Obraz termowizyjny to w rzeczywistości mapa rozkładu temperatury na powierzchni badanego obiektu, która powstaje dzięki rejestracji kamerą termowizyjną energii promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez to urządzenie w paśmie podczerwieni. Kamera termowizyjna pozwala zobrazować w kolorze nawet niewielkie różnice temperatury kontrolowanego urządzenia. Tworzą one zróżnicowaną paletę barw widocznych dla oka ludzkiego, umożliwiając w ten sposób ich rozpoznanie ze znaczną precyzją, mimo że w rzeczywistości matryca kamery termowizyjnej rejestruje widmo podczerwone, a więc „kolory” niewidoczne dla ludzkiego oka.

Termowizja jest więc bardzo przydatna w badaniach mających na celu wykrycie źródeł nadmiernych strat ciepła, co ma bardzo istotne znaczenie dla uzyskania wysokiej efektywności energetycznej procesów produkcyjnych. Obejmuje to zarówno straty energii związane bezpośrednio z produkcją, jak i straty ciepła w budynkach przemysłowych, halach produkcyjnych i magazynowych, powodujące znaczący wzrost zapotrzebowania na energię do ogrzewania lub chłodzenia. Dotyczy to zwłaszcza mroźni przemysłowych i innych budynków o kontrolowanej temperaturze, a więc obiektów działających przy wyjątkowo dużej różnicy temperatury wewnętrznej i zewnętrznej.

Zastosowanie w przemyśle

Termowizja znalazła tak szerokie zastosowanie właśnie w przemyśle, gdyż oprócz jej podstawowego zastosowania, jakim jest ocena stanu izolacji termicznej budynków i hal, mamy także do czynienia z wieloma rodzajami urządzeń wydzielających ciepło jak sieci elektroenergetyczne, transformatory, różnego typu aparaty elektryczne, linie produkcyjne, najróżniejsze maszyny i urządzenia mechaniczne, instalacje pary technologicznej, sieci ciepłownicze, ogrzewane lub chłodzone zbiorniki itp.

Możliwości zastosowań i znaczenie termowizji w przemyśle najlepiej obrazuje popularne powiedzenie, że „w przyrodzie wszystko, co się ma zepsuć, najpierw staje się gorące”, co, jak można łatwo zauważyć, dotyczy również ludzi!

Wartość temperatury oraz jej przyrost względem otoczenia lub względem innych elementów pracujących w identycznych warunkach stanowi podstawowe kryterium oceny stanu technicznego urządzeń. W wielu wypadkach niekontrolowany wzrost temperatury w instalacji może prowadzić do groźnych uszkodzeń, a nawet pożaru. Dzięki dostatecznie wcześnie otrzymanej informacji o uszkodzeniach lub nieprawidłowościach możliwe jest szybkie usunięcie zauważonych usterek lub dokonanie napraw. Regularne kontrole pozwalają zapobiec nieprzewidzianym awariom i kosztownym przestojom, a niekiedy nawet chronić zdrowie i życie ludzkie.  Metoda termowizyjna jest tu szczególnie przydatna, gdyż jako metoda nieinwazyjna i „bezkontaktowa” umożliwia zdalną kontrolę urządzeń i instalacji oraz szybką lokalizację usterek bez konieczności wyłączania pracujących urządzeń.

Termowizja jest więc technologią służąca zarówno do wykrywania strat ciepła, jak i do przewidywania możliwych awarii urządzeń przed ich faktycznym wystąpieniem lub do ich wykrycia w początkowym stadium. Dzięki regularnym analizom obrazów termograficznych wybranych urządzeń możliwe jest prognozowanie prawdopodobnych awarii urządzeń. Już początkowe objawy prawdopodobnej awarii, a więc zatarcia łożyska, uszkodzenia warstwy izolacji lub korozji styków, powodują powstawanie nietypowych źródeł ciepła lub chłodu, które stopniowo się powiększają. Odpowiednio wczesne zauważenie tego rodzaju zmian pozwala na wyeliminowanie przyczyny szkodliwego zjawiska i tym samym zapobieżenie poważniejszym awariom.

Rys. 1. // Badanie termowizyjne kanałów spalinowych i instalacji odsiarczania spalin w elektrociepłowni ORLEN w Płocku

Termowizja w utrzymaniu ruchu

Z chwilą, gdy obrazy termowizyjne zaczęły cieszyć się popularnością jako narzędzie stosowane przy utrzymaniu ruchu w zakładach przemysłowych, kadra inżynierska zaczęła uświadamiać sobie, że termowizja może znaleźć również zastosowanie w innych dziedzinach. Może m.in. być wykorzystywana do celów serwisowych i bieżącego utrzymania ruchu, wspomaga również optymalizację kierowania procesami przemysłowymi. Mając szczegółową wiedzę o tym, jak w procesie produkcji zmieniają się krytyczne parametry temperaturowe, można stosować automatyczny dobór nastaw i parametrów pracy urządzeń przemysłowych w celu poprawy jakości produkcji i zwiększenia jej wydajności.

Interesującym przykładem takiego wykorzystania termowizji jest np. produkcja folii do opakowań. System skanowania termowizyjnego umożliwia operatorom procesu odpowiednie reagowanie i ustawienie właściwych temperatur materiału wsadowego. Po zauważeniu nadmiernego schładzania się krawędzi arkusza folii względem jego części środkowej (np. na skutek strat ciepła) operator ma możliwość zwiększenia temperatury masy polimerowej w odpowiednich rurach tłoczących. W ten sposób może na bieżąco wyrównywać poziom temperatur na całej szerokości arkusza folii.

Technikę termowizyjną wykorzystuje się także np. w procesie hartowania szkła, kiedy wymagane jest podgrzanie całej masy szklanej do jednakowej temperatury powyżej temperatury topnienia, a następnie jej gwałtowne schłodzenie dla spowodowania wewnętrznego udaru masy szklanej.

Rys. 2. // Rozkład temperatur w typowej wytwórni mas asfaltowych

Nie można wykluczyć, że kolejnym krokiem w rozwoju zastosowań termowizji w przemyśle będzie wyeliminowanie czynnika ludzkiego z całego procesu sterowania procesem produkcyjnym. Opracowane zostaną skuteczne algorytmy automatycznego sterowania i doboru właściwych nastaw urządzeń przemysłowych, tworząc nowy etap w procesach sterowania i przyczyniając się do zwiększenia niezawodności działania systemów automatycznego sterowania procesami przemysłowymi.

Miałem wielokrotnie okazję prowadzić badania termowizyjne w zakładach przemysłowych. Do najczęściej prowadzonych należą badania rozdzielni elektrycznych, mające na celu wykrycie zagrożeń związanych m.in. z korozją styków, obluzowaniem złącz, a także nadmiernym obciążeniem urządzeń lub znaczną asymetrią prądową w poszczególnych torach prądowych. Większość firm ubezpieczeniowych wymaga, aby takie badanie było wykonywane przez całkowicie niezależną firmę zewnętrzną nie rzadziej niż raz w roku.

Rys. 3. // Badanie jakości izolacji w instalacji chłodniczej dużej mroźni przemysłowej

Wśród wielu różnych badań termowizyjnych przeprowadzonych dla przemysłu warto wspomnieć m.in.:

• Badanie termowizyjne i pomiary szczelności mroźni przemysłowej w Kutnie o kubaturze 350 tys. m³ oraz mroźni w Nowym Dworze Maz. (190 tys. m³), pracujących w atmosferze wzbogaconej azotem w temperaturach -24°C. Głównym celem badania było wykrycie wad izolacji i nieszczelności na łączeniu płyt warstwowych, by ograniczyć straty gazu i utrzymania właściwego składu powietrza przez system inertyzacji.
• Pomiary szczelności wielkokubaturowego magazynu w Pabianicach o kubaturze ok. 95 tys. m³ oraz chłodni przemysłowej w Małopolu (186 tys. m³).
• Badania termowizyjne instalacji odsiarczania spalin w elektrociepłowni ORLEN w Płocku.
• Badanie stanu izolacji termicznej i lokalizowanie rozlewów w instalacjach pary technologicznej i kondensatu na terenie przepompowni rafinerii LOTOS w Gdańsku, w zakładach chemicznych w Sochaczewie, zakładach paszowych w Grodzisku Maz. i in. Głównym celem tych badań było wykrycie miejsc strat ciepła i zapobieżenie im poprzez naprawę bądź wymianę izolacji wadliwych fragmentów instalacji.
• Badanie izolacji termicznej linii technologicznej do ciągłego wypieku pieczywa w piekarni szwajcarskiej w Markach, której celem było wykrycie wad izolacji termicznej pieca piekarniczego, będących powodem znacznych straty ciepła i wyraźnego spadku efektywności energetycznej całej linii wypieku pieczywa. Z uwagi na bardzo wysokie temperatury w miejscach występowania wad izolacji cieplnej, zwłaszcza w sąsiedztwie palników, badanie wymagało zastosowania kamery termowizyjnej o większym zakresie pomiarowym, niż dysponują zwykłe kamery termowizyjne.
• Badania termowizyjne form odlewniczych służących do produkcji felg samochodowych ze stopów aluminium metodą niskociśnieniową, których temperatura ma istotny wpływ na jakość odlewów i późniejszy cykl ich obróbki. Nieodpowiednia temperatura może powodować niedokładne wypełnienie form, tworzenie się pęcherzy i jam usadowych oraz porowatość, wydłużenie się czasu cyklu produkcyjnego, nieprecyzyjność wymiarów odlewów, deformację lub przywieranie materiału do formy oraz problemy z wyjęciem odlewów z formy, a także przyspieszoną degradację form i wzrost jej zużycia. Kontrola temperatury form poprawia właściwości mechanicznych odlewów i redukuje ilości wadliwych odlewów początkowych oraz zwiększa możliwości produkcyjne pras i przedłuża żywotność form.
• Lokalizowanie nieszczelności w wodnej instalacji grzewczej dwupłaszczowego wielkokubaturowego zbiornika produktów chemicznych w zakładach w Kaniach k. Pruszkowa. Badanie miało na celu zlokalizowanie rejonu wycieku, jaki występował w warstwie izolacji w przestrzeni międzypłaszczowej, by ograniczyć rozmiar prac naprawczych wymagających demontażu zewnętrznego płaszcza zbiornika.

autor: Wojciech Derwiński – ukończył studia na Wydziale Elektroniki Politechniki Warszawskiej ze specjalnością aparatura kontrolno-pomiarowa.  Jest audytorem energetycznym i wykładowcą. Wieloletni doradca energetyczny, dysponuje rozległą wiedzą techniczną i dużym doświadczeniem w interpretacji wyników badań termograficznych. Właściciel Firmy TERMOCERT, która specjalizuje się w badaniach termowizyjnych rozdzielni elektrycznych, lokalizowaniu wycieków wody z instalacji ciśnieniowych, wykrywaniu nieszczelności w sieciach ciepłowniczych oraz innych zastosowaniach termowizji w przemyśle.