Тепловизионный мониторинг факельных труб для промышленных объектов

 Задача

Обеспечить непрерывный дистанционный контроль температурного состояния факельной трубы на производстве. Требуется инструмент, позволяющий дистанционно и непрерывно контролировать температурное состояние установки.

 Проблема

Традиционно контроль факельных установок выполняется визуально. Оператор может наблюдать форму факела, однако такой подход практически не позволяет оценить температурное состояние конструкции.

Контроль осложняется рядом факторов:

●     высота факельных труб может достигать 50–150 метров

●     температура пламени достигает сотен и тысяч градусов

●     доступ к оголовку трубы для осмотра крайне ограничен

●     агрессивная среда усложняет регулярные инспекции.

В результате эксплуатационные службы часто не получают объективных данных о состоянии конструкции. Между тем большинство аварийных процессов сопровождается изменением температурного режима.

Это может приводить к следующим последствиям:

●     перегрев металлоконструкций факельной трубы

●     разрушение футеровки и теплоизоляции

●     повреждение оголовка установки

●     нестабильное горение газа

●     выброс несгоревших продуктов.

Без инструментального мониторинга такие процессы нередко обнаруживаются уже на стадии развития аварийной ситуации.

 Решение

Эффективным способом контроля факельных установок является применение тепловизионных систем мониторинга.

Факельные установки - важная часть технологической инфраструктуры предприятий нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности. Они предназначены для безопасного сжигания избыточных и аварийных газов, возникающих в процессе работы технологических установок.

Работа факельной системы напрямую связана с промышленной безопасностью предприятия и экологическими показателями производства. При этом эксплуатационные службы должны контролировать не только стабильность факела, но и температурное состояние самой установки - металлоконструкций трубы, оголовка и защитных элементов.

Факельные трубы эксплуатируются в сложных условиях: высокая температура, интенсивное тепловое излучение, агрессивная среда и значительная высота сооружений.

Как это работает

Тепловизионная камера фиксирует инфракрасное излучение объектов и формирует температурное изображение зоны наблюдения. Оператор получает наглядную картину распределения тепловых нагрузок на поверхности конструкции и в области факела.

Камера устанавливается на безопасной дистанции от установки и ведет непрерывное наблюдение за объектом. В отличие от обычных видеокамер, тепловизор позволяет измерять температуру конструкций и фиксировать изменения теплового режима оборудования.

На изображении можно выявлять:

●     локальные зоны перегрева конструкции

●     изменения теплового рисунка оголовка

●     нарушения режима горения газа

●     температурные аномалии в зоне факела.

Даже небольшие отклонения становятся заметны на ранней стадии, что позволяет эксплуатационным службам оперативно реагировать на изменения состояния установки.

Применяемое оборудование

В качестве сенсора системы может использоваться промышленный тепловизор DIVITEC DT-G86T, предназначенный для дистанционного контроля температурных процессов на технологических объектах.

Устройство предназначено для измерения сверхвысоких температур, в сталелитейной, нефтехимической, угольной, цементной промышленности и других отраслях.

Для задач мониторинга факельных труб важны следующие характеристики:

●     неохлаждаемый детектор Uncooled VOx

●     тепловизионная матрица 640×512 обеспечивает детализированное изображение

●     размер пикселя 17 μм, позволяющий фиксировать небольшие отклонения

●     диапазон измерений -20°С ~ +2000°С

●     точное измерение температуры: 10 точек, 10 областей и 3 линии измерения, поддержка рисования областей измерения температуры неправильной формы

●     уникальный метод фокусировки по области

●     поддержка промышленных протоколов Modbus RTU/TCP для вывода данных о температуре.

Камера оснащается объективом, позволяющим уверенно наблюдать объект на дистанциях 80–250 метров (на примере реального применения), что соответствует типовым схемам размещения оборудования на факельных установках.

Поддержка сетевых протоколов и стандартных интерфейсов позволяет интегрировать камеру в существующую инфраструктуру предприятия - системы видеонаблюдения, диспетчерские центры и системы промышленного мониторинга.

Архитектура системы мониторинга

Система тепловизионного контроля представляет собой комплекс наблюдения и анализа температурных данных.

В ее состав входят:

●     тепловизионная камера, выполняющая дистанционное наблюдение за факельной установкой

●     канал передачи данных, обеспечивающий передачу видеопотока и температурных данных

●     рабочее место оператора, где отображается тепловизионное изображение

●     программное обеспечение, выполняющее анализ температурных зон и регистрацию тревожных событий.

Такая архитектура позволяет организовать постоянный инструментальный контроль факельной установки и формировать архив температурных данных для анализа работы оборудования.

Размещение системы

Камера устанавливается на стационарной опоре или технологической конструкции на безопасном расстоянии от факельной установки.

Типовая схема размещения предусматривает дистанцию до объекта 80–250 м, высоту установки 10–20 м и боковой угол наблюдения относительно оси трубы. Такое размещение позволяет контролировать верхнюю часть трубы и зону формирования факела, минимизируя влияние яркого пламени на точность измерения.

Контроль температурных зон

Для повышения эффективности мониторинга в системе настраиваются контрольные температурные области.

Как правило, контролируются следующие элементы конструкции: оголовок факельной трубы, верхняя часть металлоконструкций, зона выхода газа и периферийная область факела.

Для каждой зоны задаются пороговые значения температуры. При их превышении система автоматически формирует тревожное событие и передает сигнал оператору.

Какие аварии можно предотвратить

Тепловизионный мониторинг позволяет выявлять ряд опасных процессов на ранней стадии. К наиболее типичным относятся перегрев металлоконструкций, разрушение футеровки, повреждение оголовка факельной трубы и нарушения режима горения газа.

Температурные аномалии обычно появляются задолго до развития серьезных повреждений. Непрерывное наблюдение позволяет обнаружить такие изменения и принять меры до возникновения аварийной ситуации.

Результат внедрения

Внедрение тепловизионной системы обеспечивает предприятию инструмент постоянного дистанционного контроля факельной установки.

Система позволяет:

●     круглосуточно контролировать температурное состояние трубы

●     оперативно выявлять перегрев конструкций

●     отслеживать стабильность факела

●     снижать риск аварийных ситуаций.

Тепловизионный мониторинг обеспечивает эксплуатационные службы объективной информацией о состоянии факельной системы и позволяет выявлять опасные процессы задолго до развития аварии.

Сферы применения

Тепловизионный мониторинг факельных установок может применяться на различных объектах нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности, где используется факельное сжигание технологических газов. Система обеспечивает дистанционный контроль температурного состояния оборудования и позволяет повысить уровень промышленной безопасности на объектах с повышенными тепловыми нагрузками.

Наиболее востребовано решение на следующих объектах:

●     нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) - контроль работы факельных систем технологических установок

●     нефтехимические комплексы - мониторинг факельных установок на установках глубокой переработки углеводородов

●     газоперерабатывающие заводы - контроль факельных систем аварийного и технологического сжигания газа

●     химические предприятия - мониторинг установок утилизации технологических газов

●     объекты добычи нефти и газа - факельные установки на кустовых площадках и установках подготовки нефти.

Использование тепловизионного мониторинга на таких объектах позволяет повысить надежность работы факельных систем, снизить риск аварийных ситуаций и обеспечить объективный контроль температурных процессов на удаленных технологических установках.