摘要：近十几年来，红外热像技术一直是世界各主要发达国家研究的热点问题之一。目前，美国无损检测学会已经将红外热像技术列为正式的特种无损检测方法之一，并开展了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级无损检测人员的培训和考核工作。红外热像技术已成为航空、航天器和民用工业设备的裂纹、焊接状况、锈蚀和疲劳等方面的重要检测手段之一。基于此，本文主要对红外热成像技术在压力容器和管道检测中的应用及发展进行分析探讨。
关键词：红外热成像技术；压力容器；管道检测；应用及发展
1、前言
压力容器是具有爆炸危险的特种承压设备，它承受着高温、低温、易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质的高压力，一旦发生爆炸或泄漏往往并发火灾、中毒、污染环境等灾难性事故。即使在设计、生产、安装时都符合相关标准和规范，但经过一段时间的使用，受介质的温度、压力等因素的影响，使压力容器材料产生缺陷，从而引发安全事故。因此，对压力容器进行实时监控，并定期进行检测和补修是保障安全生产的重要措施。
2、红外检测的原理及应用
2.1通过物体表面辐射和物体内部耗散来进行红外检测
2.1.1压力容器及管道内部状态监测及性能评估
在煤化工装置中，许多压力容器和压力管道为避免腐蚀和隔热等原因在其内部装有内衬。如果这些内衬、内部管道或设备有损坏的话，将导致壁温升高和材料的性能下降，成为设备隐患。通常对于运行中设备内衬的检修方法是按周期安排停车检修，之后开釜开罐拆除内件以检查衬里的损伤程度，再予以修复。因此检修工作的盲目性较大，经常造成不必要的经济损失。更为严重的是只有在停车检查后才能知道内衬的损坏程度，若在损坏造成后果后才停车，将造成恶劣的设备事故，故通常很难及时地排除设备隐患。如果能通过检测器壁外的表面温度，及时发现异常高温区，采取相应的补救措施就可以避免事故发生和确保安全运行。红外热成像技术可以为化工设备内部状态的监测和性能状态评估提供了一种有效的方法。上海焦化有限公司气体分公司某装置换热器的可见光参考图以及热象图中，测量的环境温度为22℃，热象仪型号Ti25，在环境条件为室内、无阳光直射、风速小的情况下，发射率为0.95，图上P0部位为正常温度值94.7℃，P1部位为温度异常部位最高温度32.3℃。该部分面积低于正常值，温度差接近60℃。造成局部温度过低的原因可能是换热器该部位的列管堵塞，造成部分温度值低。可采取的措施为：停车检修时对该部位予以及时清洗或更换相应列管；为确保该换热器长期正常工作，建议定期对该部位进行检测，若发现有上述异常情况，在最近的检修时段内予以维护。
对于容器类的反应器，可结合热像图和反应器的结构特点对容器可能出现的热故障类型进行分析并建立与热像图之间的联系。一般冷壁加内衬的反应器热故障有三类：（1）不锈钢内衬有裂纹；（2）隔热层减薄，存在微裂纹及有冲刷孔洞；（3）隔热层有穿透性裂纹。为了更定量地了解设备衬里损伤程度和为修复工作提供更精确数据，对衬里损伤程度或参与衬里厚度计算和评估就有着重要的意义。一般可以采用热传导的基本定律即傅里叶定律对衬里壁厚进行计算。
利用红外热成像技术不仅可以通过热像图定性地分析衬里是否损坏，亦可利用传热学理论结合设备工艺条件及结构特点对一些热过程的残余厚度作进一步的分析和计算，为容器内部检修提供了科学依据。
2.1.2外保温层及类似情况检测
热成像技术也广泛应用于具有保温层的容器及管道，对于化工单位，通常都具有热管线纵横交错、分布繁多的特点，许多管线由于外壁保温层年久失修，造成保温材料的破损及脱落，管线外壁温度也随之增高，造成较大的热损失。采用红外热像仪可及时发现损坏情况以及具体损坏温度失常的位置。
2.1.3容器液位及管道异常检测
对于某些容器需要测定其液位及沉积物情况，使用红外热成像技术可直观的显示。储罐可见光参考图与红外热像图分别见图1和图2。
由储罐可见光参考图和红外热像图可见，该图像测量的环境温度为22℃，热象仪型号Ti25，在环境条件无阳光直射，风速小的情况下，发射率为0.95，P0部位为15℃，P1部位为25.4℃。储罐内存储的液体本身与上部气体有温度差，或由于液体的挥发使上部气液混相结合罐内压力导致温差，这些温差传递到储罐外壳，就可以使用红外热像仪在储罐外部拍摄到液位线。虽然储罐有液位计对液位进行控制，但液位计的失灵会导致空罐和满罐，使生产突然中断或造成储罐溢出事故，造成巨大损失；而使用红外热像仪可以直接在外表面拍摄出液位线，帮助设备维护人员及时发现有故障的液位计。某管道连接处的热像分析测量的环境温度为22℃，热象仪型号Ti25，在环境条件无阳光直射，风速小的情况下，发射率为0.95，P0部位为正常温度部位，温度值27.8℃，P1部位为异常处，温度超过正常范围，达95.6℃。产生异常温度的管道处于与法兰焊接处及弯管处，管道外表面最大温差近68℃。造成如此大温度差异的可能情况是由于管壁磨损变薄或焊接质量不好导致热量异常外泄，若不及时维护，可能会造成管道泄漏。为避免在生产中造成事故，可在停检时对该部位进行超声波测厚或进行更换。
图1 图2
2.2通过红外热扫描对被测物体进行检测
红外无损检测分为被动式（如热成像方法）和主动式（如热扫描方法）。其中被动式无论在国外还是国内均已广泛应用，但是作为热扫描的主动方式，国外虽已广泛应用，国内的应用却还不普及。被动式是利用被测物体或者材料自身的热辐射来进行热成像，如以上的各个实例，均是设备本身发热，均属于被动式。而主动式则是人为地对被测物体或材料注入恒定热量利用热像仪进行热扫描检测。利用红外热扫描方式对玻璃钢板材的内部缺陷（因内部脱胶造成的空气夹层）、对碳基复合材料内部缺陷及轴承滚子表面裂纹和轴表面缺陷内部缺陷的检测。
对表面裂纹的检测，是通过两个方面在热像图中区别出缺陷。一是有缺陷处的红外辐射发射率与无缺陷处不同；二是有缺陷和无缺陷处的表面散热不同，导致温度不一致。这两个因素使红外热辐射的分布不连续，从而在热像图中分析出缺陷。对于工件内部缺陷检测是通过给被测工件注入恒定热量时，由于有缺陷处传热受阻，导热在某一时刻有缺陷的部位温度会低于无缺陷处，从而在热扫描过程中随着注入热像图的逐渐变化，在某一最佳时刻发现缺陷所在部位。因此，利用主动式热扫描方式的试验方法和检出缺陷的原理对设备部件的缺陷检测有着深刻的意义和应用前景。
3、结语
总体来说，红外热像技术在国内目前尚属起步阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，加之影响其可靠性和精确性的因素较多，在检测原理、检测工艺和检测结果的识别与评判等方面还有待进一步改进和完善，缺乏相应的操作规范。在实际检测中，对于热图像的识别还停留在依赖经验阶段，没有上升到理论阶段，对各种故障形式所表现的红外成像特征、红外热图像与故障严重程度的内在联系等问题还有待深入、系统地研究。开发新型热激励方法，进一步提高红外无损检测的定量技术水平，将相应的检测方法系统化和规范化，切实提高实际检测效率和检测可靠性，将是我国红外无损检测技术在承压设备检验应用上的重要课题和发展方向。
参考文献：
［１］叶玉堂，刘爽．红外与微光技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２０１０．
［２］陈永浦．红外辐射红外器件与典型应用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００６．
论文作者:吴旭景
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
标签：缺陷论文; 温度论文; 部位论文; 管道论文; 衬里论文; 设备论文; 内衬论文; 《电力设备》2018年第17期论文;