CLDT wykorzystuje kilka systemów monitorowania. Podział dostępnych rozwiązań przedstawiono na Rysunku 1.
Rysunek 1. Podział wykorzystywanych przez CLDT systemów monitorowania
Dobór konkretnego systemu monitorowania lub ich kombinacji wymaga indywidualnego podejścia i szczegółowej charakterystyki danego zagadnienia. W zależności od możliwej dynamiki zmian możliwe jest stosowanie monitoringu ciągłego lub monitoringu okresowego.
Monitoring ciągły
Monitoring ciągły definiuje się jako długotrwały, liczony w miesiącach lub nawet latach, pomiar i rejestrację określonych parametrów. Ten rodzaj monitoringu jest wskazany do stosowania w najbardziej newralgicznych przypadkach, w których nagła zmiana jakiegoś czynnika może prowadzić do wystąpienia awarii.
Monitoring okresowy
Monitoring okresowy to z kolei zwiększona częstość wykonywania określonych badań i pomiarów. Standardowe badania diagnostyczne przeprowadza się zazwyczaj w okresie postojów remontowych lub podczas badań technicznych (tzw. inspekcji), które są realizowane, np. co kilka lat. Istnieją sytuacje, w których wskazane jest przeprowadzanie dodatkowych kontroli co kilka tygodni lub kilka miesięcy.
Monitorowanie z wykorzystaniem metody emisji akustycznej (AE)
Emisja akustyczna to metoda badawcza, która często znajduje zastosowanie do monitorowania stanu technicznego konstrukcji. Rozwój uszkodzeń i związane z nimi zjawiska, np. generacja, a następnie propagacja fal sprężystych, mogą być wykrywane przez czujniki piezoelektryczne. Istotną zaletą badań metodą emisji akustycznej jest fakt, iż czujniki rejestrują zdarzenia mające swoje źródło nie tylko w strefie montażu czujnika, ale i poza nią. Dzięki wykorzystaniu odpowiedniej liczby czujników możliwa jest dokładana lokalizacja miejsca generowania tych fal (miejsca uszkodzenia).
System do monitorowania z wykorzystaniem metody emisji akustycznej składa się z czujników AE, autonomicznego systemu pomiarowego wraz z komputerem przemysłowym, modułu do przesyłu danych oraz pozostałych elementów tj. przewody łączące, uchwyty montażowe, itp. Dostępne wyposażenie pozwala na prowadzenie pomiarów również w warunkach podwyższonej temperatury, a także w strefach zagrożenia wybuchem (dyrektywa ATEX). Układ pomiarowy może być dodatkowo wyposażony w mobilną stację pogodową, która pozwala na skorelowanie sygnałów emisji akustycznej z ewentualnymi zjawiskami pogodowymi. Przykład elementów systemu monitorowania wykorzystującego metodę emisji akustycznej przedstawiono na Rysunku 2.
Rysunek 2. a) Układ monitorujący z czujnikami emisji akustycznej zamontowanymi na jednym z urządzeń,
b) szafa z systemem pomiarowym
Podczas realizacji pomiarów przy monitoringu okresowym dane pomiarowe mogą być analizowane przez personel bezpośrednio w trakcie prowadzenia badania. Ciągłe badanie monitorujące wymaga użycia specjalistycznego oprogramowania, które pozwala na autonomiczne działanie systemu oraz przesył danych i ich późniejszą wizualizację przez ekspertów Centralnego Laboratorium Dozoru Technicznego. Przykładowe wyniki pomiarów przedstawiono na Rysunku 3.
Rysunek 3. Przykładowa wizualizacja danych pomiarowych z badań monitorujących
Monitorowanie z wykorzystaniem metody emisji akustycznej znajduje zastosowanie w następujących grupach urządzeń:
- zbiorniki magazynowe o osi pionowej (dna i płaszcze zbiorników),
- urządzenia ciśnieniowe (zbiorniki, reaktory, kolumny, rurociągi technologiczne itp.),
- inne konstrukcje np. mosty stalowe, zasuwy i zawory.
Pomiary drgań
Mówiąc o pomiarze drgań warto podkreślić, że pomiarom poddawane są drgania mechaniczne. Tak jak wspomniano wcześniej, działanie zbyt dużych drgań może oddziaływać niekorzystnie na urządzenia wirujące, obiekty znajdujące się w ich sąsiedztwie, czy też rurociągi. Monitoring drgań wykorzystywany przez CLDT realizowany jest za pomocą specjalnych czujników do pomiaru drgań lub szybkoklatkowej kamery wzmacniającej ruch i drgania.
Bezprzewodowe czujniki do pomiaru drgań
Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego posiada bezprzewodowe czujniki do pomiaru drgań i temperatury. Czujniki te są przystosowane do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Dopuszczalny zakres temperatury ich pracy wynosi od -55°C do 80°C. Czujniki te są stosowane do monitoringu ciągłego oraz okresowego. Dzięki pomiarom możliwe jest wskazanie newralgicznych elementów konstrukcji, które poddawane są działaniu drgań o najwyższej amplitudzie. Przykładowy czujnik drgań zamontowany na rurociągu i wyniki pomiarów przedstawiono na Rysunkach 4 i 5.
Rysunek 4. Czujnik drgań zainstalowany na rurociągu
Rysunek 5. Wartości maksymalnych amplitud drgań zarejestrowane za pomocą serii czujników
Szybkoklatkowa kamera wzmacniająca drgania
Szybkoklatkowa kamera to z kolei narzędzie wykorzystywane do monitoringu okresowego. Urządzenie to pozwala na nagrywanie i wzmacnianie ruchu, który nie jest widoczny gołym okiem. Każdy piksel na zarejestrowanym kamerą obrazie może pełnić rolę czujnika zdolnego do pomiaru drgań. Daje to możliwość mierzenia i kwantyfikowania ruchu dowolnych konstrukcji, które można sfilmować. Wykrywane są przemieszczenia na poziomie od 2,5 μm, które są następnie wzmacniane do poziomu rejestrowalnego dla człowieka. Oprogramowanie pozwala następnie na wyizolowanie oraz wyselekcjonowanie indywidualnych częstotliwości w zarejestrowanym i wzmocnionym obrazie ruchu.
Wyniki badań kamerą wzmacniającą drgania pozwalają na:
- pomiar podstawowych parametrów drgań: częstotliwość, prędkość,
- pomiar przemieszczeń maszyn wirujących, rurociągów, itp.,
- identyfikację częstotliwości wpływającej na drgania całych konstrukcji,
- identyfikację źródła wibracji w większym systemie pracujących obok siebie urządzeń oraz przyczyny ich rozprzestrzeniania,
- identyfikację miejsc, które należy zbadać lub monitorować,
- weryfikację prawidłowości mocowania rurociągów czy posadowienia maszyn.
Poglądowe zdjęcie wykonane w trakcie wykonywania pomiarów za pomocą kamery wzmacniającej drgania przedstawiono na Rysunku 6.
Rysunek 6. Badanie kamerą wzmacniającą ruch/drgania
Monitoring okresowy z wykorzystaniem dostępnych metod badań nieniszczących
Zgodnie z przyjętą definicją monitoringu okresowego, wszystkie dostępne metody badań nieniszczących mogą być stosowane jako badania monitorujące. Badania wizualne, badania penetracyjne i badania magnetyczno-proszkowe są przydatne w przypadku oceny uszkodzeń powierzchniowych.
Badania ultradźwiękowe i badania radiograficzne wykorzystywane są z kolei do oceny nieciągłości znajdujących się wewnątrz materiału.
Jednym z najczęściej występujących uszkodzeń materiałów są ubytki korozyjne. Jeżeli w danym komponencie rzeczywista grubość materiału jest bliska przekroczenia grubości obliczeniowej i szybkość korozji nie jest znana, to wskazane może być wykonywanie częstszych pomiarów grubości, w celu zapobiegnięcia wystąpieniu zbyt dużego ubytku grubości. Oprócz tradycyjnych punktowych pomiarów grubości, możliwe jest również wykorzystanie specjalnych czujników, które pozwalają na:
- odczyt pomiaru grubości przez personel w dowolnym momencie (rozwiązanie korzystne z uwagi na np. brak konieczności usuwania izolacji)
lub
- ciągły automatyczny transfer danych pomiarowych z zadaną częstością pomiaru (rozwiązanie zdecydowanie droższe, rekomendowane do najbardziej problematycznych przypadków).
Warto zaznaczyć, że dostępne metody monitorowania grubości mogą okazać się przydatne jedynie w przypadku wystąpienia korozji o charakterze ogólnym. W przypadku narażenia urządzenia na działanie korozji wżerowej, ten rodzaj pomiarów nie powinien być w ogóle stosowany.
Szczególnym rodzajem okresowych badań monitorujących są badania mikrostruktury metodą replik matrycowanych. Wykonywanie tego typu badań pozwala na śledzenie i analizowanie procesów degradacji zachodzących w materiale. Zmiany mikrostruktury materiału są szczególnie istotne w przypadku urządzeń pracujących w warunkach pełzania. Przykładowy model degradacji mikrostruktury stali ferrytyczno-perlitycznej powstałej w wyniku długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania przedstawiono na Rysunku 7.
Rysunek 7. Model degradacji struktury stali ferrytyczno-perlitycznej w wyniku pełzania. [1]
Regularne przeprowadzanie tego typu badań jest niezbędne w celu oceny trwałości eksploatacyjnej elementów pracujących w warunkach pełzania.
Monitorowanie wybranych parametrów eksploatacyjnych
Oprócz danych, które charakteryzują dany materiał lub całe urządzenie istotny jest również dostęp do parametrów procesów charakteryzujących przesyłane lub magazynowane medium. Optymalnie, dane te mogą być dostarczane przez przedstawiciela eksploatującego, np. dane z DCS. Jeżeli z pewnych przyczyn nie jest to możliwe lub wskazane, pracownicy CLDT posiadają własne czujniki do monitorowania parametrów eksploatacyjnych. Przykładem mogą być bezprzewodowe czujniki do pomiaru temperatury. Ich montaż odbywa się bezpośrednio na obiekcie. Czujniki spełniają wymagania dyrektywy ATEX a dopuszczalny zakres temperatury ich pracy wynosi od -55°C do 80°C.
Badanie wykonuje:
[1] Dobrzański J. „Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki”, Volume 3, 2011.
