Высотное обследование дымовых труб с использованием беспилотника

Целью обследования трубы является определение дефектов и повреждений, влияющих на дальнейшую безопасность ее эксплуатации, и выявление причины повреждений.

Обследования труб с целью определения технического состояния и остаточного ресурса труб разделяются на плановые и внеплановые. Плановые обследования труб проводятся через год после пуска в эксплуатацию и далее через 5 лет для всех типов труб. Внеплановые обследования выполняются в случаях, указанных в РД 03-610-03[i].

При проведении высотного обследования труб используется беспилотный комплекс мультироторного типа Геоскан 401 с полезной нагрузкой для съемки в видимом и инфракрасном диапазонах. Комплекс позволяет выполнить следующий объем работ:

• наружный осмотр всех конструктивных элементов трубы;
• тепловизионное обследование железобетонной и кирпичной трубы (при необходимости);
• определение крена (искривления) и осадки трубы при отсутствии соответствующих измерений;

Обследованию предшествуют осмотры наружной поверхности ствола трубы с ходовой лестницы, светофорных площадок, а также с подъемных приспособлений или конструкций рядом расположенных зданий и сооружений с использованием БПЛА. Визуальные наблюдения за состоянием элементов конструкций трубы с помощью БПЛА должны предшествовать подъему людей.

Рис. 1. Выполнение высотного обследования трубы с помощью беспилотного комплекса Геоскан 401

Полет комплекса выполняется в автономном режиме по заранее созданному полетному заданию с учетом параметров снимаемого объекта в ПО Geoscan Planner 2.0. Для обеспечения необходимого перекрытия между снимками, маршрут по которому полетит комплекс строится с учетом параметров камеры и объектива.

Для сьемки в видимом диапазоне используется двухосевой подвес с камерой Sony ILCE-7RM2 c объективом 85 мм. Для съемки в инфракрасном диапазоне используется двухосевой подвес с камерой Sony DSC-RX1 с объективом 35 мм, совмещенной с тепловизором FLIR Vue Pro 640.

Соответственно, если трубу необходимо снять в видимом и инфракрасном диапазонах, строится два полетных задания, с параметрами соответствующими установленной полезной нагрузке.

Рис. 2. Экран наземной станции управления Geoscan Planner 2.0

 В результате высотного обследования комплекс получает набор геопривязанных снимков в видимом и инфракрасном диапазонах. Полученные данные используются для создания детальной 3D-модели в системе координат снимаемого объекта. Для получения 3D-модели в инфракрасном диапазоне, используются снимки видимого диапазона, совмещаемые с данными тепловизора в момент фотограмметрической обработки в ПО Agisoft Metashape. Трехмерная модель и изображение сооружения в развернутом виде, отображающие информацию инфракрасного диапазона, создаются в цветной палитре «Цвета каления железа» (Iron).

Дальнейшая привязка фото-дефектов и повреждений осуществляется по азимуту и высотному положению относительно начальной точки в основании трубы в центре ходовой лестницы.

Данные с камеры Sony DSC-RX1

Данные с тепловизора FLIR Vue Pro 640

Рис. 3. Пример снимков, полученных при высотном обследовании дымовой трубы

При наружном обследовании ствола трубы выявляется состояние несущих конструкций: кирпичной кладки, бетона, плотность сцепления бетона с арматурой, наличие ее оголения и прогибов, наличие и ширина раскрытия вертикальных трещин, отслоения защитного слоя бетона, наличие и величина плохо уплотненных участков бетона, состояние конструкций, оценка степени коррозии металла, состояние антикоррозионных покрытий, целостность сварных швов, заклепочных и болтовых соединений, повреждений ходовых лестниц, состояние вантовых растяжек, узлов их крепления и другие дефекты, различаемые и оцениваемые визуально.

Все визуально определяемые дефекты могут быть нанесены на карту дефектов и повреждений дымовой трубы на этапе высотного обследования.

Дефекты могут быть классифицированы по следующим критериям:

1. По причине и времени: ошибки и просчеты при изысканиях и проектировании; ошибки и просчеты в процессе строительства.
2. По характеру: скрытые; явные.
3. По значимости: 1-й группы, угрожающие разрушением, ослабляющие конструкции и могущие привести к авариям; 2-й группы, не угрожающие целостности, но ослабляющие конструкции; 3-й группы, не приводящие к разрушению, но требующие дополнительных затрат в процессе эксплуатации.

Рис. 4. Условные обозначения карты дефектов и повреждений дымовой трубы

С целью получения своевременной информации о техническом состоянии дымовой железобетонной или кирпичной трубы в целом и имеющихся дефектах в ее конструкции в необходимых случаях (не реже одного раза в 5 лет) производится тепловизионное обследование.

Тепловизионное обследование необходимо проводить при:

• перегревах оболочки трубы относительно проектных величин, выявленных в ходе наружного обследования при помощи контактных приборов;
• протечках конденсата, намокании наружной поверхности дымовой трубы и ее обледенении в зимнее время;
• определении фактического состояния конструкции дымовой трубы (наличие проектных конструктивных элементов: теплоизоляции, прижимной кладки, ширины зазора и т.д.), при выявлении в ходе обследования в контрольных местах вскрытия футеровки, монтажных проемов, отбора проб из оболочки (на всю ее толщину);
• значительном охлаждении относительно расчетных величин в газоотводящем стволе дымовых газов;
• отсутствии эффекта в работе вентиляционной системы на трубах с противодавлением;
• проведении ремонтных работ по восстановлению или повышению теплозащитных свойств конструкции дымовой трубы.

В ходе диагностики дымовой трубы при помощи тепловизора могут быть выявлены скрытые (внутренние) дефекты, которые невозможно определить традиционным способом обследования с подвесной оснастки, такие, как локальное отсутствие тепловой изоляции между стволом и футеровкой, места засоренности вентилируемого канала и др. Поэтому термографирование дымовой трубы целесообразно проводить как начальный этап экспертизы промышленной безопасности дымовых труб.

Тепловизионную съемку не рекомендуется выполнять в солнечную погоду при температуре воздуха выше 5°, чтобы избежать влияния солнечных лучей на термограмму.

Рис.5. Фрагмент развертки 3D-модели дымовой трубы в видимом и инфракрасном диапазонах

Как видно на примере Рис. 5, в инфракрасном диапазоне на высоте 140 и 150 м видны теплопотери, что может свидетельствовать о скрытых дефектах, вызванных проблемами на внутренней поверхности трубы.

Для удобной навигации по 3D-модели трубы был разработан специальный модуль в ГИС Спутник, позволяющий просматривать модель в одном окне в 3-х форматах отображения, синхронизированных между собой:

• исходные снимки, соответствующие выбранному участку;
• чертеж-развертка с координатной сеткой;
• текстурированная 3D-модель трубы, привязанная к местности.

Данные можно комбинировать между собой и просматривать в одном окне слои видимого и инфракрасного диапазона.

Рис. 6. Окно программы ГИС Спутник с модулем просмотра дымовых труб

Для подготовки карты дефектов и повреждений дымовой трубы в программе есть функция обозначения участков с предполагаемыми дефектами на 3D-модели и указания их типа. Эта информация поможет специалисту, проводящему дефектоскопию, отметить в паспорте трубы все дефекты, требующие ремонта или повышенного контроля.

Рис. 7. Примеры указания дефектов на 3D-модели трубы

Подводя итоги, стоит отметить, что данный метод значительно дешевле использования вертолета для высотного обследования дымовых труб и позволяет выполнить работы по обследованию в короткие сроки.

Используемая литература:

1. Методические указания по обследованию дымовых и вентиляционных промышленных труб РД 03-610-0 Москва ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность» 2008 г., Ответственные разработчики: Б.А. Красных, А.И. Субботин, Н.Д. Богатов, Г.П. Зуев, B.C. Котельников, А.И. Перепелицын, А.А. Шаталов.
2. Руководство по эксплуатации дымовых и вентиляционных труб. Москва 1993 г. Руководство разработано Макеевским инженерно-строительным институтом. Разработчики: доктор технических наук, профессор А.П. Кричевекий, кандидат технических наук В.И. Корсун.

Автор статьи: инженер–фотограмметрист Радченко Е.С.

тел.: 8 800 333-84-77

info@geoscan.aero

www.geoscan.aero

[1] РД 03-610-03. Внеплановые обследования труб выполняются в случаях:

• при появлении сквозных разрушений внутренних газоотводящих стволов и их намокании со стороны межтрубного пространства;
• при разрушении кладки ствола на глубину более 15 % сечения стенки на участке более 1/8 периметра ствола;
• при выколах и отслоении защитного слоя бетона ствола с выгибом стержней вертикальной арматуры более 30 мм на участках более 1 м по окружности;
• при появлении сетки трещин с раскрытием более 5 мм и отслоении защитного слоя бетона на площади более 10 % отдельной секции бетонирования;
• при отклонении оси ствола железобетонной или кирпичной трубы от вертикали выше допустимого;
• после технологических аварий, связанных с воздействием импульсных нагрузок большой мощности (газовый «хлопок», значительное увеличение температуры отводимых газов и т.п.);
• при разрушении кирпичных оголовков;
• при частичном разрушении стен кирпичного или железобетонного ствола площадью более 1 м² и при падении разделительных стенок;
• при обвалах участков футеровок;
• при падении разделительных стенок;
• при систематическом намокании или обледенении наружной поверхности железобетонного ствола;
• при возникновении прогаров в стволах металлических труб;
• при решении о консервации;
• для определения необходимости реконструкции;
• при пуске трубы после расконсервации;
• при необходимости наличия заключения о состоянии сооружения для получения предприятием лицензии на эксплуатацию производств и объектов.