錦州石化公司設(shè)備研究所 申大勇

本文簡要地介紹了紅外熱像檢測技術(shù)的原理及特點，并利用實例說明了紅外熱像技術(shù)在熱力管道保溫測試與評估中的應(yīng)用。

紅外熱像技術(shù)應(yīng)用于石化設(shè)備的定期檢測及故障診斷主要是基于紅外輻射測溫的原理。依靠紅外熱像儀可以快速方便地獲取被測物體二維熱圖像的特點，對石化熱設(shè)備進(jìn)行定期檢測，根據(jù)被測物體各部位的溫度差異，以及物體同一部位在不同時期的溫度差異，再結(jié)合設(shè)備、裝置結(jié)構(gòu)等狀況，來診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)故障，再進(jìn)一步分析診斷故障發(fā)生部位、損傷程度及引起故障的可能原因，從而為保證設(shè)備的“安、穩(wěn)、長”運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。

1.紅外熱像儀測溫特點

（1）測溫范圍大。一般熱像儀均可測量0～2 000℃范圍的溫度。

（2）可以借助顯微鏡頭對直徑為幾微米或更小的目標(biāo)進(jìn)行測溫。

（3）可以快速進(jìn)行設(shè)備的熱診斷。

（4）靈敏度高，根據(jù)其型號的不同，可以分辨0.1℃或者更小的溫差。

（5）不會對所測量的溫度場產(chǎn)生干擾。這優(yōu)于直接接觸測溫的儀器如熱電偶。

（6）使用安全。由于測量的非接觸性，使得熱像儀使用起來非常安全。

2.紅外熱像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）在檢測輸送管線方面的應(yīng)用。在石油化工企業(yè)，通常會使用管線輸送蒸汽、原料、產(chǎn)品等，通常管線外會包裹保溫、保冷隔層，通過紅外熱像儀可以方便地查看管道的保溫、保冷隔層有無破損、是否有泄漏。①加熱爐管積炭結(jié)焦堵塞，由于積炭部位和其他部位熱容量不同導(dǎo)致溫差，這些溫差傳遞到管線外殼，這樣就可以從紅外熱像圖分辨出爐管結(jié)焦程度（如圖1所示）。②煙氣管道內(nèi)壁受磨損或者腐蝕導(dǎo)致減薄，其溫度會比正常部位溫度偏高，從紅外熱像圖可以檢測出磨損、腐蝕導(dǎo)致減薄的部位。③管道由于局部溫度波動較大，導(dǎo)致材料熱疲勞造成裂紋、泄漏，故障處會滲漏管道內(nèi)介質(zhì)，如果管道內(nèi)介質(zhì)為高溫介質(zhì)或者低溫介質(zhì)（如氨氣）時，管道滲漏介質(zhì)與管道外壁就有溫差，紅外熱像儀可以輕易拍攝到泄漏點。④管道保溫、保冷隔層脫落，其脫落處溫度偏高，可在熱像圖中清晰顯示（如圖2所示）。熱像儀還可檢測出管道溫度，作為保溫、保冷是否達(dá)到規(guī)定效果的判斷依據(jù)。

圖1 管道保溫?zé)嵯駡D與實際照片對比

（2）在檢測連接法蘭方面的應(yīng)用。石化企業(yè)存在大量的塔、罐、釜等裝置，自然也就存在許多的法蘭連接。法蘭的密封容易發(fā)生問題，導(dǎo)致管道輸送的蒸汽、原料、產(chǎn)品等在管道法蘭連接處有泄漏（如圖2所示）。利用熱像儀可以迅速、安全地發(fā)現(xiàn)泄漏部位。

（3）在加熱爐評估方面的應(yīng)用。利用熱像儀主要對加熱爐以下四方面進(jìn)行評估：①排煙熱損失。②氣體不完全燃燒熱損失。③散熱損失。④襯里損傷。

圖2 緩沖罐及法蘭的紅外熱像圖

評估產(chǎn)生的主要效益：①改善爐子燃燒節(jié)能技術(shù)，包括高效燃燒器、燃燒控制技術(shù)、燃料添加劑。主要是使?fàn)t子燃燒過程更完全、充分。②加強(qiáng)保溫節(jié)能技術(shù)，主要是采用新型高效保溫、襯里材料，提高爐體保溫效果，減少散熱損耗。③減少排煙，提高節(jié)能水平。

（4）在供電系統(tǒng)的應(yīng)用。利用紅外熱像儀能夠快速定位供電系統(tǒng)的問題所在，從而降低維護(hù)工作量和減少過維護(hù)，節(jié)能降耗，如圖3所示。

圖3 典型的進(jìn)線接頭發(fā)熱紅外熱圖

3.蒸汽管道節(jié)能檢測評估實例

（1）檢測基本參數(shù)。為了能準(zhǔn)確地掌握高溫蒸汽管線的保溫狀況，采用日本NIKON S270A型紅外熱像儀進(jìn)行測試，并對結(jié)果進(jìn)行了分析。量程-20～1 500℃，測試精度0.1℃。3.5MPa高溫蒸汽管線，進(jìn)口取自熱電廠2號爐出口處，管道出口取重整車間進(jìn)口處（長度為400m），動力蒸汽出口與德馬克壓縮機(jī)的入口的蒸汽參數(shù)見表1。所取參數(shù)都從儀表上讀出。

本測試進(jìn)行據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局GB4272-92《設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則》及據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)局GB8174-87《設(shè)備及管道保溫效果的測試與評價》規(guī)定：①凡設(shè)備、管道及其附件的保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度高于323K（50℃）時視為不合格。②當(dāng)設(shè)備、管道及其附件外表面溫度為400℃時，保溫后允許的最大散熱損失為227W/m2。

（2）檢測結(jié)果。2009年5月，對3.5MPa高溫蒸汽管線進(jìn)行了紅外測試，獲得管道外壁表面溫度場熱像圖數(shù)百幅。運(yùn)用紅外分析軟件，計算出表面平均溫度為30.2℃，環(huán)境溫度為20℃，計算出平均熱流密度為510.8W/m2，超標(biāo)情況嚴(yán)重。在測試過程中對于表面溫度低于50℃的保溫段不進(jìn)行熱流計算，只對表面溫度超過50℃的保溫進(jìn)行熱損失計算。

表1 動力蒸汽出口與德馬克壓縮機(jī)的入口的蒸汽參數(shù)

（3）效益分析。①降低能耗：在測試與評估過程中發(fā)現(xiàn)，此段管道上閥門、法蘭處的保溫層與管道保溫層不連接，中間有裸露鐵管，管道支撐處結(jié)構(gòu)不合理。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，裸露鐵管及支架處，長度雖小，但散熱損失相對很大，超過總散熱損失的1/3?，F(xiàn)簡略計算如下。

據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，常年運(yùn)行工況允許最大散熱損失400℃時為227W/m2，裸管的散熱損失取28kJ/s，支架的散熱損失取98kJ/s，按1年330個工作日計算，對此管線進(jìn)行改造使之達(dá)到國標(biāo)要求，則每年可減少裸管熱損1.87×108kcal/年；支架熱損6.66×108kcal/年。渣油燃燒值為10 000kcal/kg，渣油價格為3 900元/t，則每年可節(jié)約資金33.25萬元。

上面的計算表明，僅對測試段的裸管和支架部分進(jìn)行改造，其節(jié)能潛力很大。每一個石化企業(yè)，都有十幾條熱力管線，總長達(dá)幾十千米，存在保溫缺陷的部位很多，如果在進(jìn)行完保溫評估后，加以維修改造，那么每年的能耗降低是很可觀的。

②減少物耗：通過評估，就可了解測試段管線的保溫狀況，對新型保溫狀況84%符合國標(biāo)可不更換；對超標(biāo)嚴(yán)重的區(qū)段如舊型保溫應(yīng)更換；閥門、支架、裸管等散熱嚴(yán)重部位，應(yīng)進(jìn)行保溫并根據(jù)實際情況，采用新結(jié)構(gòu)、新保溫材料。如應(yīng)用微孔硅酸鈣材料，其價格為580元/m3；可節(jié)約保溫材料用量58.3m3；可節(jié)約資金3.5萬元。

通過蒸汽管線的保溫評估，可以避免盲目更換保溫，做到有針對性，有計劃性的維修，這樣可節(jié)約大量資金。

4.總結(jié)

紅外熱像檢測技術(shù)在石化工業(yè)檢測方面具有廣闊的應(yīng)用前景，由于它所具有獨特的優(yōu)點，能補(bǔ)充傳統(tǒng)檢測手段的不足。使得紅外熱像技術(shù)在石化檢測中的應(yīng)用更加廣泛和科學(xué)。

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