張輝

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院泰州分院，江蘇 泰州 225500）

1 前言

承壓類特種設(shè)備主要有鍋爐、壓力容器、壓力管道等，它們可能存在高溫、高壓、有毒有害、易燃易爆等特點(diǎn)，安全運(yùn)行責(zé)任重大，定期進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)排除安全隱患是十分重要和必要的。目前，對(duì)承壓類特種設(shè)備的年度檢驗(yàn)和因結(jié)構(gòu)原因無(wú)法進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)的承壓類特種設(shè)備的檢驗(yàn)，多以宏觀檢查、壁厚測(cè)量、功能測(cè)試及安全附件與儀表檢查為主，對(duì)設(shè)備內(nèi)部的工作狀態(tài)缺乏有效的監(jiān)控，不能及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部缺陷，并及時(shí)采取相應(yīng)措施排除安全隱患來(lái)確保設(shè)備的安全運(yùn)行，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。紅外熱成像技術(shù)具有非接觸和無(wú)損的特點(diǎn)，不僅可以降低檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)過(guò)程中自身的安全風(fēng)險(xiǎn)，還可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的安全隱患，不僅能夠提升承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)的有效性與準(zhǔn)確性，也大幅提升了承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)的效率與安全程度。這意味著紅外熱成像技術(shù)在承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)中有著較大的應(yīng)用空間。

2 關(guān)于紅外熱成像技術(shù)

2.1 紅外熱成像技術(shù)的原理

從熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容中可得知，理論上物體表面都會(huì)發(fā)射紅外輻射能，紅外熱成像技術(shù)就是基于這一現(xiàn)象開(kāi)發(fā)出的。紅外熱成像技術(shù)的原理在于探測(cè)物體的輻射能量與發(fā)射率，以此計(jì)算出物體的溫度并生成直觀圖像。紅外熱成像技術(shù)多需要借助熱像儀及紅外探測(cè)器，紅外探測(cè)器是為了接收物體表面的輻射能，熱像儀則借助內(nèi)部的分析軟件對(duì)接受到的輻射能進(jìn)行存儲(chǔ)分析，將分析結(jié)果生成專業(yè)報(bào)告，也能夠?qū)D像上的熱像圖及其他相關(guān)參數(shù)下載到電腦中進(jìn)行操作分析。當(dāng)前的紅外熱成像技術(shù)結(jié)合了計(jì)算機(jī)、探測(cè)傳感技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等各類型技術(shù)，能夠?qū)⒓t外輻射圖像轉(zhuǎn)換為具有較強(qiáng)直觀性的可見(jiàn)圖像，因此在功能上具備非接觸、實(shí)時(shí)、全場(chǎng)及形象直觀等特點(diǎn)，十分適用于應(yīng)用到承壓特種設(shè)備的運(yùn)行檢驗(yàn)檢測(cè)、維護(hù)及前期管理工作中。

2.2 紅外熱成像技術(shù)的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)行紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用需要借助包括紅外探測(cè)器、熱圖像分析軟件（熱像儀）實(shí)現(xiàn)，在對(duì)物體表面的輻射熱量進(jìn)行充分分析后即可生成專業(yè)檢測(cè)報(bào)告。對(duì)承壓類特種設(shè)備而言，其使用管理工作的主要目的就是采取有效、合理的檢驗(yàn)檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)采取相應(yīng)整改和監(jiān)控措施來(lái)排除安全隱患，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。在紅外熱成像技術(shù)的幫助下，檢驗(yàn)人員可以在設(shè)備不停機(jī)的情況下進(jìn)行非接觸式檢測(cè)，降低自身檢驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能夠獲得設(shè)備運(yùn)行的高精度、高度專業(yè)化的檢測(cè)數(shù)據(jù)，借助這些數(shù)據(jù)可以判斷出缺陷的位置、類型及風(fēng)險(xiǎn)危害程度，并采取最合適、最有效的整改措施與監(jiān)控使用方案來(lái)排除安全隱患，這對(duì)最大限度提升設(shè)備的使用性能、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳使用效率以及保障設(shè)備的安全生產(chǎn)很有幫助，進(jìn)而有效控制設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)事故的概率，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)運(yùn)行成本的有效控制。有些承壓類特種設(shè)備由于各種特殊原因不能按時(shí)定期檢驗(yàn)，使用單位在完成備案及批準(zhǔn)手續(xù)后可以延期檢驗(yàn)，但需采取相應(yīng)的監(jiān)控措施來(lái)保證設(shè)備的安全運(yùn)行，設(shè)備的運(yùn)行溫度往往能夠直接反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而紅外熱成像技術(shù)本身無(wú)接觸檢測(cè)的特點(diǎn)不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常點(diǎn)，是有效的監(jiān)控措施之一。由此可見(jiàn)，紅外熱成像技術(shù)能夠在承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)工作中發(fā)揮獨(dú)有的價(jià)值并有廣闊的應(yīng)用空間。

3 紅外熱成像技術(shù)在承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)中的具體應(yīng)用

3.1 壓力容器與壓力管道內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及性能評(píng)估

化工設(shè)備多以壓力管道與壓力容器的形式為主，為了防止化學(xué)品腐蝕壓力容器與壓力管道，通常會(huì)在壓力容器與壓力管道的內(nèi)壁裝置一層或是數(shù)層內(nèi)襯進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)還能起到為壓力容器與管道隔熱的作用。如果設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)殚L(zhǎng)期沖刷及各種異常工況導(dǎo)致內(nèi)襯損壞，不僅會(huì)出現(xiàn)損壞位置金屬溫度升高的局面，溫度的提升也會(huì)影響內(nèi)部材料的力學(xué)性能，還會(huì)出現(xiàn)腐蝕減薄、泄漏、裂紋等現(xiàn)象，最終對(duì)材料性能整個(gè)甚至整套化工設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。早先化工廠多根據(jù)大修周期，采用定期停工進(jìn)行全面檢驗(yàn)，針對(duì)損壞狀態(tài)再制定相應(yīng)維修方案，但這種維護(hù)策略缺乏即時(shí)性，在出現(xiàn)短期內(nèi)難以解決的安全隱患的情況下往往使得工作人員處于被動(dòng)，對(duì)化工廠的正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，還有可能導(dǎo)致整個(gè)化工廠面臨經(jīng)濟(jì)損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外熱成像技術(shù)開(kāi)始被應(yīng)用到壓力容器與壓力管道內(nèi)部工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及設(shè)備性能評(píng)估工作中，利用紅外熱成像技術(shù)無(wú)接觸、高精度、實(shí)時(shí)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，工作人員能夠隨時(shí)觀測(cè)壓力容器及管道的溫度變化異常部位，進(jìn)而定性、定量評(píng)估設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)與性能，及時(shí)采取相應(yīng)的維護(hù)檢修工作，排除安全隱患或者最大程度阻止安全隱患擴(kuò)大發(fā)展，保障設(shè)備的安全運(yùn)行，在最大程度上幫助化工廠避免潛在的經(jīng)濟(jì)損失。

如果是對(duì)化工設(shè)備中的反應(yīng)容器進(jìn)行檢測(cè)，則可采取結(jié)合反應(yīng)器熱圖像及容器結(jié)構(gòu)特征的方法，對(duì)容器中產(chǎn)生的熱故障的類型、成因進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)建立不同熱圖像之間的關(guān)系。某些承壓類特種設(shè)備內(nèi)部會(huì)配置冷壁與內(nèi)襯，其熱故障多以不銹鋼內(nèi)襯出現(xiàn)裂紋、隔熱層出現(xiàn)微裂紋和沖孔、穿透裂紋為主。在這種情況下，對(duì)內(nèi)襯損壞程度的計(jì)評(píng)估就成了了解襯里損壞程度、確定維修工作數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。此時(shí)，就可應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)內(nèi)襯損壞的狀態(tài)進(jìn)行定性，在此基礎(chǔ)上還能結(jié)合傳熱理論、相關(guān)技術(shù)條件及設(shè)備結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，對(duì)熱過(guò)程下內(nèi)襯的殘余厚度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，為設(shè)備的維護(hù)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.2 外保溫層及其他同類內(nèi)容的檢測(cè)

紅外熱成像技術(shù)同樣可應(yīng)用在具有絕熱能力的壓力管道與壓力容器中。部分設(shè)備可能會(huì)因?yàn)橥獗诒貙永匣軗p或設(shè)備出現(xiàn)泄漏導(dǎo)致外壁溫度升高的情況，這種情況會(huì)加劇熱損失。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種問(wèn)題，就可應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)損壞位置及損傷程度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。另一方面，紅外熱成像技術(shù)還能用于顯示工業(yè)鍋爐和壓力容器中的液位，由于工業(yè)鍋爐和壓力容器在使用過(guò)程中會(huì)在內(nèi)部出現(xiàn)液、氣混合的情況。在這種情況下，就可應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)掃描設(shè)備內(nèi)部，確定設(shè)備內(nèi)部液體水平，對(duì)液體水平的精準(zhǔn)定位，以使生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行得到可靠保障。

3.3 輻射應(yīng)力分析

承壓類特種設(shè)備在經(jīng)歷加工、使用過(guò)程時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變化，而應(yīng)力變化也會(huì)導(dǎo)致溫度變化的出現(xiàn)，此時(shí)如果應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)生成圖像的內(nèi)容同樣會(huì)產(chǎn)生變化，這種變化就能夠有效反映物體的應(yīng)力變化狀態(tài)。這意味著通過(guò)紅外熱成像技術(shù)反饋得來(lái)的信息，檢驗(yàn)人員能夠深入了解材料在應(yīng)力變化過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，并對(duì)材料應(yīng)力變化狀態(tài)進(jìn)行分析。一般情況下，如果材料處于危險(xiǎn)狀態(tài)，其應(yīng)力會(huì)在材料最終屈服之前集中在裂紋周?chē)?，因此材料裂紋周?chē)臏囟葧?huì)表現(xiàn)出明顯的特征。當(dāng)材料發(fā)生屈服后，裂紋附近原本集中的應(yīng)力會(huì)跟隨塑性變形的變化逐漸釋放，表現(xiàn)出的溫度圖像也會(huì)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為與塑性變形相關(guān)的紅外線輻射迅速增加，因此可通過(guò)圖形紅外輻射的變化規(guī)律查探到裂紋出現(xiàn)的位置、規(guī)律及狀態(tài)，對(duì)承壓類特種設(shè)備的檢驗(yàn)檢測(cè)提供一定的技術(shù)支撐，但這一技術(shù)當(dāng)前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，在實(shí)際應(yīng)用上還面臨著眾多因素的制約，因此這也是紅外熱成像技術(shù)急需解決的技術(shù)問(wèn)題之一。

4 結(jié)語(yǔ)

相比其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，紅外熱成像技術(shù)在承壓類特種設(shè)備運(yùn)行檢驗(yàn)中的應(yīng)用具有非接觸、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及更高精度的優(yōu)勢(shì)。不僅為承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)增加了檢驗(yàn)手段，還助推了承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。但就其實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)來(lái)看，環(huán)境中存在的其他熱源同樣會(huì)對(duì)紅外圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，同時(shí)包括大氣傳輸、目標(biāo)輻射率在內(nèi)的其他干擾因素也會(huì)影響紅外測(cè)溫的精度。另一方面，紅外熱成像技術(shù)的溫度分辨率及空間分辨率還需要進(jìn)一步提高，以滿足不斷提升的檢驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)需求。隨著科技不斷進(jìn)步，這些問(wèn)題將隨著信息與數(shù)字技術(shù)、探測(cè)傳感技術(shù)的發(fā)展得到有效解決。