Idag används vibrationsmätning i samband med provkörning av pumparna för att bättre kunna bedöma om pumpen har förutsättning att fungera under kravställdtid.
Detta utförs av driftpersonal i form av ronder men vid behov kan kompletterande
mätningar utföras av Ringhals ”vibrationsgrupp”. Denna grupp har till uppgift att utföra kompletterande mätningar och övervaka insamlade mätvärden i
vibrationsanalyssverktyget. Bilderna nedanför visar en ritning samt en verkligbild på punkterna där vibrationsmätningar görs, genom att man kopplar in mätinstrumentet i de röda punkterna.
Figur 6 Figur 7 Intern dokument: 1892424
18
Insamling av mätvärden vid vibrationsmätning möjliggör efterföljande analys som en underhållsingenjör nyttjar för att kunna fatta beslut om objektets driftklarhet och underhållsbehov. Fördelen med vibrationsmätning är möjligheten att upptäcka avvikelser i tidigt stadie för att i sin tur kunna genomföra proaktiva och planerbara åtgärder. Nackdelen med vibrationsmätning är behovet av kontinuerlig insamling av data för att möjliggöra trendning. Vilket är grunden till att kunna prediktera
underhållsbehovet som även medför ett relativt resurskrävande systematisk insamling av mätvärden. Ett mätinterval avgörs från objekt till objekt och därav ser dessa olika ut samt att flera parametrar avgör vilket interval som är lämpligast. Dock bör detta spegla objektets kritikalitet samt dess sannolikhet för fel.
I dagsläget används termografering mestadels inom det elektriska området främst inom ställverk, turbinsträng, transformatorer samt walkdowns. Vid ställverk kontrolleras avvikande temperaturer på komponenter och vid turbinsträng ses värmeutvecklingen på sköldrarna och på transformatorer kontrolleras olje temperaturen. Vid walksdowns kontrollerar man med värmekameran alla kablar och kabelväggar samt varma områden som ligger i närheten. Data samlas i form av rapporter för man i framtida bruk ska ha något att referera till ifall någon avvikelse i form av temperatur höjning skulle ske. Vad gällande termografering på mekaniska sidan så används metoden främst vid kontroll innan revisionsstart samt snabbkontroll runt anläggningen vid misstänkta
temperatursökningar. [13]
19 4.2 Provkörning
Vid normaldrift används inte sprinkelsystemet aktivt utan endast vid haveri i
reaktorinneslutningen där systemet ska klara av att vara i drift i 180 dagar sträck utan att behöva underhåll. I nuläget sker regelbunda provkörningar varje kvartal i kortare flöden i ungefär 5-10 minuter för att kontrollera att system är driftklart. Under provkörningstiden utförs även vibrationsmätningar kring bestämda punkter.
Figur 8 Figur 9
Källa: Intern dokument: 1892424
Ovanför visas bilder på hur det kan se ut efter provkörning av pumpflödet för sprinklingpump. I diagramet visas det tydligt att mätvärdena bör ligga inom det
godkända området och inte överstiga gränsen för omedelbaråtgärd. I figur A kan man se att mätvärdena inte överstiger åtgärdsnivå samt att mätningarna inte är spridda och ligger kring samma område. Medan i figur B kan man se att vissa mätvärdena ligger på gränsen alternativt utanför det godkända området. Men även att mätvärderna är utspritt jämfört med figur A. Skillnaden på dessa två pumpar kan bero på att pumpen i figur B utger ett högre pumpflöde än pumpen i figur A. Detta kan vara orsaken till att mätningnarna inte är lika jämt fördelade som i figur A. De mätvärdena som har hamnat utanför gränsen på åtgärdsnivån behöver inte betyda att det krävs omedelbar åtgärd då det ligger precis vid gränsen. Dock innebär det att man behöver ha uppsikt och
följa/analysera orsaken. Alternativt utföra en ny provkörning för att se ifall de avikande värderna var en slump eller om det faktiskt är en avikelse. Problemet är att dessa korta provkörningar inte ensamt kan säkerställa att systemet kommer att fungerar i 180 dagar sträck. Därför behövs en metod som kan prediktera möjliga avvikelser under drift och haverimiljö. [14]
20
21
5 Resultat
I följande avsnitt presenteras resultatet av genomförandet med avseende på termograferings bilder samt analys på hur avvikelser kan se ut på bild.
Syftet med genomförandet är att visuellt se hur bilderna i värmekameran fångar upp temperaturskillnaden samt värmefördelningen i de valda huvudkomponenterna (axelkopplingar, elmotor och pump). Då det är en dyr investering att införskaffa värmekameror för det mekaniska området behövdes underlag som kunde stärka användningen av värmekameror specifikt för system som efterliknar 322. Därav togs bilder med värmekameran FLIR T540 som i dagsläget endast används inom el-området.
Nedanför visas ett antal bilder som visar resultatet på hur det kan se ut när man använder termografering. Temperaturskalan som valts att använda ligger mellan 25–
60C.
Figur 10 Figur 11
Bilden ovanför visar en axelkoppling:
I figur 11 ser man tydligt att axelkopplingen täcks av någon form utav kåpa som fungerar både som värmeskydd och skydd ifall någon del av den roterande komponenten skulle åka av. I figur 10 ser man att med värmeskyddet på kan man inte få tydlig bild på
värmefördelningen utan det ser ”kallt” ut i form av lila färg då kåpan blockerar. Här kan man se att värmekameran inte fångar upp den verkliga värmefördelningen under kåpan, alltså behöver man kolla underifrån. För att göra detta effektivt kan en värmekamera fästas under kåpan så att tekniker slipper komma för när den roterande axeln, som kan vara en arbetsmiljörisk.
22
Figur 12 Figur 13
Figur 14 Figur 15
Bilderna ovanför visar axelkoppling & del av pump och motor:
Figur 13 och 15 är bilder på två likadana uppsättningar. Värmefördelningen på båda systemuppsättningarna var relativt lika, det man kan se är att det är som varmast kring änden av pumpen då man ser att det är en ljusare nyans av gul. Även här har
axelkopplingarna en form av värmeskydd som gör det svårt att se den exakta
värmefördelningen kring axeln. Även här stöter man på samma ”problem” som tidigare bild visar (figur 10) Där kåpan döljer den verkliga värmefördelningen.
23
Figur 16 Figur 17
Bilden ovanför visar undersida av axelkoppling:
I figur 17 visas en del av undersidan av kåpan där den roterande axelkopplingen är synlig. Det var svårare att få en bra bild och underhållsingenjörer fick böja sig under kåpan för att få en relativt bra bild. Detta bör undvikas eftersom det finns en stor säkerhetsrisk. Just därför bör det även här finnas en fast värmekamera.
Värmebilden i figur 16 visar värmefördelningen på en del av axelkopplingen. För att för att kunna tolka värmefördelningen på bästa sätt krävs en tydligare bild som har med hela ytan och inte bara en liten del.
Figur 18 Figur 19
Bilden ovanför visar motorn:
I figur 18 och 19 visas en närmre bild på elmotorer dess värmefördelning. Även här ser man att änden av motorn som är kopplad till axeln är varmast då det är där
värmebildning sker på grund av den roterande axeln.
24
Figur 20 Figur 21
Figur 22 Figur 23
Bilden ovanför visar två Pumpar:
I figur 21 och 23 visas två uppsättningar av likadana pumpar. I figur 21 finns en liten lapp som visar att det finns en avvikelse på pumpen specifikt den del som är kopplad till axelkopplingen. Vilket även visas i figur 20 då man kan se på det markerade området att temperaturen ligger på den högre delen av värmeskalan jämfört med figur 22 som inte har en avvikelselapp.
Dessa bilder stärker investeringsfrågan gällande ifall termografering kan visa avvikelser genom värmefördelningen. Då figur 20 har en avvikelse som tydligt visas genom en värmeutveckling.
25
Figur 24 Figur 25
Bilden ovanför Systemets valda huvudkomponenter:
Figur 25 visar en helhetsbild på den del av systemet vars komponenter valts att ha som fokus under arbetet. Figur 24 visar värmefördelningen i sin helhet. På värmebilden ser man tydligt att det är som mest varmt vid axelkopplingens ändar. Även här ser man att värmekameran fångar upp värmeutvecklingen som man på sikt kan följa som tekniker för att undvika potentiella avvikelser.
26
5.1
Exempel på avvikelser som kan visas med termografering
Figur 26
Figur 26 är en bild på ett elskåp där på vänster sida visas värmebilden som indikerar att under normaltillstånd ska SP 1 ska ligga kring 31.0 C och SP 2 kring 30.1 C.
Exempel på avvikelse 1:
Figur 27 visar en tydlig övertemperatur i SP 1 på 40.5 C, den förhöjda temperaturen har resulterat i värmespridning även i SP 2. Möjlig orsak till temperaturökning kan bero på dåligt dragen anslutning.
Figur 27
Exempel på avvikelse 2:
Denna bild visar en tydlig avvikelse på säkringen. Då i SP 1 är det en stor
temperaturökning på 49.6C medan SP 2 som inte påverkats av värmeökningen visar en normaltemperatur 25.3C. Möjlig orsak till denna avvikelse tros vara dålig bottenkontakt, dåligt dragen anslutning eller snedbelastning.
Figur 28
27
28
6 Slutsats
I följande avsnitt presenteras projektets slutsats som baserats utifrån resultat samt analys. I slutsatsen nämns även de hinder som stöts på under projektets gång samt har förbättringsförslag för rekommenderat fortsatt arbete framförts.
Målet med detta examensarbete var att undersöka ifall termografering är värt att
investera på för att ytterligare höja säkerheten för driftklarhetsverifiering. Alternativt se ifall det kan tillämpas tillsammans med andra mätmetoder som exempelvis
vibrationsmätning. Då projektet grundar sig i en ”vision” om att använda
termografering som en potentiell driftklarhetsverifierings verktyg. Har det behövts skalats ner då ämnet omfattar ett brett område med flertal riktlinjer och istället sätter detta projekt möjligheten till att vidareutveckla visionen.
Under projektets gång visade det sig att grundläggande mätdata gällande termografering saknades då det mest används inom elektiska området samt att termografering inom det mekaniska området inte används lika frekvent. Med det begränsade tidsspannet framtogs potentiella förbättringsförslag och sätt man kan använda termografering alternativ tillämpning vid användning av andra mätmetoder.
Utifrån resultatet av genomförandet har det visat sig att det både finns för- och
nackdelar gällande termografering. Fördelarna med användning av termografering är att man snabbt hittar temperaturökningar på kritiska områden som annars är svår åtkomliga vid vibrationsmätning. Exempelvis under axelkopplingens hölje då det är en roterande komponent. Det ger även en hint på potentiell avvikelse med hjälp av ”hot-spots” i form av kontroll av motorer (varma lager, kopplingar och växellådor) och för att påvisa läckage och kondensproblem i värme och ångsystem (se avsnitt 4.1). Nackdel med termografering i detta fall är att det inte finns förstudier som verifierar vad mindre temperaturskillnader innebär för både en enskild komponent samt hela systemet.
Kollar man på de värmebilder som togs under genomförandet ser man att temperaturen kring de markerade områdena skiljer sig några grader (se avsnitt 4, figur 12–15). Dock ger bristen på underlag en nackdel då man inte vet hur temperaturs skillnaden påverkar komponenten, det vill säga ifall det tyder på en potentiell avvikelse eller om det är normaltillstånd. För att kunna avgöra ifall temperaturskillnaden påverkar
komponenterna negativt. Krävs det att man testar systemet exempelvis iform av simuleringar där dessa komponenter utsätts för haverimiljö eller liknanden. För att på
29
så sätt få en bättre uppfattning om vilka gränser man ska sätta vid kontroll med värmekameran samt snabbare upptäcka avvikelser eller potentiella avvikelser.
Alltså kan temperatursavvikelserna baseras utifrån fakta och inte av erfarenhet som det görs nu, exempelvis inom el-området.
Utifrån faktainsamlingen tas slutsatsen att enbart använda termografering som en driftklarhetsverifierings metod inte är optimalt. Då det är en relativt ny metod inom det mekaniska området saknas en del underlag för att kunna rättfärdiga om det är en bra metod eller inte. Samt att nuvarande mätmetoder som exempelvis vibrationsmätning redan kan prediktera underhållsbehovet. På grund av detta anses termografering kunna användas i samband med vibrationsmätning som en komplettering vid svåråtkomliga områden samt vid de bestämda mätpunkterna (se avsnitt 3.10 figur 8)
6.1
Rekommenderat fortsatt arbete
Då termografering visat sig vara gynnsam inom det elektiska området som kontroll för att detektera avvikelser vid bland annat ställverk, transformatorer samt walkdowns (se avsnitt 3.10). Tyder det på möjligheten att implementera detta inom det mekaniska området och vara en gynnande investering för företaget. Ett utav projektets
förbättringsförslag är att man sätter upp ett system där man med jämna mellanrum utför termobesiktningar. Dels för att samla in underlag för framtida bruk för att jämföra och analysera olika mätvärden samt möjligheten att detektera potentiella avvikelser.
”Man upptäcker det man inte söker efter” det vill säga att man kan upptäcka fel i områden där man inte aktivt söker efter avvikelser.
Vid projekts gång skedde en diskussion med personal från Forsmarks kärnkraftverk om hur de använder sig utav termografering. Deras anläggning använder termografering i form av inspektion, för att hitta avvikelser i den lokala driftmiljö för utrustning vilket genomförs med hjälp av programmerings programmet Mathlab. Dessa undersökningar utförs på röranslutningar, komponenter och eventuella områden som kan läcka värme.
Operatörer mäter alla komponenter på turbinområdet med ett avstånd på 3 meter som anses ge tydliga mätdata. I dagsläget utförs detta var fjärde vecka då man matar in mätvärdena som tagits av värmekameror in i Mathlab som sedan visar felanmälan som output. Denna diskussion gav en idé/förbättringsförslag om möjligheten till att
vidareutveckla Forsmark metod. Genom att utföra regelbundna mätningar med
30
termografering i samband med mätdata från vibrationsmätare. Som sedan matas in i ett programmerings program som exempelvis Mathlab. Där programmet själv finner
samband mellan avvikelser för att prediktera underhållsbehov.
Forsmark metod brister i att de endast tittar på felanmälan som sker i nutid och inte använder den insamlade data på sikt. Vilket innebär att potentiella
temperatursavvikelser försummas. Forsmark har även inte kunnat sammanställa mätdata för trendning. Då de saknar en vettig rumsdatabas där värmebilder och liknande kan registreras samt omvandlas till siffror som sedan matas in Mathlab systemet. Ringhals ta vara på erfarenheter från Forsmark och tillämpa denna förbättring för att ligga i framkant.
För sprinkelsystem som system 322 kommer det behövas fler provkörningar. Eftersom i dagsläget sker provkörningar varje kvartal vilket inte bidrar till tillräckligt med
underlag. Samt att provkörningarna inte utförs genom hela flödet utan i mindre flöden och kortare tidsspann. Därav är ett förslag att termografering kan komma till
användning under provkörningarna för att ge en tydligare bild på värmefördelningen.
Genom att använda insamlade mätvärden som nämnts tidigare från liknade system blir det lättare att tolka värmebilder för att hitta potentiella avvikelser. Då sprinkelsystemet inte är aktivt utan endast är i drift vid haveri i reaktorinneslutningen kan man använda fasta temperatursensorer som är på plats kontinuerligt under 180 dagars spannet. Vilket även gör det möjligt för underhållstekniker att följa värmeutvecklingen och ingripa i god tid om det skulle behövas. Som tidigare nämnts kan exempelvis
programmeringsverktyget Mathlab användas för att prediktera avvikelser. Tillsammans med de underlag som samlas från de korta provkörningar som utförs i normala
förhållanden kan mer underlag fås för framtida bruk.
Att tillämpa och utveckla användningen av termografering kommer att vara kostsamt.
Eftersom värmekameror med bra kvalitet är dyra samt att det kommer att krävas utbildning för personal om hur värmebilderna ska tolkas. Operatörer kommer även att behöva ta till sig mer ansvar genom att utföra ronder och samla underlag i form av trender. Om Ringhals vill utveckla Forsmarks nuvarande metod kommer det även att krävas resurser i form av kompetent personal. Eftersom det handlar om att utforma ett avancerat program som kan tolka och analysera data från olika mätvärden och finna samband mellan dessa. Trots att det kan bli kostsamt har termografering stor
31
utvecklingsmöjlighet. Där man i framtiden kan kombinera detta med artificiellt intelligent (AI) det vill säga att datorer analyserar data från exempelvis ronder och matar in samt tolkar mätvärdena.
Detta projekt har redovisats för Vattenfall AB i Ringhals där de anser att detta är en bra investering och att de kommer fortsätta att utveckla de förbättringsförslag som
framtagits under projektet.
32
7 Källhänvisning
[1] Kärnkraft (u, å) Vattenfall.com
https://group.vattenfall.com/se/var-verksamhet/vara-energislag/karnkraft (Hämtad 2021-07-12)
[2] Tjernobylolyckan - Uppslagsverk - NE.se (u, å) Www.ne.se.
https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/tjernobylolyckan (Hämtad 2021-07-12)
[3] Fukushimaolyckan - Uppslagsverk - NE.se (u, å) Www.ne.se
https://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/l%C3%A5ng/fukushimaolyckan (Hämtad 2021-07-12)
[4] Rapport: Infrared Thermography Guide 2018 (Hämtad 2021-05-12)
[5] Intern dokument: Förbättrat utnyttjande av termografering i Ringhals, Darwin:
1921661, (2006), hämtad (2021-07-26).
[6] Vad är en vibrationsmätare, (u, å), netinbag.com
https://www.netinbag.com/sv/technology/what-is-a-vibration-meter.html (Hämtad 2021-10-01)
[7] Tillståndskontroll av maskin, J. Stenkvist, sida 7–8, (2011), diva-portal.org http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:511670/FULLTEXT01.pdf (Hämtad 2021-10-01)
[8] Intern rapport, R34-AK-PWR-Reaktorsystem-Reaktorns kylsystem-sprinklersystem.
(Hämtad 2021-05-17)
[9] Kim, S.-H. (2017) Electric motor control: DC, AC, and BLDC motors. Philadelphia, PA: Elsevier Science Publishing. (Hämtad 2021-07-26)
[10] Allmänt om Pumptyper - Pump Portalen (2015) Pumpportalen.se
https://www.pumpportalen.se/pumphandboken/allmant-om-pumptyper/ (Hämtad 2021-07-19)
[11] Intern dokument: R3-R4 strategisk underhållsplan säkerhetsrelaterade enstegs radialpumpar, Darwin 2213258, (2020), hämtad (2021-10-22)
33
[12] Axelkopplingar för pumpar – Pump Portalen (2015) Pumpportalen.se.
https://www.pumpportalen.se/pumphandboken/6-axelkopplingar-pumpar/ (2021-07-22)
[13] Intern dokument: R3 periodiskt STF-prov av SP-322, Darwin 1892424, (2020), hämtad (2021-10-26)
[14] Intern dokument: Periodisk provning av pumpar, utdrag ur STF (säkerhetstekniska driftförutsättningar), Darwin 1734864, (u.å), hämtad (2021-10-26)