惠志全 羅健剛 楊俊強(qiáng)

（廣州特種承壓設(shè)備檢測研究院 廣州 510663）

特種設(shè)備是指對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全有較大危險(xiǎn)性的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施等[1]。按照特種設(shè)備的工作模式又可以分為承壓類及機(jī)電類兩大類。特種承壓設(shè)備往往伴隨著高溫或者低溫，高壓的工作環(huán)境，設(shè)備外表也通常覆蓋保溫層。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)溫度的使用范圍較小，通常要求設(shè)備停機(jī)并拆除局部保溫層進(jìn)行抽查檢測，無法對(duì)設(shè)備進(jìn)行整體的運(yùn)行狀況的判斷，停機(jī)檢測也大大增加了企業(yè)的檢測成本。而利用紅外熱成像技術(shù)可以對(duì)在役設(shè)備外表的整體溫度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，具有測溫準(zhǔn)確、非接觸、測溫距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)[2]，并通過測得的熱圖像特征對(duì)設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行判斷。本文對(duì)特種承壓設(shè)備中常見的鍋爐、壓力容器、壓力管道如何運(yùn)用紅外熱成像檢測技術(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

1 紅外熱成像技術(shù)的基本原理

紅外熱成像檢測的基本原理是捕捉待檢測設(shè)備發(fā)出的紅外輻射，并形成可見的圖像，物體溫度越高，紅外輻射量越大。不同的溫度、不同的物體輻射的紅外線的強(qiáng)度不同。紅外熱成像技術(shù)就是將紅外圖像轉(zhuǎn)換成輻射圖像并從中反映出物體不同部位溫度值的技術(shù)。其成像的基本原理如圖1所示，待測物體（A)輻射的紅外能量，經(jīng)光學(xué)鏡片（B)聚焦于探測器（C)上，并引起光電反應(yīng)，電子裝置（D)讀取該反應(yīng)，從而將熱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子圖像（E)，并顯示在屏幕上[3]。

設(shè)備的紅外輻射承載著設(shè)備的信息，通過將獲取的紅外熱成像圖與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)備允許的運(yùn)行溫度范圍或者設(shè)備正常的運(yùn)行溫度范圍進(jìn)行比較可以分析出設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，從而判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障及出現(xiàn)故障的部位。

圖1 紅外熱成像技術(shù)原理

2 紅外熱成像技術(shù)在特種承壓設(shè)備檢測中的應(yīng)用

2.1 紅外熱成像技術(shù)在鍋爐檢測中的應(yīng)用

鍋爐是可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)鍋爐在使用過程中承受壓力和溫度，是一種能源消耗大具有較高危險(xiǎn)的特種設(shè)備。按照加熱的載體通常可分為蒸汽鍋爐及有機(jī)熱載體鍋爐。鍋爐能源消耗巨大，運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)可以對(duì)鍋爐整體的溫度分布進(jìn)行直觀的觀察，如圖2（a）可以看出鍋爐局部保溫不良，大量的熱能被浪費(fèi)掉，可以有針對(duì)性地對(duì)保溫不良的地方進(jìn)行修補(bǔ)。圖2（b）為有機(jī)熱載體鍋爐高位槽熱成像圖，高位槽表面最高溫度已經(jīng)達(dá)到150.2℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范中建議的不超過70℃，高位槽中有機(jī)熱載體溫度過高將加速有機(jī)熱載體與空氣接觸時(shí)老化的速度，使有機(jī)熱載體性能變差，降低有機(jī)熱載體鍋爐熱效率并帶來安全隱患。圖2（c）為鍋爐循環(huán)泵紅外熱成像圖，鍋爐循環(huán)泵溫度偏高，可能存在事故隱患。

圖2 紅外熱成像技術(shù)在鍋爐檢測中的應(yīng)用

2.2 紅外熱成像技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用

壓力容器作為儲(chǔ)存、反應(yīng)及熱交換的設(shè)備，按使用溫度可分為低溫容器、常溫容器及高溫容器?？梢岳眉t外熱成像技術(shù)檢測設(shè)備溫度的分布情況進(jìn)而確認(rèn)設(shè)備的運(yùn)行情況。圖3（a）用紅外熱成像技術(shù)檢測分汽缸的疏水閥是否正常工作，正常工作的蒸汽疏水閥，其蒸汽一側(cè)的溫度應(yīng)該高于冷凝一側(cè)的溫度，該圖中的情況正是如此；圖3（b）為某大型立式液化天然氣貯罐，頂部局部溫度偏低，說明容器可能存在保冷不良，珠光砂下沉現(xiàn)象[4]，這將影響容器內(nèi)介質(zhì)的貯存；圖3（c）為通過溫度來判斷大型儲(chǔ)罐的液位水平[5]。

圖3 紅外熱成像技術(shù)在壓力容器檢測中的應(yīng)用

2.3 紅外熱成像技術(shù)在壓力管道檢測中的應(yīng)用

壓力管道作為輸送工藝介質(zhì)及熱量的重要媒介，通過判斷管道溫度分布狀況，可以檢測出管道的運(yùn)行狀況。圖4（a）看出管道膨脹節(jié)溫度偏高，會(huì)浪費(fèi)大量的能源；圖4（b）為拆除保溫情況下管道表面的溫度分布，文獻(xiàn)[6]研究了管道溫度表面分布與內(nèi)部缺陷的關(guān)系，認(rèn)為管道表面溫度偏高的區(qū)域內(nèi)部可能存在管壁減薄性缺陷，在壁厚抽查及無損檢測環(huán)節(jié)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注；圖4（c）為通過溫度的差異來檢測復(fù)雜系統(tǒng)管線的工藝流程，判別不同管線的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)管線進(jìn)行劃分。

圖4 紅外熱成像技術(shù)在壓力管道檢測中的應(yīng)用

3 紅外熱成像技術(shù)使用的注意事項(xiàng)

作為一種先進(jìn)的檢測技術(shù)，紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用給特種承壓設(shè)備的檢測帶來了極大的便利。但檢測分析的基礎(chǔ)是確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，影響測溫準(zhǔn)確與否主要取決于四個(gè)因素[7]包括物體表面發(fā)射率、大氣衰減、環(huán)境及測溫距離。在實(shí)際的檢測中，盡量選擇空氣清新的少塵或無塵的環(huán)境下進(jìn)行，讓環(huán)境溫度與目標(biāo)物體的溫度差別盡量大，檢測的距離盡量短，而影響最大的則是物體表面發(fā)射率的影響。以不銹鋼水杯內(nèi)裝75℃熱水為檢測對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)，不銹鋼水杯外側(cè)分別貼有紅色和黑色的電工膠帶，日光圖見圖5（a），紅外熱成像圖見圖5（b），采用接觸法直接測得不銹鋼水杯表面溫度為74.7℃?？梢姡N有電工膠帶的部位可以準(zhǔn)確地測出物體表面的溫度，而在采用同一發(fā)射率進(jìn)行測試的情況下，直接測試不銹鋼表面的溫度與實(shí)際溫度值偏差較大。因此，在實(shí)際的檢測過程中，對(duì)外表面為不銹鋼、包有鋁箔等表面反射及輻射率差別較大的材料檢測前應(yīng)進(jìn)行輻射率的標(biāo)定。輻射率標(biāo)定的具體方法為：1）將膠帶貼在被測物體表面，充分預(yù)熱；2）調(diào)整熱像儀輻射率，直至無膠帶表面溫度與有膠帶的表面溫度相同；3）此時(shí)的輻射率即為目標(biāo)物體的輻射率。通過對(duì)檢測環(huán)境的選擇、距離的控制及待測物體輻射率的修正可以將測量的結(jié)果控制在較高的精度范圍內(nèi)，并以此檢測結(jié)果作為分析判斷的基準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備及其運(yùn)行狀況進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

圖5 紅外熱成像檢測溫度試驗(yàn)

4 結(jié)論

紅外熱成像技術(shù)具有很多其他無損檢測技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)，利用紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以提高特種承壓設(shè)備的檢測效率，通過圖像處理診斷出設(shè)備的故障隱患，及時(shí)采取相應(yīng)的措施排除故障，避免事故的發(fā)生，對(duì)確保特種承壓設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義，但在檢測過程中應(yīng)熟悉設(shè)備的使用原理及方法，按照正確的操作步驟進(jìn)行，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

[1]中華人民共和國特種設(shè)備安全法[S].

[2]林群武. 紅外熱成像技術(shù)在電力系統(tǒng)設(shè)備故障檢測中的應(yīng)用研究[D]. 合肥：安徽理工大學(xué)，2016.

[3]丁德武，申屠靈女，鄒兵，等. 紅外熱成像技術(shù)在石化裝置泄漏隱患檢測中的應(yīng)用[J]. 安全、健康和環(huán)境，2015，15（12）：17-20.

[4]勞英杰. 紅外熱成像技術(shù)在低溫絕熱壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)工程與裝備，2012， 20（08）：176-178.

[5]史強(qiáng)，朱文勝，胡洋. 紅外熱成像技術(shù)在煉油行業(yè)的應(yīng)用[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，2012，30（01）：55-60.

[6]趙燁,方正中,李霞. 在用壓力管道檢測中紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2008， 23（05）：25-27.

[7]張杰. 紅外熱成像測溫技術(shù)及其應(yīng)用研究[D]. 成都：電子科技大學(xué)，2011.