紅外熱成像技術(shù)在化工裝置中的應(yīng)用

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1、紅外熱成像技術(shù)在化工裝置中的應(yīng)用　　摘要：文章簡(jiǎn)述了紅外熱成像原理和紅外熱像儀的基本使用方法，介紹了在化工裝置中外保溫效果檢測(cè)、設(shè)備襯里檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障輔助檢測(cè)、電氣設(shè)備檢測(cè)等方面的應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)分析了應(yīng)用該技術(shù)需注意的關(guān)鍵點(diǎn)，如發(fā)射率及環(huán)境參數(shù)的正確確定、避免熱源干擾、圖像的分析等?！　￡P(guān)鍵詞：紅外熱成像；紅外熱像儀；無損檢測(cè)；化工裝置　　化工裝置通常在高溫、高壓及連續(xù)性操作條件下生產(chǎn)運(yùn)行，加之易燃、易爆、有毒、有害的危險(xiǎn)性，保障裝置安全平穩(wěn)可靠運(yùn)行顯得尤為重要。作為無損檢測(cè)手段之一的紅外熱成像技術(shù)，因其安全的非接觸式操作方法、效率高、范圍廣、圖像直觀等優(yōu)勢(shì)，被高度應(yīng)用于化工

2、生產(chǎn)過程中的在線監(jiān)測(cè)、日常巡檢、定期檢查等?！　?紅外熱成像原理　　研究證明，溫度在絕對(duì)零度（-273.15℃）以上的任何物體，都會(huì)對(duì)外界放出紅外輻射能[1]。紅外熱像儀就是通過接收物體發(fā)射的紅外輻射能，并將輻射能轉(zhuǎn)換成溫度分布場(chǎng)形式的熱像圖體現(xiàn)出來。由斯蒂芬-玻爾茲曼定律演變出非黑體總輻射功率W為：　　W=εбT4（1）　　式中，W為非黑體的總輻射功率（W/m2）；ε為物體的發(fā)射率，由物體材質(zhì)及表面狀態(tài)決定，通常經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得；б為斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，等于5.67×10-8W/（m2?K4）；T為非黑體的熱力學(xué)溫度（K）?！　±碚撋?，通過紅外熱像儀測(cè)得的輻射能、材料固有的發(fā)射率參

3、數(shù)，就能計(jì)算出物體的各點(diǎn)的溫度，形成熱像圖。然而，紅外熱像儀接收到的有效輻射不僅僅只有物體自身輻射，還包括周圍環(huán)境的反射輻射、大氣輻射[2]。因此，紅外熱像儀遵循以下公式自動(dòng)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正補(bǔ)償：　　Wtot=ετWobj+（1-ε）τWrefl+（1-τ）Watm（2）　　Wtot為熱像儀接收到的全部輻射功率；ετWobj為來自物體的輻射，其中ε是物體的固有發(fā)射率，τ是大氣傳輸率，物體溫度為Tobj；（1-ε）τWrefl為周圍環(huán)境的反射輻射，其中（1-ε）是物體的反射比，周圍環(huán)境的反射溫度為Trefl；（1-τ）Watm為大氣輻射，其中（1-τ）是大氣的輻射率，大氣的溫度為

4、Tatm。　　因此，操作人員在實(shí)際使用紅外熱像儀過程中，還需設(shè)置待測(cè)物體發(fā)射率ε、相對(duì)濕度、大氣溫度Tatm、待測(cè)物體距離、周圍環(huán)境的反射溫度Trefl等一系列參數(shù)值，來幫助熱像儀根據(jù)測(cè)量值更準(zhǔn)確地計(jì)算出物體實(shí)際溫度值，建立真實(shí)有效的溫度分布熱像圖。　　2紅外熱像儀的使用方法　　本文以FLIRT40紅外熱像儀為例，開機(jī)后根據(jù)待測(cè)物體現(xiàn)場(chǎng)情況，在熱像儀中設(shè)置當(dāng)前大氣溫度、周圍環(huán)境的反射溫度；在確定好檢測(cè)站位后，設(shè)置與物體之間距離參數(shù)；根據(jù)待測(cè)物表面材質(zhì)在熱像儀的內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)中選取相應(yīng)發(fā)射率。通過調(diào)整鏡頭角度，觀察熱像儀屏幕內(nèi)圖像溫度色譜分布，調(diào)整對(duì)焦，拍攝記錄。檢測(cè)結(jié)束，通過連接電腦

5、，在配套軟件中查看熱像圖及對(duì)應(yīng)的可見光圖，并可通過軟件中的測(cè)量工具，獲取圖像中任意點(diǎn)的溫度數(shù)值以及任意區(qū)域的極值。通過觀察與分析，選擇有代表性的熱像圖生成檢測(cè)報(bào)告?！　?應(yīng)用實(shí)例　　3.1設(shè)備的外保溫效果檢測(cè)　　在化工裝置中，良好的設(shè)備外保溫效果能減少設(shè)備內(nèi)部熱損失，確保設(shè)備內(nèi)部的反應(yīng)順利進(jìn)行。對(duì)于氯堿裝置中的氧氯化反應(yīng)器，如果每個(gè)插入反應(yīng)器內(nèi)部的熱電偶外保溫效果不好，都有可能造成內(nèi)部物料HCl低于露點(diǎn)溫度而產(chǎn)生氯離子，腐蝕設(shè)備本體。使用FLIRT40紅外熱像儀對(duì)某廠氧氯化反應(yīng)器上分布的20個(gè)熱電偶保溫效果進(jìn)行定期檢測(cè)，可以清楚直觀地看出保溫質(zhì)量。以2014年10月21日的檢測(cè)為

6、例，大氣溫度26℃，待測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率為0.92，檢測(cè)距離為2m。從圖1的熱像圖中可以看出，在編號(hào)為2213的熱電偶插入口及保溫層與筒體相貫線處溫度值偏高，出現(xiàn)了明顯的漏熱現(xiàn)象，保溫不夠嚴(yán)密。需對(duì)檢測(cè)出的保溫層有縫隙、薄弱處密封加固，必要時(shí)更換保溫?！　?.2設(shè)備襯里檢測(cè)　　熱設(shè)備內(nèi)部的非金屬材料襯里一般起著防腐、隔熱、耐磨損的作用。而襯里也會(huì)因高溫、物料沖蝕、設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行而造成局部裂紋、脫落，進(jìn)而損傷設(shè)備本體。使用熱像儀對(duì)某廠急冷塔襯里情況進(jìn)行每月1次定期狀態(tài)檢測(cè)。急冷塔內(nèi)部砌筑雙層防腐襯磚，厚度145mm，檢測(cè)時(shí)大氣溫度26℃，設(shè)備表面發(fā)射率0.95，檢測(cè)距離為10m。從圖2

7、急冷塔西北方向中部熱像圖中看到，此位置的表面溫度分布均勻，無明顯溫度過熱區(qū)域，襯里完好。如若熱像圖中發(fā)現(xiàn)局部出現(xiàn)高溫區(qū)塊，說明內(nèi)部襯里可能已存在裂紋或脫落，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或更換襯里?！　?.3旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障輔助檢測(cè)　　在化工裝置中，通過振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行故障診斷得到了廣泛的應(yīng)用。在這類設(shè)備中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承等旋轉(zhuǎn)部件由于潤(rùn)滑不良發(fā)生摩擦，會(huì)造成局部溫度過高。通過紅外熱成像技術(shù)對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行輔助檢測(cè)，無需接觸旋轉(zhuǎn)件，就可安全、直觀地檢測(cè)出部件表面溫度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱問題，并對(duì)