紅外熱成像技術在特檢化工領域的應用

摘  要：本文對紅外熱成像儀檢測技術和應用現狀做了簡要介紹，通過故障診斷分析的實例，概括地介紹了紅外熱像技術在特檢石化設備檢測及故障診斷中的應用。

關鍵詞： 預維護 診斷 節能 紅外熱像儀

 Application of InfraredImaging Technology on Special Equipment Inspection and DamageDiagnosis

Liu Yanming, Hu Binbin

Shanghai Sumfar Technology Co., Ltd.

Abstract The technology and application situation of Infrared Thermographywere briefly introduced in this paper. By examples ofinfrared inspection, the application of Infrared ImagingTechnology on special equipment inspection was introduced.

Key words Preventive Predictive Maintenance   Diagnosis 

Energy Efficiency                   Infrared Thermography

1  紅外熱成像技術的應用現狀

紅外熱成像技術是一門把不可見的紅外輻射能量轉換成可視溫度場圖像，用不同顏色表示不同的溫度的技術。上世紀七十年代開始發展，經過上世紀末和近幾年的發展，迅速地從軍事領域延伸到民用領域，由于該技術的突飛猛進的進展和普及，儀器的成本大大降低，紅外熱成像儀也不再是“貴族”設備。紅外熱成像技術已經成為超聲波(UT)、射線（RT）、渦流（ET）、磁粉(MT)和滲透檢測等五大常規無損檢測之外使用*廣的檢測技術，其迅速普及也得益于以下特點：

l        非接觸遠距離遙感檢測，不影響被測物體，使用安全

l        檢測實時、便捷，可對被測物體逐一不漏的進行實時掃描成像

l        檢測要求低，可檢測運動、強磁、化學氣氛和易腐蝕等環境中物體

檢測結果客觀、直觀，二維紅外熱圖像直觀的表現被測物每點的溫度場

隨著社會的發展，生產安全和生產流程優化的要求提高，對于重要的設備設施不再是采用“救火型”（FireFighting,簡稱FF）管理模式，逐漸引入了預防性檢修（Preventive Maintenance,簡稱PM）,預防護和預維護檢修 (Preventive Predictive Maintenance,簡稱PPM), 預測性維修(Predictive Maintenance,簡稱PDM) *近國際上大公司開始采用主動式維護主動檢修（Proactive Maintenance,簡稱PAM）。紅外熱像技術是從FF到PM、PPM、PPM和PDM的*有效的工具之一。近年來紅外熱成像技術越來越多地用于設備狀態監測和故障診斷中，并獲得了良好效果。無論是在美國還是在中國，在各行各業都利用紅外熱像儀進行熱故障檢查和熱狀態測量，主要包括設備預維護檢測、故障診斷、無損探傷、節能檢測、核電站安全檢查、建筑物保溫、結構缺陷檢測和滲漏受潮檢測，等等。主要應用領域包括電力、冶金、石化、建筑、鍋爐壓力容器和預維護和狀態監測，以及研究和開發、質量控制和過程監控、醫療、公共安全監控及軍事應用等。我國紅外診斷技術的發展是從上世紀八十年代開始，**批紅外熱像儀在電力、石化、冶金等工業部門作為安全生產的重要措施得以使用，從而使之發展較快。在特檢和石化行業，中國科學院金屬研究所與國家質量監督檢驗檢疫總局等單位合作研制的國家“九五”科學儀器重點攻關項目“熱彈性紅外圖像安全檢測系統”通過了成果鑒定和科技部驗收。到目前為止，紅外熱成像技術已經在國內許多特種設備監督檢驗單位和石化生產檢測單位，開展了大量的檢測并取得了豐碩的成果。

2  紅外熱像技術在特檢和化工領域的應用

壓力容器屬于具有爆炸危險的特種承壓設備，它擔負著高溫、高壓、易燃、易爆、劇毒以及強腐蝕介質等諸多環境因素的作用。熱彈壓力容器普遍用于航天和國民經濟的各部門。但對于壓力容器在工作狀態下的實際應力分布情況以及早期預測潛在的缺陷，各種常規方法都無能為力。因此壓力容器的安全監測、預防技術一直是國際上研究的熱門。英美兩國曾對熱彈性效應進行過嘗試性研究，但至今還局限于實驗研究。

無論是特檢行業還是石化領域，溫度控制與監測比比皆是：例如設備的磨損、疲勞、裂紋、破裂、變形、腐蝕、剝離、滲漏、堵塞、松動、熔融、絕緣老化、油質劣化、粘合污染、異常振動等等，這些狀態絕大多數都直接或間接與溫度變化相關，這些溫度變化有不少是不能使用常規的接觸測溫方法監測的，而采用紅外熱成像檢測技術，則可使問題迎刃而解。

 

圖1利用紅外熱像儀檢測儲藏罐的液位線           圖2紅外熱像儀拍攝的泄露溫度圖像

石化工業是開展紅外診斷技術工作比較廣泛的工業系統，石化總公司從20世紀70年代組織實施無損檢測，到80年代開展設備狀態監測，建立了以總公司、公司或總廠以及分廠的三級狀態監測機構，實行分級管理，并首先建立了回轉機械診斷的上等機構。到世紀90年代以來逐步開展了紅外診斷技術開發研究工作，如對電氣設備、催化裂化裝置襯里損傷和工業爐窯的故障診斷等；從*初測定廠內熱損失為始，其應用紅外檢測的范圍不斷擴大，從紅外檢測發展到紅外診斷，從簡易診斷上升為精密診斷、趨勢分析和壽命預測。不少單位都取得了很多實效，其中比較突出的有四川化工總廠、撫順石化公司、長嶺煉油廠、遼陽石化公司、揚子石化公司、大慶油田、福建煉化、齊魯石化、天津石化等等。原化工部還建立紅外熱成像測溫技術中心，成立了包括紅外熱成像技術在內的狀態監測與故障診斷專業組，制定了用紅外熱像儀對生產設備進行有計劃、有步驟地定時、定點檢測，對于重要、關鍵設備，設立精密檢測點，建立設備檢測檔案，以便在設備發生故障時做出正確的判斷和進行劣化趨勢分析。

3紅外熱成像技術的應用案例分析

在石化特檢企業，通常由于生產需要，會有非常多的管路，如蒸汽，熱水，各種工業溶液，其上通常覆蓋各種的保溫材料，以確保其節能的要求，而由于這些管路通常架設在廠房上部或室外，沒有任何維護措施，隨著時間的推移，可能保溫層甚至其管壁有破損或變薄的情形發生，通過紅外熱像儀，你可以非常容易發現熱點區域，從而采取措施，減少能量的浪費和保證正確的工藝溫度。同時你也可以了解到保溫層的破損狀態，從而精*地計算出所需要的人力，物力，從而大大地縮短維修的工作量和時間。由于在生產中通常會涉及大量的化學反應，特別在各類反應爐中，并且還伴隨著一定的溫度，產生有不同程度的腐蝕，特別在一些閥門，板式熱交換器，端蓋襯里變薄等等，在前期表現為簡單的滲漏，往往肉眼無法發現，通過紅外熱像儀你可以通過細微的溫度變化作判斷，從而避免對環境及人員造成傷害。

工廠內也會有許多種類的儲液設備，或室內或室外，它們一般會通過一個液位傳感器進行物料的控制，有時我們不得不面對液位傳感器的失靈，這常常會導致溢流，或者斷流，使得生產中斷停滯。我們也可以通過紅外熱像儀進行探測，由于物料和這些存儲設備為不同材料，其熱容量不同，在紅外熱像圖片（圖1）上可以清楚地反映其液位，這有時也是一種檢測液位的簡單方法，避免許多潛在的危險。

對于液化天然氣、液化石油氣、液化乙烯的泄漏來說，其無色無味，往往需要特殊的儀器才能探測到，如不能及時進行處理可能會發生火災、爆炸等災害，但使用氣體傳感器來探測氣體往往只能進行定點探測，而熱像儀可以進行大面積的探測，它是根據氣體排出時在外界所產生的環境溫度變化來探測氣體的泄漏，當液化氣體流出時周圍出現溫度異?，F象，用熱像儀觀察就能判斷出氣體泄漏的位置和規模，請參見圖2。

圖3利用紅外熱像儀進行無損檢測          圖4紅外熱像儀在節能、保溫的檢測熱圖像

石化企業有如此多的設備，特別是大多數設備往往會處于高溫，高壓，腐蝕，氧化的惡劣工況下，工作周期長，維修時間短的特點，特別是往往一旦運行就會長時間不間斷，我們往往需要同時掌握所有這些設備的運行狀態，從而能夠根據實際情況排出一個檢修的計劃，采用紅外熱像技術和紅外熱像儀將你*佳的選擇。對于一切特殊設備，往往無法對整個設備進行*面的檢測，而通過紅外熱像儀，可以清晰地、直觀的、*面的發現被測對象的破損情況。如圖3所示，有破損的地方往往會形成一個比較明顯的溫度異常區域。

通過紅外熱像儀設備，可以你可以清楚地了解熱點的分布，大小，以及其具體情況，甚至可以根據這些設備日積月累的狀態檔案了解到問題的原因及嚴重性，并且及時采取行動*大限度地延長設備的使用壽命。它是一個動態的檢修過程，可以根據設備的不同使用狀況，從而制訂出*經濟的維修時間表。另一方面，由于紅外熱圖像能夠*面的反映被測區域的溫度分布，找出保溫薄弱環節，同時對被測物的保溫性能進行綜合性定量評估，如圖四所示，管道的所有部位的保溫情況通過紅外熱圖像直觀的表現出來。通過對紅外熱成像技術的推廣和應用，其必將為祖國特檢行業響應國家節能減排，建立和諧社會的國家戰略方針保駕護航，提供強有力的科學手段。

參  考  文  獻

（1）      程玉蘭，紅外診斷技術與應用，設備管理與維修，2003．

（2）      仲躋生，紅外熱像技術應用于石化設備的檢測診斷，激光與紅外，1999.