劉林勇

（棗莊市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 棗莊 277100）

目前，原油輸送、電力運輸?shù)阮I(lǐng)域都需要應(yīng)用壓力管理設(shè)施。然而，在壓力管道長期運行的過程中，極有可能受到各種內(nèi)外因素的影響導(dǎo)致管道壓力發(fā)生變化。久而久之，就會造成腐蝕、焊縫焊接開裂等嚴(yán)重后果，由此加大了泄漏問題、爆炸事故的發(fā)生機率。在這各情況下，有必要采用先進(jìn)科學(xué)、安全可靠的檢測技術(shù)對在用壓力管道實施真正意義上的無損檢測。面對這一需求，紅外熱成像技術(shù)憑借其整體優(yōu)勢呈現(xiàn)出較高的應(yīng)用水平，值得針對其技術(shù)應(yīng)用策略進(jìn)行全面系統(tǒng)的探究。

1 在用壓力管道檢測中紅外熱成像技術(shù)概述

紅外熱成像技術(shù)作為一種新型無損檢測技術(shù)，雖然其誕生與應(yīng)用時間相對較短，卻在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出檢測速度快、精度高、無需接觸管道、操作簡便等一系列其他無損檢測技術(shù)無可比擬的整體優(yōu)勢，可以說實現(xiàn)了真正意義上的無損檢測。物理學(xué)相關(guān)理論告訴我們，任何一種物體都具有發(fā)散和吸收電磁熱輻射的特性。而各種物質(zhì)之間所不同的是，會受到溫度變化、物體形態(tài)以及各種自身特有因素的影響對于電磁熱輻射表現(xiàn)出不同的發(fā)散和吸收程度。在應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)對在用壓力管道進(jìn)行無損檢測時，就是借助管道的輻射特性，在紅外熱像儀顯示屏上呈現(xiàn)出管道表面溫度以及外形輪廓狀態(tài)，而且這種檢測不僅僅局限于可見范圍內(nèi)，針對不可見部位同樣可以在紅外波段方面有所收獲，使在用管道設(shè)施的檢測范圍獲得大幅提升。在實際檢測的過程中，需要應(yīng)用紅外探測設(shè)備、紅外熱像儀、成像裝置以及數(shù)據(jù)分析技術(shù)。現(xiàn)階段，在針對被檢測物體表面總輻射度進(jìn)行檢測時，主要遵循的是“斯蒂芬-波爾茨曼定律”，其計算公式為：S=εσT4。式中，S表示被檢測物體表面總體輻射度，σ所代表的是斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù)，ε表示gn被檢測物體表面相對應(yīng)的平均發(fā)射率，T表示待測物體表面溫度。隨著我國紅外熱像儀檢測精度的不斷提高，在實際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出較高的溫度分辨率和檢測精度。在其自帶顯示屏上，可以非常清晰的呈示出在用管道表面溫度，協(xié)助工作人員優(yōu)質(zhì)高效的完成在用壓力管道檢測任務(wù)。

2 紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用原理

依據(jù)力學(xué)相關(guān)理論知識，已知在物質(zhì)分組運動過程中會出現(xiàn)紅外線熱輻射現(xiàn)象。而紅外線檢測設(shè)備就是基于這一物理特性，接收物質(zhì)熱輻射信號，再運用成像技術(shù)將熱輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而將被檢測物質(zhì)的各項數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在顯示屏，使人們能夠快速、準(zhǔn)確的了解被檢測物質(zhì)當(dāng)前狀態(tài)。通過這一成像過程可以看出，紅外探測設(shè)備、成像設(shè)備以及分析系統(tǒng)是紅外熱成像技術(shù)的關(guān)鍵要素。從理論角度上看，凡是0℃以上的物質(zhì)，均會發(fā)生熱輻射現(xiàn)象，也可以將其視為熱輻射源。但是，如果這種物質(zhì)內(nèi)部存在某種質(zhì)量缺陷，極易導(dǎo)致其內(nèi)部熱輻性質(zhì)發(fā)生變化，或者出現(xiàn)某異?，F(xiàn)象。以在用壓力管理為例，極有可能受到溫度變化的影響，導(dǎo)致管道壁厚發(fā)生變化，逐漸演變成腐蝕、焊縫焊接開裂等嚴(yán)重后果。要想針對此類問題進(jìn)行提前防范，可以運用紅外熱成像技術(shù)能夠?qū)υ谟脡毫艿辣砻鏈囟冗M(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果即可得知壓力管道內(nèi)部是否存在質(zhì)量缺陷，并有針對缺陷位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，以便于及時采用應(yīng)對措施，避免問題進(jìn)一步惡化，防范油氣泄漏、管道爆裂等事故的發(fā)生。通過對紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用過程進(jìn)行深入研究，總結(jié)出以下幾項技術(shù)特征：（1）紅外線探測儀器的焦距不僅達(dá)到20cm以上，還可以無線延伸。這一技術(shù)特性，決定了在應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)時，非需接觸被檢測物體表現(xiàn)，即可完成檢測任務(wù)，由此實現(xiàn)真正意義上的無損檢測。（2）紅外線探測儀器本身具有較強的抗干擾能力，其檢測結(jié)果不會外界環(huán)境因素的影響。（3）紅外熱成像技術(shù)具備較高的分辨率和檢測精確。（4）紅外熱成像技術(shù)的檢測范圍比較大，不僅可以同時針地動態(tài)以及靜態(tài)物質(zhì)進(jìn)行溫度實時檢測，還可以針對可見范圍和不可見區(qū)域的溫度變化進(jìn)行精準(zhǔn)測量?；谏鲜黾夹g(shù)特點，紅外熱成像技術(shù)在無損檢測中擁有較大的發(fā)展空間。

3 紅外熱成像技術(shù)的檢測對象及范圍

對于那些直接暴露外在的可見檢測區(qū)域，運用紅外熱成像儀進(jìn)行溫度檢測，可以非?？焖贉?zhǔn)確的呈現(xiàn)溫度值和熱隱患。而對于那些被遮擋的檢測區(qū)域，只要可以借助某一種媒介，同樣可以使用紅外熱成像儀對其表面溫度進(jìn)行有效檢測，從而協(xié)助檢測人員判斷被檢測對象是否存在熱隱患問題。除此之外，紅外熱成像技術(shù)在火災(zāi)情況偵測、設(shè)備或線路故障檢查以及真?zhèn)无q認(rèn)等領(lǐng)域內(nèi)也表現(xiàn)出強大的技術(shù)優(yōu)勢。在針對壓力管道進(jìn)行溫度檢測時，可以根據(jù)檢測溫度的變化幫助管道維護(hù)人員判斷檢測部位是否存在氣孔、夾渣以及未熔合等隔熱性缺陷，還可以針對局部區(qū)域管壁是否存在減薄、未填滿以及咬邊等缺陷問題。對于氣孔、夾渣以及未焊透等缺陷問題，通常都由于焊接質(zhì)量原因所造成的，可采用射線、超聲波以及渦流等方式對其做出進(jìn)一步檢測。而壓力管道在長期運行過程中，難免會存在一些腐蝕、沖刷等問題，由此導(dǎo)致管道局部厚度減薄。針對這一問題，可以采用超聲波對管壁厚度進(jìn)行檢測與測量。如果壓力管道線路較長，或者存在施工條件上諸多限制，則適合采用紅外線成像技術(shù)對其進(jìn)行局部減薄檢測，可以在很大程度上降低檢測難度，使壓力管理檢測工作得以高效推進(jìn)。另外，從紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用范圍上看，可以針對常見的壓力管道、壓力容器進(jìn)行有效檢測，在檢測過程中，及時、準(zhǔn)確的反映出熱缺陷問題。

對于在用壓力管理而言，主要存在夾鎢、未填滿、局部變薄、單面沒有焊透等較為常見的導(dǎo)熱性缺陷，以及未熔合、氣孔、夾渣、裂紋及根部沒有焊透等隔熱性缺陷問題。而不論是導(dǎo)熱性缺陷，還是隔熱性缺陷，都具有相應(yīng)的應(yīng)對解決措施，通過紅外熱成像技術(shù)做出準(zhǔn)確判斷之后，管道維護(hù)人員便要以針對具體問題采取相應(yīng)的解決措施，使問題得到妥善處理，達(dá)到減少管道運用故障的目的。對于那些長期運輸帶有腐蝕性、易燃易爆物質(zhì)的壓力管理而言，在其管壁上必然會出現(xiàn)一些腐蝕部位，而遭到磨蝕性破壞管壁必然會局部變薄。在針對此類壓力管道進(jìn)行無損檢測時，極有可能工作條件較為復(fù)雜，或者檢測環(huán)境較為惡劣，常規(guī)超聲檢測技術(shù)顯然難以滿足實際工作要求。唯有采用紅外熱成像技術(shù)，方可既精準(zhǔn)又快速的反映出壓力管道的真實狀態(tài)，為管道維護(hù)工作提供可靠的參考依據(jù)。

4 在用壓力管理表面的熱輻射情況

在用壓力管道的表面溫度會依據(jù)其自身輻射能力的不同而表現(xiàn)出些許差異。基于這一特性，在應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)時，其檢測結(jié)果也必然存在一定的差別。通常情況下，如果壓力管道存在缺陷，其表面輻射熱量的分布情況就會發(fā)生變化。此地，需要管道維護(hù)人員針對壓力管道熱表面輻射分布情況進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，進(jìn)而明確下一步管道維護(hù)工作的重點，并且協(xié)助管道維護(hù)人員針對性制訂缺陷問題修復(fù)方案，避免引發(fā)更加嚴(yán)重的后果。如果經(jīng)過紅外熱成像技術(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)管道外壁與內(nèi)壁之間的熱量輻射基本相同，便可以判斷壓力管道并不存在熱缺陷。如果發(fā)現(xiàn)管道外壁與內(nèi)壁之間熱量分布情況存在偏差，即可判斷壓力管道存在熱缺陷。在鎖定缺陷位置時，同樣通過對壓力管道外部、內(nèi)部之間的差異進(jìn)行檢測。在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)某個部位存在熱量堆積現(xiàn)象，則需要采用正面檢測方式對缺陷部位進(jìn)行復(fù)查，進(jìn)一步確認(rèn)缺陷程度及規(guī)模。如果壓力管道缺陷部位的處溫度較低，則需要采取背面檢測方式進(jìn)行復(fù)查。這種方式具有更強的針對性，可以保障檢測結(jié)果的有效性，幫助檢測人員更加準(zhǔn)確的鎖定隔熱缺陷位置。

5 紅外熱成像技術(shù)的檢測依據(jù)

在運用紅外熱成像技術(shù)對在用壓力管理進(jìn)行檢測時，首先要了解誘發(fā)壓力管道外壁溫度變化的主要因素，例如壓力管道壁厚，管道內(nèi)不同流體及流速等等，都會對壓力管道內(nèi)外給熱系數(shù)造成影響。對于接受檢測的壓力管道而言，在檢測過程中所顯示的流體特性、流體溫度、管道材料等均屬于定值?；谶@一前提，當(dāng)壓力管道壁厚出現(xiàn)異常情況時，管道表面溫度也會發(fā)生相應(yīng)的改變，由此判斷壓力管道是否存在缺陷及具體的缺陷位置。此后，管道維護(hù)人員便可以結(jié)合國外內(nèi)相關(guān)研究成果以及以往積累的工作經(jīng)驗，采取適合有效的管道修復(fù)措施，避免管理運行故障及事故的發(fā)生。

6 在用壓力管道紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用方法

目前，比較常用的紅外熱成像儀型號為HY-2001G，該設(shè)備屬于非致冷焦平面型，其響應(yīng)波段在8～14cm之間，檢測溫度分辨率為0℃。為了更加精簡直觀的描述紅外熱成像技術(shù)檢測過程中，開展以下實驗：首先，將各項檢測裝置安排就位。使用管道泵將管道連接成一個小循環(huán)系統(tǒng)，并且在系統(tǒng)當(dāng)中裝置一個水槽，在將水溫加熱至20～80℃之間，作為檢測介質(zhì)。在壓力管道某一局部預(yù)制一些缺陷，作為檢測對象。此后，根據(jù)壓力管道的熱量傳導(dǎo)性質(zhì)，設(shè)置實驗參數(shù)，具體包括管道缺陷尺寸、管道厚度以及介質(zhì)和環(huán)境溫差等等。在選擇實驗部位時，建議選擇不被陽光直射的區(qū)域，并且實驗對象表面不要涂漆。之所以這樣建議，因為當(dāng)實驗環(huán)境溫度較高時，紅外熱成像儀的靈敏度會有所下降，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果不夠精準(zhǔn)可靠。而缺陷尺寸對于紅外熱成像儀檢測靈敏度也具有一定的影響，據(jù)大量檢測實踐證明，當(dāng)缺陷深度越大或者管道壁厚比愈高時，檢測敏感度越高，檢測結(jié)果愈加真實有效。另外，在檢測實驗中，實驗人員分別針對流體低流速和高流速兩種情況的檢測結(jié)果進(jìn)行了對比。對比結(jié)果是，在低流速情況下的檢測靈敏度和檢測精準(zhǔn)均高于高速流。上述實驗方法及檢測結(jié)果對比分析，可以在一定程度上反應(yīng)出紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用方法與技巧。但是，更多的技術(shù)應(yīng)用路徑，還需要在今后的檢測實踐中，還需要相關(guān)技術(shù)人員、管道維護(hù)人員結(jié)合實際檢測需求和現(xiàn)場具體情況進(jìn)行持續(xù)不斷的探究與研究，做好工作經(jīng)驗總結(jié)，探索更加先進(jìn)科學(xué)的檢測手段，確保壓用壓力管理無損檢測水平的持續(xù)性提升。

7 結(jié)語

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善以及工業(yè)化水平的大幅提升，越來越多壓力管道設(shè)施投入使用，這些壓力管道在為人們?nèi)粘Ｉ睢⒐I(yè)化生產(chǎn)做出巨大貢獻(xiàn)的同時，也面臨著磨蝕、沖擊磨損、老化等問題。如果上述問題發(fā)現(xiàn)不及時，必然會引發(fā)管道泄漏、燃燒爆炸等嚴(yán)重后果。因此，在針對壓力管道進(jìn)行無損檢測方面，一直都給予高度重視。將紅外熱成像技術(shù)引進(jìn)到在用壓力管道檢測工作中，雖然存在應(yīng)用時間短、經(jīng)驗不夠成熟、運用成本較高等問題，但相信憑借其強大的技術(shù)優(yōu)勢與發(fā)展?jié)摿Γ貙⒃诮窈蟮膲毫艿罒o損檢測中發(fā)揮出更高的作用價值，呈現(xiàn)出普及應(yīng)用的良好局面，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。