胡越峰 郭志強(qiáng)

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450004）

紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)在電站鍋爐檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用

胡越峰 郭志強(qiáng)

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450004）

本文主要論述紅外熱成像技術(shù)在鍋爐外部檢驗(yàn)時(shí)的主要影響因素，提出了紅外熱成像技術(shù)的檢驗(yàn)方法和判斷依據(jù)，探討了該項(xiàng)技術(shù)在電站鍋爐檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用，為保障鍋爐安全運(yùn)行提供新技術(shù)。

電站鍋爐外部檢驗(yàn)；紅外熱成像技術(shù)

電站鍋爐受熱面管由于長(zhǎng)期在受火或高溫高壓參數(shù)下運(yùn)行，受到煤粉的沖刷，高壓及超高壓介質(zhì)的作用、高溫?zé)煔獾淖茻?、水（水蒸氣）的腐蝕、連續(xù)運(yùn)行等因素的影響，各部位受熱面管安全狀況差。當(dāng)電站鍋爐運(yùn)行一定時(shí)間以后，由于受熱面的積灰、積垢和部件的磨損、腐蝕、老化等影響，必然會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞。因此，及時(shí)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備存在的缺陷，消除潛在事故因素是十分必要的。電站鍋爐因故障停用的損失和影響是可觀的，一旦發(fā)生事故后果不堪設(shè)想，所以必須貫徹以預(yù)防為主的計(jì)劃?rùn)z驗(yàn)方針，來(lái)確保鍋爐機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)進(jìn)行。在傳統(tǒng)的電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)和外部檢驗(yàn)中，常用的建議方法是宏觀檢查和無(wú)損檢測(cè)，近年來(lái)，在部分內(nèi)部檢驗(yàn)和外部檢驗(yàn)中，逐漸開(kāi)展了紅外熱成像技術(shù)對(duì)鍋爐受熱面堵管、鍋爐運(yùn)行狀態(tài)、爐墻保溫、閥門內(nèi)漏等方面的檢驗(yàn)。

1 電站鍋爐定期檢驗(yàn)的法規(guī)要求

電站鍋爐定期檢驗(yàn)的法規(guī)要求電站鍋爐是一種直接受火焰加熱的高溫高壓的特種設(shè)備，電站鍋爐由于服役溫度高、工況惡劣，易發(fā)生由于蠕變、疲勞、腐蝕、磨損等多種損傷因素的聯(lián)合作用而過(guò)早進(jìn)入壽命晚期。因此，我國(guó)將電站鍋爐納入了特種設(shè)備的統(tǒng)一管理，建立了以《特種設(shè)備安全法》、《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《電站鍋爐壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程（2004）》以及國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋爐壓力容器監(jiān)察局頒發(fā)的1999年版《鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則》等[1-3]一系列的法律、法規(guī)、技術(shù)規(guī)范組成的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)體系。為了確保電站鍋爐的安全運(yùn)行，《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》在9.4.2定期檢驗(yàn)周期中，明確規(guī)定如下：一是外部檢驗(yàn)，每年進(jìn)行一次。二是內(nèi)部檢驗(yàn)，電站鍋爐結(jié)合鍋爐檢修同期進(jìn)行，一般每3年～6年進(jìn)行一次，外部檢驗(yàn)每年進(jìn)行一次。

2 電站鍋爐定期檢驗(yàn)的技術(shù)要求

2.1 電站鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)的技術(shù)內(nèi)容。電站鍋爐的內(nèi)部檢驗(yàn)是電站鍋爐停止運(yùn)行狀態(tài)下的檢驗(yàn)，在內(nèi)部檢驗(yàn)中，常用的檢測(cè)方法主要是在宏觀檢查的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電站鍋爐各主要部件的無(wú)損檢測(cè)、超聲波測(cè)厚、金相檢驗(yàn)、光譜檢測(cè)、割管檢驗(yàn)等專項(xiàng)檢測(cè)?！跺仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》明確了內(nèi)部檢驗(yàn)的主要內(nèi)容包括抽查受壓元件及內(nèi)部裝置，抽查燃燒室、燃燒設(shè)備、吹灰器、煙道等附屬設(shè)備，抽查主要承載、支吊、固定件，抽查膨脹、密封、絕熱等情況。由于處于停爐狀態(tài)，內(nèi)部檢驗(yàn)只能對(duì)停止運(yùn)行的鍋爐進(jìn)行當(dāng)前狀態(tài)的檢驗(yàn)，對(duì)于運(yùn)行過(guò)程中才出現(xiàn)的問(wèn)題，則無(wú)法檢出。

2.2 電站鍋爐外部檢驗(yàn)的技術(shù)內(nèi)容。電站鍋爐的外部檢驗(yàn)是電站鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下的檢驗(yàn)，是對(duì)電站鍋爐運(yùn)行管理、本體及附屬設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、安全附件及聯(lián)鎖與保護(hù)投運(yùn)情況、水質(zhì)處理情況、鍋爐操作空間安全狀況、事故應(yīng)急專項(xiàng)預(yù)案的檢驗(yàn)。外部檢驗(yàn)要求每年進(jìn)行一次，與內(nèi)部檢驗(yàn)同一年度時(shí)，安排在內(nèi)部檢驗(yàn)結(jié)束、鍋爐投運(yùn)之后進(jìn)行。由于兩次內(nèi)部檢驗(yàn)的時(shí)間間隔一般為3～6年，電站鍋爐在兩次內(nèi)部檢驗(yàn)期間，設(shè)備是處于動(dòng)態(tài)使用過(guò)程當(dāng)中，前次內(nèi)檢所發(fā)現(xiàn)的缺陷或未消除的事故隱患有可能進(jìn)一步生長(zhǎng)或發(fā)展，同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行期間，也可能產(chǎn)生新的缺陷，這一系列問(wèn)題如果累積發(fā)展到危及設(shè)備的安全運(yùn)行的階段，電站鍋爐設(shè)備就隨時(shí)有發(fā)生嚴(yán)重事故的可能。在兩次內(nèi)檢中進(jìn)行每年一次的外部檢驗(yàn)?zāi)軌蚣皶r(shí)將上述問(wèn)題發(fā)現(xiàn)并通過(guò)技術(shù)手段將事故避免則。此外，涉及安全附件運(yùn)轉(zhuǎn)情況、安全聯(lián)鎖的投運(yùn)情況、各種接口、閥門、管道是否泄漏、是否存在異常振動(dòng)、保溫爐墻的保溫狀況等等問(wèn)題也都必須在鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行期間才能夠確認(rèn)問(wèn)題是否存在。因此，一年一次的外部檢驗(yàn)非常重要，做好內(nèi)部檢驗(yàn)，使用單位能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷隱患、規(guī)避運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。對(duì)電站鍋爐的安全運(yùn)行來(lái)講，外部檢驗(yàn)是一種不可缺少的必要手段。外部檢驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于不能保證鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行的嚴(yán)重問(wèn)題，一般需要立即停爐檢修，待消除缺陷后鍋爐才能正常投運(yùn)，對(duì)于不影響鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行的一般問(wèn)題，一般是在計(jì)劃內(nèi)的下一次檢修中進(jìn)行處理。

2.3 應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)的主要影響因素。在電站鍋爐外部檢驗(yàn)中應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)是否可行，關(guān)鍵在于現(xiàn)場(chǎng)紅外熱成像檢測(cè)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)、可靠。電站鍋爐的檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件比較復(fù)雜，發(fā)熱源、發(fā)生物體材質(zhì)不同，影響因素較多，如果在應(yīng)用熱成像儀之前沒(méi)有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行認(rèn)真辨識(shí)，未充分考慮相關(guān)影響因素，那么檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果就不能如實(shí)反映設(shè)備缺陷情況，影響最后的檢驗(yàn)結(jié)論[4，5]。對(duì)紅外熱成像檢測(cè)存在影響的因素較多，諸如太陽(yáng)光輻射、氣象條件、臨近設(shè)備熱輻射、大氣衰減等，但是，在電站鍋爐外部檢驗(yàn)中，除了紅外熱成像儀本身的儀器精度外，真正對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果造成影響的因素主要是還是鍋爐受檢部位本身發(fā)射率、臨近設(shè)備熱輻射這兩種。

首先，需要重點(diǎn)考慮鍋爐受檢部位本身發(fā)射率的影響。發(fā)射率是一個(gè)物體相對(duì)于黑體輻射能力大小的物理量，發(fā)射率的大小和該物體的幾何外形、外表面粗糙度、平整度以及進(jìn)行紅外熱像測(cè)試的方向有關(guān)。對(duì)于外表面平整、光潔度高的物體，測(cè)試方向的影響更大。材質(zhì)不同的物體擁有不同的發(fā)射率，進(jìn)行測(cè)試時(shí)，對(duì)于發(fā)射率高的物體，紅外熱成像儀能夠接收到更多的輻射能量，反之，對(duì)于發(fā)射率低的物體，紅外熱成像儀接受到較少的輻射能量。其一，發(fā)射率的設(shè)定。根據(jù)基爾霍夫定理：物體表面的半球單色發(fā)射率ε等于它的半球單色吸收率α，ε=α。在熱平衡條件下，物體發(fā)射功率等于它的吸收功率，即吸收率α、反射率ρ、透射率γ總和為1，對(duì)于不透明的（或具有一定厚度）的物體，電站鍋爐本體保溫、閥門的閥體都屬于此類物體，它們的透射率可視γ=0，只有發(fā)射和反射（α+ρ=1）。當(dāng)物體的發(fā)射率越高，反射率就越小，背景和反射的影響就會(huì)越小，測(cè)試的準(zhǔn)確性也就越高；反之，背景溫度越高或反射率越高，對(duì)測(cè)試的影響就越大。由此可以看出，在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中必須注意不同物體和熱成像儀相對(duì)應(yīng)的發(fā)射率，對(duì)發(fā)射率的設(shè)定要盡量準(zhǔn)確，以減小所測(cè)溫度的誤差。在電站鍋爐爐墻保溫上普遍采用的保溫鐵皮以及閥門閥體材料的發(fā)射率，在檢驗(yàn)中，一般參照鋼材的發(fā)射率進(jìn)行選取。由于保溫鐵皮和閥體材料表面狀態(tài)均是氧化或嚴(yán)重氧化狀態(tài)，故正常檢驗(yàn)時(shí)，我們選取發(fā)射率為0.95左右。其二，檢測(cè)時(shí)的角度控制。進(jìn)行輻射率測(cè)試時(shí)，紅外熱成像儀拍攝方向與受檢部位的夾角越大，所帶來(lái)的檢測(cè)誤差就越大，在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，這一點(diǎn)很容易被忽視。從現(xiàn)場(chǎng)的工作實(shí)際出發(fā)，夾角應(yīng)盡量控制在30度之內(nèi)，最多不超過(guò)45度，如果無(wú)法在45度以下進(jìn)行檢測(cè)，檢驗(yàn)人員可以通過(guò)調(diào)低輻射率進(jìn)行檢測(cè)校正。在進(jìn)行熱像圖分析時(shí)，只有在檢測(cè)夾角接近或相同時(shí)，分析結(jié)果才有意義。

圖1 發(fā)射率原理

其次，需要充分考慮臨近設(shè)備熱輻射的影響。受檢部位面積和紅外熱像儀的攝像范圍大小直接影響熱像儀檢測(cè)時(shí)的精度。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行紅外熱像測(cè)試時(shí)，主要針對(duì)受檢設(shè)備外表面被選定范圍。測(cè)試時(shí)紅外熱成像儀攝像范圍同受檢部位會(huì)出現(xiàn)下列情況：一是當(dāng)受檢部位面積大于紅外熱成像儀攝像視場(chǎng)時(shí)，測(cè)試時(shí)不受其他設(shè)備熱輻射的影響，生成的熱像圖只反映受檢部位的熱輻射分布，這時(shí)的檢測(cè)效果最好。二是當(dāng)受檢部位面積等于紅外成像儀攝像視場(chǎng)時(shí)，測(cè)試時(shí)會(huì)受到其他設(shè)備熱輻射的影響，生成的熱像圖反映了受檢部位和少量外加熱輻射的疊加分布情況，這時(shí)檢測(cè)效果一般。三是當(dāng)受檢部位小于紅外熱成像儀攝圖像視場(chǎng)時(shí)，測(cè)試時(shí)會(huì)受到其他設(shè)備熱輻射的影響，其他臨近設(shè)備熱輻射能夠較大影響溫度測(cè)量，直接造成讀數(shù)誤差。此時(shí)熱像圖上顯示溫度與受檢部位的實(shí)際溫度產(chǎn)生偏差。因此，建議在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電站鍋爐外部檢驗(yàn)時(shí)，盡量使紅外熱成像儀的攝像視場(chǎng)同受檢部位面積接近，同時(shí)盡量把受檢部位和部件的外圍設(shè)備排除在攝像視場(chǎng)之外。

3 紅外熱成像技術(shù)的檢驗(yàn)方法和判斷依據(jù)

3.1 表面溫度判斷法[6]。表面溫度判斷法對(duì)于保溫不良缺陷、閥門內(nèi)漏缺陷的檢驗(yàn)均適用。對(duì)于鍋爐本體和管道部位的保溫不良缺陷《火力發(fā)電廠熱力設(shè)備耐火及保溫檢修導(dǎo)則》明確了保溫外表面的允許溫度值：當(dāng)環(huán)境溫度低于27℃時(shí)，設(shè)備與管道保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度不應(yīng)超過(guò)50℃；當(dāng)環(huán)境溫度高于27℃時(shí)，保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度允許比環(huán)境溫度高25℃。

3.2 圖像特征判斷法。圖像特征判斷法僅適用于閥門內(nèi)漏缺陷的檢驗(yàn)，當(dāng)閥門本體兩側(cè)的引入和引出管從熱像圖上均有高熱反映，且兩側(cè)溫差不大，那么說(shuō)明內(nèi)漏缺陷較嚴(yán)重，如兩側(cè)溫差較大，那么說(shuō)明內(nèi)漏缺陷較輕微，如出口側(cè)基本沒(méi)有高熱反映，那么說(shuō)明受檢閥門無(wú)內(nèi)漏缺陷。

3.3 相對(duì)溫差判斷法。相對(duì)溫差判斷法主要針對(duì)法蘭接口微量泄漏、密封不嚴(yán)泄漏檢查，當(dāng)熱像圖上顯示受檢部位存在超溫，說(shuō)明受檢部位存在泄漏。檢驗(yàn)員在整個(gè)超溫區(qū)域的熱像圖上尋找到超溫區(qū)域中存在的最高溫度點(diǎn)，那么相應(yīng)部位即存在的泄漏點(diǎn)。

[1]國(guó)家質(zhì)檢總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).DL/T936-2005火力發(fā)電廠熱力設(shè)備耐火及保溫檢修導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則[S]，1999.

TK226.1

A

1671-0037（2014）09-100-2

胡越峰（1974.3-），男，助理工程師，大專，研究方向：熱能動(dòng)力。