota černého tělesa

Obr. 1 Kalibrační laboratoř “TMV SS“ s. r. o. č. 2372 uprostřed obrazovky/termogramu. Přesnost měřicího přístroje je určena pro alespoň tři body z pracovního rozsahu kamery (v blízkosti spodní hranice, v blízkosti horní hranice a minimálně jeden bod mezi nimi) pro každý teplotní rozsah kamery. Pro každý teplotní bod je pořízeno 10 měření, která jsou v případě automatické kalibrace řízena počítačem v definovaných časových intervalech. V případě manuální kalibrace je rozestup mezi odečty asi 5 s. Průměrná hodnota radiační teploty je určena z jednotlivých měření, kdy je vzata do úvahy emisivita ČT a záření okolí (odražená zdánlivá teplota). Při vyhodnocování měření je do úvahy vzata matice pixelů minimálně 5 × 5. Z této matice

Obr. 2 Zobrazení závislosti celkové nejistoty TD22 • 1/2016 technická diagnostika

4.2 Přesnost měření radiační teploty bezkontaktním teploměrem Měření jsou prováděna z takové vzdálenosti od ČT, která zaručuje, že měřená plocha ČT bude pokrývat více než 100 % zorného pole BT a měřená plocha rovinného černého tělesa bude menší než 50 % celkové plochy ČT (přibližně ve středu plochy ČT). Přesnost měřicího přístroje je určena pro alespoň tři body z pracovního rozsahu bezkontaktního teploměru (v blízkosti spodní hranice, v blízkosti horní hranice a minimálně jeden bod mezi nimi) pro každý teplotní rozsah bezkontaktního teploměru. Pro každý teplotní bod je pořízeno 10 měření. Měření provádí obsluha kalibrační laboratoře a je provedena v dostatečných časových intervalech. Průměrná hodnota radiační teploty je určena z jednotlivých měření, počítá se rovněž s emisivitou ČT. Přesnost bezkontaktního teploměru (°C) je pro každou teplotu určena podle vztahu kde

Δt = ttmean - t90

ttmean – je střední hodnota teploty t90 – je teplota černého tělesa 4.3 Nejistota měření Celková nejistota kalibrace u se sestává ze dvou položek, nejistoty typu A (u A) a nejistoty typu B (uB). Nejprve se provede vyhodnocení odchylek kalibrovaného zařízení v jednotlivých kalibračních bodech stanovíme z průměrných hodnot v souladu s kapitolou 4.1 a 4.2. Pro určení rozšířené nejistoty měření je nutné stanovit a definovat jednotlivé složky této nejistoty, které jsou: ■ rozdělení pravděpodobnosti (používají se koeficienty pro normální a pro rovnoměrné rozdělení) ■ stanovení nejistot typu A (uA) – aritmetický průměr z min. 10 opakovaných měření, se kterých nevypočtena nejistota typu A (°C) ■ rozpočet nejistot měření t y pu B (uB) – do rozpočtu je započítáváno celkem 15 položek, ze kterých je vypočtena kombinovaná nejistota typu B (°C)

termodiagnostika

Grafické znázornění vyhovění kalibrace specifikaci výrobce:

Obr. 3 Kritéria pro vyhodnocení stavu dle specifikace kde ttmean – je střední hodnota teploty t90 – je teplota černého tělesa tmax lim – je maximální povolená odchylka v kladné rovině Celková nejistota kalibrace u je vyjádřena takto:

kde u A – je nejistota typu A uB – je nejistota typu B Pro kombinovanou standardní nejistotu se používá koeficient k =1, pro rozšířenou nejistotu koeficient k = 2. Standardní nejistota měření byla určena v souladu s dokumentem EA-4/02. Uvedená rozšířená nejistota měření je součinem standardní nejistoty měření a koeficientu k, který odpovídá pravděpodobnosti přibližně 95% pokrytí, což pro normální rozdělení odpovídá koeficientu rozšíření k = 2. 4.4 Stanovení vyhovění specifikaci udávané výrobcem Pokud zákazník požaduje stanovení, zda kalibrovaná termografická kamera nebo bezkontaktní teploměr vyhovuje specifikaci uváděné výrobcem pro měřenou hodnotu

tmin lim – je maximální povolená odchylka v záporné rovině Umax – je maximální naměřená nejistota v kladné rovině Umin – je maximální naměřená nejistota v záporné rovině z rozsahu, je použita metodika popsaná v Pracovním postupu PP 09. Při celkovém hodnocení vyhovění specifikaci výrobce je stanoveno, že termokamera nebo bezkontaktní teploměr vyhovuje pouze v případě, že splní všechny body kalibrace. Při nesplnění alespoň v jednoho kritéria termokamera nebo bezkontaktní teploměr nevyhovuje specifikaci výrobce v měřených bodech. Na obr. 3 jsou znázorněny možné stavy pro vyhodnocení, zda termokamera nebo bezkontaktní teploměr vyhovuje specifikaci výrobce či nikoliv. Stav A je vyhovující, stav B a C je stav, u kterého není možné prokázat shodu, stav D je nevyhovující. 4.5 Příklad kalibrace termokamery E 60 výrobce FLIR Systems AB Na obr. 4 je uvedena část kalibračního listu s naměřenými hodnotami teplot kalibrované termokamery, teplot černých teplot, vyhodnocených odchylek teplot, celkové rozšířené nejistoty u také stanovení, zda kalibrovaná kamera vyhovuje specifikaci podmínek výrobce. technická diagnostika 1/2016 • TD23

termodiagnostika

Rozsah

Teplota tělesa t90

Odchylka Δt

Měřená teplota t tmean

Celková rozšířená nejistota u

Splnění podmínek specifikace

Objektiv: 18 mm -20 až 120°C

11,31°C

0,9°C

12,2°C

1,0°C

vyhovuje

-20 až 120°C

57,75°C

0,2°C

58,0°C

1,2°C

vyhovuje

-20 až 120°C

100,10°C

-0,1°C

100,0°C

1,0°C

vyhovuje

0 až 650°C

11,31°C

1,0°C

12,3°C

1,0°C

vyhovuje

0 až 650°C

57,75°C

0,7°C

58,5°C

1,2°C

vyhovuje

0 až 650°C

100,10°C

-0,1°C

100,0°C

1,0°C

vyhovuje

0 až 650°C

195,90°C

0,1°C

196,0°C

1,2°C

vyhovuje

Obr. 4 Příklad části Kalibračního listu z kalibrace termokamery E 60 5. Závěr Příspěvek je možné rozdělit na dvě části; první část shrnuje standardizovaný popis termínů a pojmů se zaměřením na vyjadřování nejistot měření, neboť v historii měření je pojem nejistota jako kvantifikovatelná vlastnost poměrně novým pojmem. Nicméně při akreditované kalibraci měřicích systémů a přístrojů je termín nejistota obligatorně používán a kvantitativně vyhodnocován, jak je přiblíženo ve druhé části příspěvku. Obecně je nutné připomenout, že výsledná kvalita a úroveň zpráv/protokolů z termografických měření včetně naměřených a vyhodnocených hodnot teplot závisí nejen na znalostech pracovníků, kteří dané měření provádí, ale také na kvalitě použité techniky. Potřebná technická úroveň a kvalitní kontrola (kalibrace) jejího stavu je jistě také nezbytnou podmínkou pro dosažení správných výsledků při bezkontaktním měření teplot.

Literatura [1] GUM (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement/Pokyn pro vyjadřování nejistoty měření (ÚNMZ Sborníky technické normalizace 2012). [2] Pracovní postup pro kalibraci infračervených radiometrických kamer a infračervených teploměrů PP 09 společnosti “TMVSS“ s. r. o. Autorem článku je Ing. Jiří Svoboda ze společnosti “TMV SS“ s. r. o., Studánková 395, 149 00 Praha 4, tel.: +420 272 942 720, fax: +420 272 942 722, e-mail: jiri.svoboda@tmvss. cz. Recenzent: Ing. František Vdoleček, CSc., Vysoké učení technické v Brně, FSI, vedoucí Programové komise pro technickou diagnostiku ACM DTO CZ, Ostrava

NAOBZORU

Termografická diagnostika plochých střech systémem Workswell WIRIS Řada míst na plochých střechách může být zdrojem poruch (styk střechy s atikou, průniky krytinou, vtoky a podobně). Problémy s netěsností se mohou vyskytovat i v ploše, například z důvodu neodborné instalace, zanedbané údržby či degradace povrchu v důsledku nedostatečné ochrany povrchových vrstev proti klimatickým vlivům nebo vyčerpání životnosti. Velmi často je plochá střecha vystavena i nadměrnému namáhání větrem, který způsobuje dynamické rázy, neustálý kmitavý pohyb a nadzvedávání neupevněných částí. I tento jev bývá zdrojem vzniku netěsností. Voda, která se případně na porušené střešní konstrukci nahromadí, pak působí velmi negativně z hlediska trvanlivosti střešního pláště (degradace souvrství, zatékání). Pokud proteče spárami mezi izolačními dílci pod nenasákavou tepelně izolační vrstvu až na hydroizolaci má navíc nízkou teplotu. Tím dojde ke snížení teploty hydroizolace, což může způsobit kondenzaci vodní páry uvnitř střešního pláště pod hydroizolací. V extrémních případech může zatékající voda také přetížit nosnou konstrukci střešního pláště. Plné znění článku naleznete na wwww.udrzbapodniku.cz.


Společnost itelligence je dodavatel podnikových řešení pro správu majetku a podporu řízení údržby na platformách IBM Maximo a SAP Primárně poskytujeme implementační služby v následujících oblastech: Řešení podnikového systému SAP ERP Řešení na bázi SAP pro utilitní společnosti SAP IS-U Řešení na bázi SAP pro zdravotnictví SAP IS-H Manažerské informační systémy (Business Itelligence) SAP Business Objects Integrace a správa dat na bázi SAP Netweaver

EMC Documentum (správa a řízení dokumentů, workflow, archivace, řízení obsahu webu,…) IBM Maximo Asset Management (Správa majetku a řízení výroby) Primavera (systém pro projektové řízení) Řízení projektů Marktime (podpora řízení zdrojů) HelpDesk (aplikační a systémová podpora zákazníků) Vývoj a provoz rozsáhlých webových služeb

Hlinky 505/118 603 00 Brno Tel.: +420 543 211 723 Fax: +420 543 212 348

www.verticalimages.cz

výškové inspekce pomocí dronů letecké mapování, letecké fotografie a video prodej a výroba dronů, školení pilotů

V ČESKÉ PRAXI 1 ROČNÍK XXV TD2 Projevy nesouososti strojních zařízení. TD5 Kvalitativní termografie při zobrazování plynů

Recommend Documents