黃雙，陳峰，賀訓(xùn)育，張?chǎng)?/p>

（獨(dú)山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

石化熱反應(yīng)設(shè)備節(jié)能及損傷紅外熱成像監(jiān)測(cè)體系的開(kāi)發(fā)

黃雙，陳峰，賀訓(xùn)育，張?chǎng)?/p>

（獨(dú)山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

本文介紹針對(duì)石油化工熱反應(yīng)設(shè)備節(jié)能及損傷建立的紅外熱成像監(jiān)測(cè)體系，其涵蓋襯里損傷程度及損傷類型的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、設(shè)備保溫效果評(píng)價(jià)、爐管壽命預(yù)估與爐管安全等級(jí)評(píng)估。

熱反應(yīng)設(shè)備；紅外熱成像；節(jié)能；損傷

保溫、襯里、爐管運(yùn)行狀態(tài)是影響石化熱反應(yīng)設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素。對(duì)這類設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估是亟待解決的問(wèn)題。本文介紹的石化熱反應(yīng)設(shè)備節(jié)能及損傷監(jiān)測(cè)體系，主要依據(jù)這類設(shè)備工藝及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)長(zhǎng)、短波紅外成像技術(shù)集成、離線定位監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，精確獲取爐管、襯里及保溫溫度場(chǎng)分布，準(zhǔn)確識(shí)別襯里、保溫、爐管運(yùn)行狀況及故障類型與程度，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)設(shè)備主動(dòng)性維護(hù)及預(yù)知性維修的目標(biāo)。

1 總體思路

紅外熱成像技術(shù)優(yōu)勢(shì)可將物體表面的熱分布轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢晥D像，能夠反映溫度這一在帶襯里的加熱設(shè)備、保溫管道和高溫?zé)岱磻?yīng)設(shè)備中起重要作用的指標(biāo)。主要應(yīng)用紅外熱成像溫度監(jiān)測(cè)，結(jié)合其他常規(guī)監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)能夠應(yīng)用于襯里、保溫及不同熱反應(yīng)設(shè)備爐管的監(jiān)測(cè)及評(píng)估方法及軟件系統(tǒng)，形成綜合體系。

建立基于非接觸式紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上的紅外熱成像監(jiān)測(cè)體系，主要依據(jù)石化熱反應(yīng)設(shè)備工藝及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過(guò)長(zhǎng)波、短波紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)化組合，結(jié)合紅外熱成像離線定位監(jiān)測(cè)技術(shù)，精確獲取熱反應(yīng)設(shè)備爐管、爐體襯里及保溫層表面溫度場(chǎng)的溫度分布情況，達(dá)到準(zhǔn)確識(shí)別設(shè)備襯里、保溫、爐管運(yùn)行狀況及故障類型與程度。

襯里、保溫監(jiān)測(cè)須結(jié)合設(shè)備工藝與結(jié)構(gòu)參數(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)對(duì)襯里損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)，爐管運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)須結(jié)合爐內(nèi)、管內(nèi)溫度壓力監(jiān)測(cè)參數(shù)對(duì)爐管結(jié)焦及壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立襯里保溫監(jiān)測(cè)作業(yè)規(guī)范、爐管監(jiān)測(cè)作業(yè)規(guī)范，建立石化熱反應(yīng)設(shè)備紅外熱成像監(jiān)測(cè)方案。

2 研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容

2.1 開(kāi)發(fā)基于設(shè)備表面修正溫度場(chǎng)分布、運(yùn)行參數(shù)和紅外圖像數(shù)據(jù)分析的設(shè)備襯里損傷程度及損傷類型的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法及軟件系統(tǒng)

2.1.1 設(shè)備表面溫度模型

影響長(zhǎng)波紅外儀器測(cè)量設(shè)備表面溫度精度的主要因素有光照條件、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、設(shè)備表面發(fā)射率以及附近設(shè)備干擾等，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析、研究，提出如圖1所示的修正框圖。

圖1 設(shè)備表面溫度修正框圖

其中：v表示風(fēng)速；VF表示風(fēng)向；Th表示環(huán)境溫度；P表示發(fā)射率；Pf表示附近設(shè)備干擾；T表示紅外測(cè)量溫度；T*表示修正后溫度。需要說(shuō)明的是光照的影響是很難用算法剔除的，因此建議采用規(guī)避的方法來(lái)消除。其他的修正計(jì)算少數(shù)幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)需要通過(guò)實(shí)地測(cè)量來(lái)最終確定。

2.1.2 襯里損傷類型及程度

襯里損傷劃分為脫落、空洞、夾層、鼓包、裂紋和減薄六種類型，并依據(jù)不同的表面保護(hù)材料耐熱溫度，劃分不同的損傷程度。

2.1.3 襯里損傷評(píng)估模型（圖2）

2.2 開(kāi)發(fā)基于設(shè)備表面修正溫度、運(yùn)行參數(shù)和紅外圖像數(shù)據(jù)分析的設(shè)備保溫效果評(píng)價(jià)方法及軟件系統(tǒng)

2.2.1 設(shè)備保溫性能評(píng)價(jià)方法

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 8174-2008《設(shè)備及管道絕熱效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》的規(guī)定，表面散熱損失的測(cè)試方法有熱平衡法、熱流計(jì)法、對(duì)流傳熱法和溫差法四種方法。在本項(xiàng)目的研究中，采用了能夠滿足工程要求且計(jì)算量小的傅立葉導(dǎo)熱換熱計(jì)算式：

圖2 襯里損傷評(píng)估模型

圖3 設(shè)備保溫性能評(píng)價(jià)模型

式中：q——熱流密度；

δ——保溫層厚度；

tm、tb——內(nèi)外壁溫度。

根據(jù)上述公式即可計(jì)算出設(shè)備外壁的許可溫度。實(shí)測(cè)外壁溫度與之進(jìn)行對(duì)比，綜合設(shè)備外壁實(shí)際允許的溫度界限值即可實(shí)現(xiàn)該設(shè)備保溫效果評(píng)價(jià)。

2.2.2 設(shè)備保溫性能評(píng)價(jià)模型（圖3）

2.3 開(kāi)發(fā)基于爐管表面修正溫度及分布、加熱爐運(yùn)行參數(shù)的設(shè)備爐管壽命預(yù)估與爐管安全等級(jí)評(píng)估方法及軟件系統(tǒng)

2.3.1 爐管表面溫度校正模型（圖4）

圖4 爐管表面溫度校正模型

校正后的溫度。

2.3.2 爐管狀態(tài)評(píng)估規(guī)則

爐管狀態(tài)主要包括爐管的結(jié)焦情況和爐管安全狀態(tài)。依據(jù)材料學(xué)理論和美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)實(shí)地實(shí)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，確定8條專家評(píng)定規(guī)則，分別判定嚴(yán)重結(jié)焦、可能結(jié)焦、結(jié)焦趨勢(shì)等。

2.4 建立襯里保溫監(jiān)測(cè)作業(yè)規(guī)范、爐管監(jiān)測(cè)作業(yè)規(guī)范，建立石化熱反應(yīng)設(shè)備紅外熱成像監(jiān)測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)熱反應(yīng)設(shè)備監(jiān)測(cè)全覆蓋

2.5 指標(biāo)完成情況（表1）

表1

3 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)石化企業(yè)中首次建立了石化熱反應(yīng)設(shè)備紅外熱成像監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)石化設(shè)備主動(dòng)性維護(hù)及預(yù)知性維修。

項(xiàng)目實(shí)施6年來(lái)，共計(jì)51臺(tái)石化設(shè)備納入監(jiān)測(cè)體系化管理，提升了設(shè)備監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度及效率。使公司具備了熱反應(yīng)設(shè)備襯里損傷、保溫評(píng)價(jià)、爐管運(yùn)行狀況評(píng)估能力。通過(guò)成果的實(shí)施與應(yīng)用，對(duì)石化設(shè)備長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行提供了及時(shí)、有效的技術(shù)支持。

[1]李曉英．影響紅外測(cè)溫的主要因素及對(duì)策[J]．山西機(jī)械，2001,6(2)．

[2]付冬梅等．襯里評(píng)估操作設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[M]．北京科技大學(xué)，2011．

[3]程玉蘭．紅外診斷與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2002．

[4]付冬梅等．襯里評(píng)估軟件現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證報(bào)告[K]．北京科技大學(xué)，2012．

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