CC BY
24
ТЕРМОГРАФИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
В.К. КОЗЛОВ*, В.Н. ЕНЮШИН**
*Казанский государственный энергетический университет **Казанский государственный архитектурно-строительный университет
В статье приводятся результаты термографического исследования наружной поверхности водогрейных котлов типа ТВГ. Котлы сварные секционные предназначены для сжигания природного газа, вода нагревается в них до 433К.
Целью исследования явилось определение технического состояния котельного агрегата: выявление дефектов обмуровки и футеровки, режима работы подовых горелок по методикам, изложенным в [1, 2]. Для этого наружная поверхность стен котла была обследована инфракрасным пирометром, разработанным на кафедре теплотехники инженерной группой - Сагадеев В.И., Романов В.С., Енюшин В.Н. и др.
Создан универсальный инфракрасный пирометр - бесконтактный измеритель температуры БИТ [3]. Прибор может быть использован:
- в электроэнергетике (периодический контроль теплового состояния линий электропередач, подстанций, трансформаторов, электродвигателей, генераторов - что позволяет предупреждать возможные аварии, вызываемые перегревом и обгоранием контактных соединений);
- в теплоэнергетике (контроль теплоизоляции и герметичности трубопроводов - что обеспечивает нахождение мест утечки тёплой воды);
- в строительстве и ЖКХ (контроль качества теплоизоляции ограждающих конструкций, обнаружение утечек теплоты через оконные проемы, стыки и т.д.; обнаружение трещин, мест инфильтрации воздуха и воды и т.д.);
- при техническом обслуживании предприятий (контроль электрических цепей подстанций, трансформаторов, рубильников, паровых кранов, труб и т.д.; контроль износа теплоизоляции холодильников, теплогенераторов, печей, футеровки ковшей для разлива стали; измерение уровня жидкости в закрытых резервуарах и т.д);
- для неразрушающего контроля качества материалов и изделий (определение скрытых дефектов по аномалиям теплового поля).
Работать с пирометром достаточно комфортно: имеется прицел для наведения на цель. Отсчет измеряемой температуры производится по индикатору, встроенному в пирометрический преобразователь на лицевой панели. Собственно прибор состоит из двух блоков: пирометрического преобразователя и автономного блока питания.
На рис. 1 приведена оптическая схема БИТ. Излучение от исследуемого объекта 1 проходит по коллиматорной трубе к внеосевому параболическому зеркалу 7. Отразившись от зеркала, поток фокусируется на приемнике излучения
2. Модулятор 5 прерывает лучистый поток по определенному закону.
Модулятор является источником опорного излучения. Лопасти модулятора покрыты краской с коэффициентом излучательной способности 0,97. На
© В.К. Козлов, В.Н. Енюшин Проблемы энергетики, 2005, № 3-4
приемник излучения попеременно падают потоки излучения от
исследуемого объекта и лопасти В зависимости от объекта поток воспринимаемый может быть больше опорного потока,
модулятора. температуры излучения, приемником, или меньше
Рис.1. Оптическая схема бесконтактного измерителя
поэтому отклик приемника является условно либо
положительным, либо
отрицательным. Следовательно, чтобы корректно регистрировать плотность потока
монохроматического излучения объекта, необходимо точно измерять температуру опорного источника излучения. Температура объема полости, где вращаются лопасти модулятора, контролируется биметаллическим термометром. Шкала термометра выведена на боковую поверхность пирометра. Формирователь опорного сигнала 6, состоящий из фотодиода и светодиода, вырабатывает синхронизирующие импульсы управления работой усилителя. Вращение диска модулятора осуществляется электродвигателем 4. Спектральная селекция регистрирующего излучения определяется оптическими свойствами инфракрасного фильтра 3, использование которого диктуется необходимостью работы в так называемом «окне прозрачности» атмосферы.
Внеосевое параболическое зеркало имеет габаритные размеры 35х35 мм и юстируется с приемником излучения по точечному источнику излучения, располагаемому на расстоянии 30 м (именно на это расстояние настраивается система «прицеливания»).
Тарировка прибора осуществляется с помощью модели АЧТ. При натурных измерениях учитывается коэффициент излучательной способности исследуемой поверхности, которая для большинства материалов в данной спектральной области составляет 0,8-0,9. Кроме того, при измерениях следует, по возможности, ориентировать оптическую ось прибора по нормали к исследуемой поверхности.
В качестве приемника излучения применен пироэлектрический датчик МГ-32, имеющий диапазон спектральной чувствительности от 2 до 20 мкм, вольтовую чувствительность 6000 В/Вт, пороговую чувствительность
4 • 10-10 Вт/Гц 2 . Сигнал от приемника поступает на масштабный усилитель, состоящий из синхронного фильтра с усилителем, фазочувствительного выпрямителя с фильтром низких частот и усилителя формирования опорного сигнала. В качестве регистрирующего прибора использован гальванометр со средней точкой.
Основные технические характеристики прибора: спектральный диапазон, мкм 9,8-11,8
угловое поле зрения, угловые минуты 30
температурное разрешение (в диапазоне273 - 323 К), °С 0,2
диапазон измерения температур, К 268-423
- габаритные размеры:
пирометрического преобразователя, мм блока питания, мм
130х200х240
80х150х250
- масса:
пирометрического преобразователя, кг блока питания, кг
0,7
1,5
± 15; + 6
- питание, В
По результатам измерений [4] построены термограммы (рис.2 и рис.3). На рис.2 дано изображение поля температур, на рис.3 представлено объемное изображение поля температур. Было проведено 192 измерения (12 по оси Х и 16 по оси Г). Расстояние между точками замера составляло 200 мм. Как видно из рисунков, температурное поле резко неоднородно - на общем фоне 50 °С выделяется обширная область с температурой выше 60 °С, где обозначены пики температур, равные 70 °С и даже 78 °С. Следует отметить, что в области 60 °С находится точка с температурой 47 °С.
С целью выяснения причины неравномерности температурного поля обмуровки был остановлен котел и проведена визуальная внутренняя ревизия футеровки котла. Обследование показало, что поверхность футеровки при температуре, измеренной пирометром, 60 °С и выше имеет разрушения в виде эрозии: сколов и трещин, что утончает обмуровку. При температуре 70 °С разрушения гораздо существеннее, а в точке 78 °С из футеровки выпала часть кирпича, локально уменьшив тем самым толщину обмуровки. Понижение температуры до 47 °С связано со сквозной трещиной в обмуровке (отсутствие раствора между кирпичами и сколы). Воздух из помещения котельной подсасывается к дымовым газам, охлаждая при этом трещину и близлежащую поверхность обмуровки, что и фиксировал разработанный на кафедре пирометр.
10 II 12
Рис.2. Изображение поля температур боковой поверхности котла котла ТВГ-8
Рис. 3 Трехмерное изображение поля температур
Сравнительная оценка поля температур правой и левой стороны котла показывает, что правая сторона имеет более высокую температуру. Это связано, как подтвердили визуальные обследования, с режимом горения подовых горелок: подовая горелка с левой стороны работала в нерасчетном режиме. Отверстия для подачи газа функционировали в начале горелки (с фронта), задняя сторона горелки не работала (были забиты отверстия).
Summary
In this paper the results of the thermographical research of external surface of waterheating “TBr” type boilers. These boilers are welded sections, intended for burning of the natural gas, water being heated in them till 433K.
Литература
1. ГОСТ 26629-85. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций.
2. В. П. Вавилов. Тепловые методы неразрушающего контроля: Справочник. -
М.: Машиностроение, 1991. - 240 с.
3. Бесконтактный измеритель температуры БИТ-1: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Казань, 1990. - 36 с.
4. В. Н. Енюшин, А. Е. Ланцов, Г. М. Ахмерова, М. Л. Чавтур. Применение термографии для исследования наружной поверхности обмуровки теплогенерирующих устройств // Строительство и архитектура: Материалы Республиканской научной конференции. - Казань: КГАСА, 1996.- С. 194-198.
Поступила 10.03.2005
