УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ КРИОГЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к криогенной технике и может быть использована при испытаниях и проверке качества изготовления и работы изоляции криогенных трубопроводов, резервуаров, сосудов, аппаратов и установок для транспортировки, хранения или производства жидких и газообразных сред, имеющих сверхнизкую температуру, в частности для оборудования со сжиженным природным газом (СПГ).
Известен источник информации US 2006220888 (A1), опубл. 05.10.2006, согласно которому устройство оснащено тепловизором для контроля и определения утечек сжиженных газов через теплоизоляционную систему криогенного оборудования. Работа данного устройства включает калибровку тепловизора, получение первичных тепловизионных изображений теплоизолированного криогенного оборудования, получение последующих изображений и сравнение их с первичными изображениями. При нахождении различий в первичных и последующих изображениях выдается сообщение в наличии утечек сжиженного газа. Однако данное устройство имеет существенный недостаток - на работу устройства влияет тепловое излучение окружающих криогенную установку объектов. Это ведет к возникновению ложных сообщений об утечках сжиженного газа через изоляционную систему.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является, выбранное как прототип, устройство известное из источника информации (Сайдаль Г.И., Копченко В.В. «Определение эффективности теплоизоляционных систем криогенного оборудования тепловизионным методом» // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - №3., с.21-23). Согласно данному источнику эффективность теплоизоляционных систем криогенного оборудования определяется тепловизором. При помощи тепловизора проводят испытания для криогенного оборудования, фиксируют снижение температуры внешней поверхности оборудования, определяют дефекты, при нахождении в оборудовании криогенной среды. Однако работа данной конструкции имеет существенные недостатки. В первую очередь это сильное влияние на процессы испытаний теплового излучения окружающих объектов.
Применение устройств, включающих в свой состав тепловизор, для определения дефектов в изоляции криогенном оборудовании является существенно более сложным, чем применение тепловизоров для визуализации нагретых и, тем более, горячих объектов. Это связано со следующими основными причинами:
- при регистрации температурного поля на внешней поверхности криогенного оборудования имеет место, что изучаемый объект находится в окружении предметов, средняя температура которых выше температуры изучаемого объекта. То есть, другими словами, исходя из инфракрасного восприятия, небольшой холодный объект находится в горячем окружении. Проблему усугубляет то, что тепловое излучение пропорционально температуре в 4-й степени. Поэтому инфракрасное излучение от окружающих предметов намного превышает излучение изучаемого объекта. Таким образом, объект находится в условиях сильного фонового инфракрасного излучения.
- практически все криогенное оборудование имеет металлический кожух. Для ряда изделий, таких как ожижители природного газа, металлический алюминиевый кожух не подвергается какой-либо последующей окраске и имеет высокие отражательные характеристики. Металлические неокрашенные поверхности в инфракрасных лучах ведут себя, как ведут зеркала в видимом свете, поэтому на проведение исследований сильно влияют тепловые отражения (блики, паразитные наводки, «зайчики») окружающих предметов.
- современные теплоизоляционные системы криогенного оборудования являются результатом совершенствования, которое осуществлялись в течение десятков лет. Поэтому криогенное оборудование в настоящее время обладает высокоэффективной теплоизоляцией, а перепад температуры между поверхностью кожуха и окружающей средой мал, что затрудняет его регистрацию тепловизионным методом.
Целью настоящей полезной модели является увеличение коэффициента излучения поверхности оборудования и уменьшение интенсивности фонового отраженного инфракрасного излучения и отраженных сигналов нагретых предметов, находящихся вблизи исследуемого криогенного оборудования.
Технический результат полезной модели заключается в повышении точности определения дефектов в изоляции криогенного оборудования.
Технический результат достигается тем, что устройство для испытаний теплоизоляции криогенного оборудования включает тепловизор и непрозрачный для инфракрасного излучения экран, также имеется периодически открываемый вентиль подачи сжатого воздуха в распылитель, что позволяет получить длительно сохраняющуюся на поверхности обследуемого изделия тонкую пленку воды. При этом распылитель и тепловизор расположены таким образом, что фиксация температурных полей на криогенном оборудовании осуществляется через водяную пленку на поверхности изделия. Устройство оснащается инфракрасным экраном, расположенным поперек объектива тепловизора.
Дополнительно в устройстве может находиться загрузочный люк для добавления в воду поверхностно-активных веществ или минерального красителя без связующего. В качестве инфракрасного экрана может эффективно использоваться алюминированная полиэтилентерефталатная пленка.
Распылитель создает мелкодисперсные струи смеси воздуха и мелких капель воды. Данная смесь периодически под давлением выбрасывается из распылителя в направлении обследуемого изделия и покрывает тонкой пленкой жидкой воды внешние металлические элементы криогенного оборудования. Периодичность опрыскивания изделия определяется сухостью окружающего воздуха, скоростью проведения тепловизионной съемки и требуемой чувствительностью определения дефектов в изоляции. Для повышения смачивания металлической поверхности в разбрызгиваемую воду допустимо добавлять ПАВ (поверхностно-активные вещества). Тонкая водяная пленка на металлической поверхности криогенного оборудования меняет коэффициент излучения поверхности с коэффициента излучения металла на коэффициент излучения воды, который близок к единице. При этом на поверхности металла достаточно пленки воды в доли миллиметра.
В отдельных случаях допустимо добавление в разбрызгиваемую воду минеральных красителей без связующего. Это ведет к нанесению на металлическую поверхность тонкого слоя минерального красителя. Порошкообразный слой минерального красителя после высыхания на поверхности металла криогенного оборудования также имеет коэффициент излучения, близкий к единице, что позволяет получать высокую точность определения дефектов в изоляции. Вместе с этим, тонкий слой красителя позволяет выполнить разовое опрыскивание оборудования, сделать выдержку для высушивания пленки красителя, и выполнять тепловизионные испытания в течение длительного времени, не ограничиваясь временем высыхания водяной пленки. Поскольку в местах криогенного оборудования, где в результате наличия дефекта или по другим причинам имеется дополнительный теплоприток, возможно опотевание, то сочетание порошковой пленки и опотевания ведет возникновению влажной порошковой пленки, которая имеет высококонтрастное отображение на тепловизионных термограммах, что повышает точность определения дефектов в изоляции криогенного оборудования. По окончании испытаний пленка минерального красителя смывается с поверхности криогенного оборудования, потому что минеральный краситель без связующего неустойчиво держится на поверхности металла, что ведет к ухудшению внешнего вида установки, также смытие минерального красителя необходимо, чтобы получить низкий коэффициент излучения поверхности, что улучшает теплоизоляционные свойства конструкции.
При этом следует отметить необходимость создания именно тонкой пленки воды на поверхности оборудования. Повышенное количество воды на криогенном оборудовании ведет к нарушению теплообмена на внешней поверхности изделий и к нарушению тепловизионной картинки.
Низкий коэффициент излучения металлической поверхности криогенного оборудования ведет к возникновению на тепловизионных термограммах сигналов отраженных объектов, находящихся вокруг испытываемого оборудования. Наличие тонкой водяной пленки на поверхности изделия значительно снижает отраженные сигналы. Дополнительным методом снижения отраженных сигналов является экранирование нагретых окружающих объектов. Поскольку внешняя поверхность криогенного оборудования имеет, как правило, температуру незначительно ниже температуры окружающей среды, то значительные искажения в термограммы криогенного оборудования вносит тепловое излучение работников-испытателей, находящихся у исследуемого изделия. В связи с этим, при проведении испытаний в помещении испытаний должно находиться минимальное количество сотрудников. Однако, по меньшей мере, один сотрудник должен находится у тепловизора и проводить съемку. Поскольку этот сотрудник находится прямо напротив изделия, то его тепловое излучение существенно влияет на тепловизионную картинку. Для устранения этого влияния предлагается устанавливать дополнительный экран для инфракрасного излучения, проходящий поперек объектива тепловизора. В этом случае достигается максимальное снижение отраженного сигнала теплового излучения сотрудника-испытателя, а органы управления тепловизором остаются в зоне, доступной сотруднику-испытателю. Высокоэффективным экраном при проведении испытаний криогенного оборудования является полиэтилентерефталатная алюминированная пленка.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:
1 - Криогенное оборудование, подлежащее обследованию. Оборудование, внешняя поверхность которого выполнена из неокрашенного металла.
2 - Распылитель. Распылитель содержит сопло для образования мелкодисперсной смеси воды и воздуха. В распылитель подается вода и сжатый воздух. Облако водно-воздушной смеси, образующееся на выходе из распылителя, создает тонкую водяную пленку воды на внешней поверхности криогенного изделия. Распылитель закреплен в устройстве для испытаний теплоизоляции таким образом, что в случае, если какие-то части оборудования окажутся без водяной пленки, его можно передвигать и распылять им мелкодисперсную смесь над этими частями оборудования.
3 - Линия поддачи сжатого воздуха для работы распылителя.
4 - Вентиль, предназначенный для создания периодической подачи сжатого воздуха в распылитель. Это позволяет иметь на криогенном оборудовании тонкую водяную пленку в течение всего обследования, исключая тем самым периоды полного высыхания пленки.
5 - Люк для загрузки поверхностно-активных веществ (ПАВ), минерального красителя.
6 - Смеситель, предназначенный для создания равномерной смеси воды с ПАВ и минеральным красителем.
7 - Экран, непрозрачный для инфракрасного излучения.
8 - Тепловизор - прибор для регистрации на поверхности криогенного оборудования поля радиационной температуры. Тепловизор содержит в качестве чувствительного элемента полупроводниковую матрицу с чувствительными для инфракрасного излучения пикселями.
9 - Объектив тепловизора, содержащий прозрачную для инфракрасного излучения систему линз, часть из которых для наводки на резкость и изменения фокусного расстояния подвижны. Экран 7 располагается поперек объектива тепловизора, экранируя тепловое излучение сотрудника-испытателя от обследуемого изделия, при этом оставляя доступ для сотрудника-испытателя к органам управления тепловизором.
Устройство работает следующим образом.
Криогенное оборудование 1, предназначенное для испытаний, располагают в закрытом помещении. Имеющие температуру выше температуры окружающей среды объекты, которые находятся вокруг криогенного оборудования 1, экранируют материалами, непрозрачными для инфракрасного излучения. Также выключают электрическое освещение и удаляют из помещения весь персонал, кроме выполняющих испытания. Допустимо проведение испытаний под открытым небом, однако в этом случае точность определения дефектов изоляции будет ниже. Криогенное оборудование, предназначенное для хранения криогенных сред, заполняют криопродуктами. Криогенное оборудование, в котором вырабатывается холод, включают на функционирование. Выдерживают промежуток времени, в течение которого криогенное оборудование захолодится, а температурные поля в оборудовании стабилизируются.
Рядом с криогенным оборудованием размещают тепловизор 8. Изображение на экране тепловизора должно иметь размер, необходимый для проведения испытаний. Должна быть выполнена наводка на резкость и другие процедуры, необходимые для проведения измерений и указанные в инструкции на тепловизор. Для устранения на обследуемом оборудовании 1 отраженных сигналов от теплового излучения сотрудника-испытателя, в зоне нахождения тепловизора 8 располагается непрозрачный для инфракрасного излучения экран 7. В экране 7 создается по размеру объектива 9 тепловизора отверстие. В этом отверстии размещается объектив 9 тепловизора 8. Смеситель 6 заполняется водой, далее проводится распыление мелкодисперсной водно-воздушной смеси на криогенное оборудование 1 для образования тонкой водяной пленки на поверхности оборудования. В случае, если на некоторые участки криогенного оборудования 1 водно-воздушная смесь попала в недостаточном количестве, необходимо изменить положение распылителя 2. В период, когда на оборудовании 1 находится водяная пленка, проводится съемка термограмм. Наличие на поверхности оборудования 1 пленки воды позволяет получить более высокую точность определения дефектов изоляционного слоя оборудовании. Если весь цикл термографирования до высыхания пленки не закончен, водяная пленка наносится несколько раз до получения необходимого набора термограмм. Для криогенного оборудования 1 малого размера допустило для нанесения водяной пленки использовать пульверизатор. В случае, если поверхность криогенного оборудования 1 недостаточно смачиваема водой, в смеситель добавляются ПАВ (поверхностно-активные вещества). Производится перемешивание смеси и на поверхность криогенного оборудования наносится пленка воды и ПАВ. Для дополнительного повышения точности определения дефектов в смеситель 6 через люк 5 добавляется минеральный краситель. Отсутствие в минеральном красителе связующего позволяет получить пленку на оборудовании из не скрепленных между собой и с поверхностью оборудования частиц. Такая пленка более легко удаляется с оборудования. Следует дождаться, когда пленка из частиц минерального красителя высохнет и далее провести термографическое обследование (сделать требуемый набор термограмм). После выполнения обследования пленка из частиц красителя смывается с поверхности криогенного оборудования.