Обследование магистрального газопровода  при помощи вертолетного тепловизионно-телевизионного комплекса ВТТК

 

Обследование магистрального газопровода  при помощи вертолетного газоанализатора  ТЛГ-01В в режиме сканирования 

Поиск утечек метана с борта вертолёта  в режиме сканирования (полоса обзора до 40м) 

Обследование  магистрального газопровода при  помощи автомобильного газоанализатора  ТЛГ-01А

 

2.1 Трассовый лазерный газоанализатор ТЛГ-01 вертолётного базирования и его технические характеристики

 

     В состав авиационного комплекса ТЛГ-01 , разработанного ООО «Спецгаздиагностика» совместно с ООО «Лагран» и  ФГУП «ЛИИ им. М.М. Громова», входит:

     1.оптико-механический  блок (ОМБ);

     2.электронный  модуль с коммутационными кабелями;

     3.GPS-система  и ТV-камера;

     4.блок  охлаждения лазеров.

     На  приборной стойке оператора размещены  источники электропитания, электронные  блоки, индустриальный ПК с монитором, GPS-приемник, видеомонитор.

     В ОМБ размещены лазерные излучатели, приемный телескоп и фотоприемник, сканирующее устройство, блоки импульсного  питания лазеров и TV-камера. Размер ОМБ 150´60´30 см. Размер приборной стойки 120´70´70 см. Масса приборной стойки - 70кг. Масса ОМБ - 40кг.

     Зондирующий лазерный луч с помощью приёмно-передающего  устройства выводится вертикально  вниз через люк внешней подвески вертолёта. При полёте над трассами газопроводов производится сканирование лазерным лучом поверхности земли  перпендикулярно направлению полёта. Ширина полосы обзора при высоте полёта~100м составляет~ 40м

     Управление  комплексом осуществляется оператором с клавиатуры ПК с помощью специальной  программы VERT.N2. В процессе полета на экране монитора ПК в реальном времени  отображается бегущая шумовая дорожка, среднее значение амплитуды которой  соответствует фоновой концентрации метана в атмосфере ~ 2 ррм.

 

     При пролете над облаком метана (область  утечки) на экране отображается всплеск  амплитуды (рис. 3),величина и длительность которой зависит как от высоты полёта и мощности утечки, так и  от направления и скорости ветра  в районе утечки. Синхронно с этим на мониторе от TV-прицела отображается видеоизображение участков местности, над которой происходит полет (в кабине пилота установлен аналогичный TV-монитор).

     По  команде оператора на мониторе ПК может отображаться карта местности  с отметкой о текущих координатах  вертолёта (маршрут вертолёта в  реальном времени). 

     Основные  технические характеристики ТЛГ-01 

 

     Методические  особенности применения комплекса вертолётного базирования при  поиске утечек метана на трассах ЛЧ МГ

     Независимо  от типа лазеров, применяемых в авиационных  трассовых газоанализаторах (локаторах  утечек) существуют общие требования к способам их применения, выполнение которых позволяет с достаточно высокой эффективностью обнаруживать утечки метана на различных объектах с борта вертолета.

     Учитывая  геометрические размеры облака метана (десятки метров), первый фактор, который  необходимо учитывать в этом случае - направление ветра у поверхности  земли в районе газопровода. В  зависимости от направления ветра (слева - направо, справа - налево или  вдоль газопровода) вертолет должен лететь справа, слева или непосредственно  над трубой. При отсутствии ветра, также целесообразно выполнять  полет вдоль трубы. Эти рекомендации относятся как к ТЛГ-01 (без включения  сканирования), так и к другим локаторам утечек метана.

     При наличии режима сканирования оптимальная  траектория полета – прямо над  трубой независимо от направления ветра. Схема проведения измерений с  комплексом ТЛГ-01 на борту вертолёта при работе в режиме сканирования приведена на рис.4.

     При наличии облака метана над трубой газопровода от утечки газа лазерный луч обязательно пересечёт облако при сканировании полосы шириной 40м при любом направлении ветра.

       Для эффективного обнаружения утечек метана на МГ и г/отводах необходимо также выполнять полет на оптимальной высоте. Эта высота зависит от энергетических характеристик применяемого лазера, чувствительности газоанализатора и отражательных характеристик подстилающей поверхности (посевы или др. растительность, пашня, вода, сухая или влажная погода и пр.). С учетом этих факторов, применительно к ТЛГ-01, при малых коэффициентах отражения оптимальные высоты полета составляют 70-80м, а при больших -~100м и скорости полета ~100 км\ч.

     При обнаружении утечки газа (превышение сигналов газоанализатора над уровнем  фона) фиксируются GPS-координаты места  утечки и совершаются дополнительно2-3 пролёта вертолёта над этим местом (желательно на высоте ~60м и скорости полёта ~60 км/час) с целью более эффективной оценки параметров утечки при послеполётной обработке результатов обследования.  

 

2.2 Тепловизоры

    Тепловизор, называемый также инфракрасной камерой, - это устройство для съемки изображений  в инфракрасном диапазоне волн. Чаще всего тепловизор используется в  качестве прибора ночного видения  или для получения температурного поля объекта. При помощи тепловизора  можно мгновенно измерить температуру  десятков тысяч точек объекта. Тепловизоры  являются измерительными приборами, поэтому  их иногда называют измерительными тепловизорами.

     Применение тепловизоров обусловлено  необходимостью поиска горячих (иногда - холодных) мест на температурном поле, наличие которых говорит о  нарушении нормального режима эксплуатации объекта или оборудования, опасных  дефектах, потерях энергии и т.д. Хороший тепловизор не только позволяет  локализовать эти "горячие точки", но и измерить их температуру. 

    Возможности тепловизоров и их характеристики

    Выше  приведен далеко не полный перечень возможных  сфер применения. Любой процесс, связанный  с измерением температуры, может  наблюдаться и фиксироваться  с помощью тепловизоров. Причем ИК-диагностика  не зависит от времени суток, климата  и погодных условий, следовательно, одинаково подходит для всех регионов страны и может проводиться фактически круглогодично и круглосуточно.

     Детектор тепловизора – сложный  прибор, создаваемый на основе новейших технологий и с применением редких и дорогих химических элементов. Основными потребительскими характеристиками детектора являются температурная  чувствительность, пространственное разрешение (до 640×512 пикселей) и частота кадров (от 9 Гц до 25 кГц). 
 

    Качество  оптики и угол зрения объектива обеспечивают детализацию объектов съемки в зависимости  от расстояния. Чаще всего используются объективы 2,5; 7; 12; 24 и 45°. Разумеется, важно  и то, где и какой компанией  произведена оптика.

    Здесь уместна аналогия со встроенными  камерами мобильных телефонов. Согласитесь, есть существенная разница между  изображением 120×120 и 640×480 пикселей, особенно при значительном удалении предмета съемки. Однако если ваша задача – снимать  термограммы объектов в пределах нескольких метров, то и разрешение 120×120 пикселей будет достаточным.

    Устройство  охлаждения также применяется не во всех случаях. Охлаждение детектора  необходимо для того, чтобы увеличить  температурную чувствительность у  полупроводниковых детекторов, уменьшить  уровень собственных шумов. В  отдельных моделях тепловизоров используется так называемый «холодильник Стирлинга» – миниатюрный компрессор, охлаждающий чувствительный элемент  до температуры жидкого азота, в  моделях с неохлаждаемой микроболометрической матрицей, работающих при комнатной  температуре, вопрос подавления шумов  решается другими средствами.

    Электронный блок обеспечивает обработку радиометрической информации, полученной от детектора, и ее представление в виде стандартных  телевизионных сигналов PAL, SECAM, NTSC и  цифровых 8-, 12-, 14- и 16-битных сигналов.

    Было  бы неправильным утверждать, что небольшие  по размеру и относительно недорогие  тепловизоры с небольшой разрешающей  способностью – менее качественные, чем их старшие собратья. Все зависит  от назначения приборов. Именно поэтому  ряд производителей выпускает серии  моделей, предназначенных для конкретных отраслей промышленности или сфер применения. Для задач строительства и  ремонта зданий вполне пригодны тепловизоры  с относительно небольшим разрешением  и температурной чувствительностью, в то время как инспекция промышленных объектов и оборудования, ЛЭП и  трансформаторов высокого напряжения, очевидно, требует использования  более профессионального оборудования.

    Тепловизоры и их применение

    В медицине ИК-термография выявляет опухоли  и воспалительные процессы, нарушения  кровообращения, травмы и даже анализирует  психические процессы.

    В криминалистике тепловизорами обнаруживают оружие, стреляные гильзы, трупы, тайники, определяют подлинность произведений искусства.

    На  станциях автосервиса без разборки двигателя определяются плохая работа клапанов и системы впрыска топлива, состояние охлаждающей и масляной систем (пробки в радиаторе, засоренные масляные каналы и т.д.), отсутствие смазки в подшипниках.

    А теперь данная методика инфракрасного  контроля с успехом применяется  в промышленности и строительстве.

    Перед тем как выйти из строя, все, что  использует или передает энергию, нагревается. Поэтому инфракрасная томография является эффективной технологией профилактического  технического обслуживания

    для быстрого, точного и безопасного (не надо ничего останавливать и  демонтировать) обнаружения проблем  до того, как произойдет отказ. Это  позволяет избежать дорогостоящих  затрат на ремонт. Поэтому термографы быстро окупаются.

    Например, на крупном сталелитейном заводе обнаружили повышение температуры  в одном из своих 69 кВ выключателей. Если бы проблему вовремя не устранили, завод понес бы убытки в размере  полутора миллионов рублей в час, а при полном отключении электроэнергии сумма увеличилась бы в пять раз.

    При новом строительстве тепловизоры  позволяют выявить дефекты стыка  панелей, различные трещины, обрыв  арматуры, утерянные трубы, ухудшение  теплоизоляционных свойств, участки  инфильтрации воды.