Technisch onderhoud met thermografie Infraroodmetingen toevoegen aan het onderhoudsproces binnen industriële bedrijven Inleiding In vele industriële bedrijven vindt thermografie al zijn weg naar het onderhoudsproces. Toch is niet iedereen bekend met de voordelen die deze techniek met zich mee brengt en hoe men het goed kan toepassen in de standaard onderhoudsprocessen. Het gebrek aan wetgeving en richtlijnen in Nederland, maakt het er niet eenvoudiger op. De eerste stap is echter met de Nederlandse Praktijk Richtlijn 8040:1 gezet. Deze richtlijn richt zich vooral op de inspectiemethodiek, interpretatie van meetwaarden en warmtebeelden en de afwikkeling van geconstateerde fouten. Er is in deze richtlijn nauwelijks tot geen aandacht voor de beperkingen en valkuilen van infraroodtechniek. Daarnaast is de implementatie van thermografie in bedrijfsprocessen een kritische aangelegenheid, waarbij gekeken dient te worden naar kennis en opleiding, toepassingsgebieden (elektrisch, mechanisch, etc.), uitvoering, rapportage en de functionaliteit van meetinstrumenten. In Duitsland is men veel verder op het gebied van wetgevingen en richtlijnen voor wat betreft thermografie. De inhoud van deze paper zal bovenstaande onderwerpen nader toelichten op basis van informatie die verworven is uit Duitse richtlijnen. 1
1. Introductie In de industriële sector wordt het steeds belangrijker dat de bestaande technische installaties en productie faciliteiten zorgeloos gebruikt kunnen worden. Operationele onderbrekingen door bijvoorbeeld defecten of thermische overbelasting bij elektrische installaties zijn catastrofaal. Zij brengen de beschikbaarheid van de productie faciliteiten in gevaar en daarmee de mogelijkheid om de geprognotiseerde productieaantallen te halen. Hierdoor kunnen afspraken met klanten over levertijd of kwaliteit in het geding komen, met alle gevolgen van dien. De kosten die volgen uit een operationele onderbreking kunnen gigantisch zijn. Contracten met klanten kunnen niet nageleefd worden en de extra kosten die hieruit voortvloeien zullen niet geheel door verzekeraars gedekt worden. Dat leidt uiteindelijk niet alleen tot financiële kosten, maar ook tot het verlies van klanten en imago. Verzekeraars vragen daarom steeds vaak naar gedegen thermografische inspecties van technische installaties en systemen als onderdeel van de onderhoudsprocedure. In bijvoorbeeld de agrarische sector is dit reeds een vereiste van verzekeraars. Het doel van onderhoud is de garantie van installatie- en systeembeschikbaarheid op middel- en lange termijn. Met het inplannen van efficiënte onderhoudsmomenten, wordt de waarde van de productie faciliteiten gewaarborgd. Om aan de steeds strengere eisen te voldoen, dienen de onderhoudstechnici afwijkingen van normale condities vroegtijdig te herkennen. De oppervlakte temperatuur is een essentiële indicator voor de evaluatie van de toestand, functioneren en levensduur van technische systemen. Met thermografie worden oppervlakte temperaturen contactloos en grafisch weergegeven. Hiermee kunnen mechanische wrijving en elektrische weerstanden in productie installaties veilig en snel in kaart worden gebracht. Met deze warmtebeelden is het eenvoudig om de voor- en na situatie te vergelijken en indien nodig te documenteren. Daarnaast kan de installatie gecontroleerd worden op maximaal toelaatbare temperaturen. Op basis van deze meetresultaten is het mogelijk om maatregelen te treffen om de installaties weer terug naar normale staat te brengen. Het is daarom noodzaak om goede kennis te hebben van de werking en toestand van de te inspecteren installatie om zodoende de juiste interpretaties te kunnen doen. In periodiek onderhoud kan thermografie in de procedure opgenomen worden. Daarnaast kan het gebruikt worden als inspectiemiddel om een onderhoud strategie te ontwikkelen en als 2
richtlijn wanneer het aankomt op planning en beslissen welke onderhoudsmethode ingezet moet worden. Het dient al hulpmiddel om de thermische toestand van een object te documenteren en evalueren en de afwijkingen van de normale toestand te rapporteren. Daarnaast wordt thermografie ook gebruikt om zwakke en mogelijke risicovolle plekken te identificeren tijdens in bedrijfstelling van nieuwe installaties. 3
2. Implementatie van thermografie in het onderhoudsproces Thermografie kan niet zomaar in ieder bedrijf toegepast worden als onderhoudsmethodiek. Verschillende onderhoudsstrategieën evenals de juiste machines en installaties creëren verschillende mogelijkheden. Dit betekent dat het bedrijf ieder toepassingsgebied grondig dient te bestuderen of thermografie past als onderhoudsmethodiek. Het flowdiagram in figuur 1 laat zien hoe dit proces er uit kan zien. Start Management van meetmethodes in onderhoud Onderhoudsstrategie Toepassingsgebieden selecteren Nee Meetmethode Thermografie? Ja CONCEPT Kostenevaluatie voor implementatie van thermografie methodiek Thermografie outsourcen? Ja Operationele implementatie Nee Interne uitvoering Bepalen van de vereisten voor het infrarood meetinstrument Bieden van training en opleiding van personeel Einde 4
2.1 Implementatiekosten voor thermografische meetmethode Bij het uitvoeren van thermografie als meetmethodiek in het onderhoudsproces, dient rekening gehouden te worden met bepaalde kosten. Deze kosten zullen uit het budget komen die is toegewezen aan de afdeling onderhoud. Bij het in eigen beheer nemen van de thermogafische metingen, kunnen de volgende kosten gemaakt worden: Opleiding, kwalificatie en continue training van personeel Investering in materiaal (meetinstrument en benodigde hulpmiddelen bijv. thermometers, anemometers, vochtmeters) Continue monitoring van meetonnauwkeurigheden (normale temperatuur) en kalibratie. Personeelskosten voor de voorbereiding/uitvoering/analyse van de thermografische metingen De thermografische metingen kunnen door middel van outsourcing uiteraard ook in het onderhoudsproces opgenomen worden. Echter dient er rekening gehouden te worden met de volgende kosten: Selecteren en contracteren van een gekwalificeerd bedrijf Voorbereiden van het thermografisch onderzoek Begeleiden van de dienstverlener door onderhoudspersoneel die de installaties kent Evalueren van de resultaten met de dienstverlener en intern analyseren 2.2 Thermografie in de onderhoudsplanning Om ervoor te zorgen dat thermografie tot het uiterste wordt ingezet, moeten de volgende punten in overweging genomen worden: Bepalen van de te onderzoeken installaties en objecten Bepalen van de meetcondities en doelwaarden (bijv. maximaal toelaatbare temperaturen, belastingsgraad, afstand) Bepalen van het meetinterval Bepalen van de te nemen maatregelen in het kader van voorbereiding (bijv. verwijderen van objecten die het vrije zicht belemmeren) Selecteren en bepalen van de te gebruiken instrumentatie (infrarood meetinstrumenten en indien noodzakelijk additionele meters om de toestand van het te inspecteren object te bepalen) Bepalen van de veiligheidsmaatregelen 5
Vergelijkbare operationele parameters, zoals belastingsgraad en temperaturen opslaan Bepalen hoe de resultaten worden gedocumenteerd 2.3 De onderhoudsmonteur als meettechnicus Indien de onderhoudsmonteur aangewezen wordt als de meettechnicus voor infraroodmetingen, dan dient rekening gehouden te worden met voldoende kwalificaties en grote kennis over wetgevingen, zoals bijvoorbeeld de norm NEN1010. Dat betekent dat de onderhoudsmonteur voldoende geschoold moet worden door middel van professionele training, opleiding en continue ervaring op het gebied van infraroodmetingen. Het outsourcen van thermografische metingen is alleen interessant wanneer infraroodmetingen incidenteel voorkomen of indien er te weinig installaties aanwezig zijn die geschikt zijn voor infraroodmetingen. Daarnaast weet de externe dienstverlener weinig over de processen die in het bedrijf aanwezig zijn en heeft daardoor altijd begeleiding nodig van een personeelslid/onderhoudsmonteur. De voor- en nadelen van outsourcen en in eigen beheer houden van thermografie. Voordelen Eigen personeel Gespecialiseerde kennis in-house Het is mogelijk om op korte termijn de status van installaties en objecten te verkrijgen Externe dienstverlener Directe beschikking over specialistische kennis Inhuren alleen wanneer nodig Nadelen Potentiële synergiën tussen verschillende toepassingsgebieden mogelijk (bijv. kwaliteitsborging, productie monitoring) volledige benutting van technologie/personeel Gespecialiseerde kennis moet opgedaan worden (opleiding/training) risico s ivm leerproces Geen 100% bezetting indien er te weinig geschikte installaties aanwezig zijn om te inspecteren Ervaring van andere bedrijven/thermografie projecten synergie effecten Kosten voor het inhuren van een externe dienstverlener (vaak erg kostbaar) Professionele en kwalitatieve onafhankelijkheid van de dienstverlener (in het kader van vertrouwelijke informatie) Ivestering in meetinstrumenten en technologie Onderhoudskosten voor meetinstrumenten (kalibratie en reparatie) De thermograaf dient begeleid te worden door een onderhoudsmonteur die de installaties en processen kent 6
2.4 Applicaties en toepassingsgebied kiezen Overal waar temperatuur een belangrijke rol speelt voor de toestand van een object of installatie, kan thermografie toegepast worden. Een goede keuze van de applicatie of toepassingsgebied kan dan ook op basis van een aantal aspecten gemaakt worden. De onderhoudshistorie is er daar één van. Wanneer een installatie of object in het verleden veel storingen en defecten heeft gekend, dan leent deze zich prima voor de thermografische inspectie. Tevens kan er gekeken worden naar waar de productie efficiëntie niet gehaald wordt. Als er installaties zijn die niet optimaal presteren, dan kunnen deze ook opgenomen worden in de inspectie. Daarnaast is bij inbedrijfstelling of na reparatie thermografie prima te gebruiken als referentiemiddel. Door het meten van de 0-situatie is er voor volgende metingen altijd een goed vergelijk. Voorbeelden van applicaties: Stroomverdelers van alle voltage niveaus Complexe aggregaten zoals machines, robots, industriële ovens Pijpleidingen, tanks en containers voor vloeistof en gassen (dichtheid/lekkages, wandafzetting, verstoppingen, vulstanden, etc.) Pompen Turbines Filters Condenspotten Assemblage groepen zoals motoren, tandwielkasten, koppelingen, lagers, kleppen 7
3. Operationele procedure Start Bepalen en opslaan van meetcondities en doelwaarden in de toepassingsgebieden Voorbereiden van de meting Kiezen van de infraroodmethodiek en, indien nodig, additionele meetinstrumenten Implementeren van de meting Bepalen van de actuele waarden Afwijking van doelwaarde? Nee Ja Kritieke afwijking van doelwaarde? Nee Ja Implementeren en realiseren van de onderhoudsmaatregel Controle. Extra maatregelen nodig? Nee Ja Documentatie Einde 8
3.1 Bepalen van de doelwaarden en meetcondities Het opslaan van gegevens van operationele karakteristieken en thermische doelwaarden helpt bij de analyse en beoordeling van de gemeten temperaturen na de meting. Voor alle installaties en objecten dienen doelwaarden vastgesteld te worden. De volgende manieren horen tot de mogelijkheid: Vergelijken van identieke componenten onder dezelfde condities Absolute metingen op installaties in normale toestand (nominale belasting) als referentie Bepalen van referentie waarden na de inbedrijfstelling of goedkeuring van een installatie Vergelijk gebaseerd op externe informatie (bijv. NPR 8040:1) Fabriek specificaties: Voor de levering van installaties en objecten dienen doelwaarden verzameld te worden voor de uitvoering van thermografische inspecties (bijv. maximaal toelaatbare temperaturen componenten onder gespecificeerde operationele- en omgevingscondities) Eigen ervaring Door middel van testreeksen Toepassen van individueel ontworpen meetmethodes Door middel van berekeningen Maximum toelaatbare thermische belasting van materialen of maximum temperatuur voordat materiaaleigenschappen veranderingen en daardoor risico vormen voor brand of schade van het object of installatie 3.2 Voorbereiden en implementeren van de meting De volgende punten zijn noodzakelijk om een gekwalificeerde meting uit te kunnen voeren: Voorzien van informatie (omschrijvingen, schema s, ontwerptekeningen, etc.) over het object, constructie, ontwerp en aansluitingen van de procestechniek van de te inspecteren installatie Bepalen van de invloeden van omgevingscondities rond het meetobject Voorzien van informatie over de meethistorie (inspectie rapporten, logboek, certificaten, etc.) Idealiter draaien de te inspecteren installaties normaal gedurende de thermografische inspectie Voor zover mogelijk dienen de te inspecteren elektrische installaties in thermisch evenwicht te zijn 9
Kalibratie controle van het meetinstrument (meetonnauwkeurigheid) 3.3 Meetfunctionaliteiten De warmtebeeldcamera dient in aantal functionaliteiten in huis te hebben om te kunnen voldoen aan een volwaardig thermografisch meetinstrument voor industrieel onderhoud. Een aantal van deze functionaliteiten zijn: Snel overzicht van temperaturen op een component (hotspot detectie) Meten van hoge temperaturen (staal, industriële ovens, glas, etc.) Meten van bewegende onderdelen (overbrengingen, motoren, ventilatoren, aandrijfriemen, transport systemen, etc.) Meten van kleine objecten (klemmen, bekabeling, etc.) Meten van grote afstand (hoogspanningslijnen, etc.) Spectrale metingen (gaslekkages (SF 6, H 2), door vlammen; folies, etc.) Meten van snelle temperatuurveranderingen (in- en uitschakelen) Periodieke metingen: observatie van veranderingen in thermische belasting (logboek o.i.d.) 3.4 Diagnose en beoordeling Om kwalitatieve resultaten te garanderen dient er voldoende tijd gereserveerd te worden. Afhankelijk van de bevindingen op locatie, is er meer tijd vereist voor de uitvoering van de meting. Daarnaast dienen alle actuele waarden, evenals de randvoorwaarden opgeslagen te worden voor analyse. Omdat de doelwaarden bekend zijn, kan direct op de meetlocatie de eerste beoordeling plaatsvinden. De vergelijking van de gewenste waarden en de actuele waarden, met inachtneming van de randvoorwaarden, is de basis van iedere beoordeling. Er dient een controle plaats te vinden of de doelwaarden en actuele waarden overeenkomen om zodoende te zien of specifieke toleranties worden overschreden. Als dit het geval is, dienen maatregelen voor het verhelpen van de fout voorgesteld of verplicht gesteld. Dit kan beoordeeld worden aan de hand van een foutclassificering zoals vermeld in de NPR 8040:1. Aan de hand van de foutclassificering worden onderhoudsmaatregelen uitgevoerd, waarna de installatie thermografisch gecontroleerd wordt om te zien of de maatregel succesvol is. 10
3.5 Documenteren, rapporteren en herhalen De resultaten van de thermografische inspectie dienen te worden samengevat in een rapport. De afwijkingen en defecten worden weergegeven in een document die bepaalt en voorstelt welke maatregelen genomen dienen te worden. Het beste is om de afwijkingen en defecten op te slaan in een database om zodoende altijd te beschikken over vergelijkend materiaal voor toekomstige onderhoudsmaatregelen. Het rapport dient altijd voorzien te zijn van de volgende informatie: Klant Opdrachtgever Projectgegevens, bijv. rapport nummer, project nummer, etc. Project omschrijving en doel van de thermografische inspectie Toegepaste meetinstrumenten en toebehoren (producent, type meetinstrument, etc.) en technische gegevens (meetbereik, werkcondities van de meetinstrumenten, etc.) Kalibratie controle (meet onnauwkeurigheid) Warmtebeeld in kleur of zwart/wit, digitale foto van voldoende kwaliteit om bijv. schade te herkennen. Object parameters Randvoorwaarden Tijdstip voor volgende thermografische inspectie (aanbevolen) Maatregelen (afhankelijk van de resultaten) De frequentie van thermografische inspecties is voornamelijk gebaseerd op de toestand en kwaliteit, het gebruik, de klimaatomstandigheden, de omgevingscondities en ander factoren van en rond de installatie. Voor meer informatie over inspectie cycli raadpleeg de norm NEN 3140. 11
4. Samenvatting Het doel van onderhoud aan technische installaties is het garanderen van systeembeschikbaarheid en de waarde van deze installaties te waarborgen. Onvoldoende onderhoud leidt immers tot onverwachte productiestilstand, slechte kwaliteit, contractbreuken, efficiëntie verlaging en daardoor hoge kosten. Thermografie draagt bij aan het technisch onderhoud door vroegtijdig afwijkingen en defecten te constateren in periodiek onderhoud. Daarnaast is het tevens inzetbaar als inspectiemiddel en storingszoeker. Ieder bedrijf dient na te gaan of er voldoende installaties aanwezig zijn om zelf thermografie in het onderhoudsproces op te nemen. Het brengt opleiding- en investeringskosten met zich mee, maar daarmee is de kennis en kunde inhouse gewaarborgd en op ieder moment inzetbaar. Het alternatief is om de thermografische metingen te outsourcen, waarbij een externe partij onder begeleiding de inspecties uitvoert, maar daardoor niet per direct beschikbaar is. Met behulp van thermografie zijn onder andere de volgende installaties te onderhouden: Stroomverdelers van alle voltage niveaus Complexe aggregaten zoals machines, robots, industriële ovens Pijpleidingen, tanks en containers voor vloeistof en gassen (dichtheid/lekkages, wandafzetting, verstoppingen, vulstanden, etc.) Pompen Turbines Filters Assemblage groepen zoals motoren, tandwielkasten, koppelingen, lagers, kleppen, condenspotten Om met thermografie kwalitatieve beoordelingen te doen, dient de meting te voldoen aan alle randvoorwaarden. Hieronder vallen het inzetten van de juiste meetinstrumenten, op de hoogte zijn van de omgevingscondities en de gevolgen daarvan en natuurlijk informatie hebben over de meethistorie en de toestand van het te inspecteren object of installatie. Als aan alle randvoorwaarden wordt voldaan kunnen vergelijkbare metingen uitgevoerd worden. Zodoende worden warmtebeelden op een juiste manier geanalyseerd, geïnterpreteerd en in speciale rapportages goed gedocumenteerd. De werkzaamheden, inspectiefrequentie en methodieken worden onder andere nader toegelicht in de normen NEN 1010, NEN 3140, NEN 3840 en de richtlijn NPR 8040. 12