紅外熱像技術在石化節(jié)能領域的應用

錦州石化公司設備研究所 申大勇

本文簡要地介紹了紅外熱像檢測技術的原理及特點，并利用實例說明了紅外熱像技術在熱力管道保溫測試與評估中的應用。

紅外熱像技術應用于石化設備的定期檢測及故障診斷主要是基于紅外輻射測溫的原理。依靠紅外熱像儀可以快速方便地獲取被測物體二維熱圖像的特點，對石化熱設備進行定期檢測，根據(jù)被測物體各部位的溫度差異，以及物體同一部位在不同時期的溫度差異，再結合設備、裝置結構等狀況，來診斷設備的運行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)故障，再進一步分析診斷故障發(fā)生部位、損傷程度及引起故障的可能原因，從而為保證設備的“安、穩(wěn)、長”運行提供科學依據(jù)。

1.紅外熱像儀測溫特點

（1）測溫范圍大。一般熱像儀均可測量0～2 000℃范圍的溫度。

（2）可以借助顯微鏡頭對直徑為幾微米或更小的目標進行測溫。

（3）可以快速進行設備的熱診斷。

（4）靈敏度高，根據(jù)其型號的不同，可以分辨0.1℃或者更小的溫差。

（5）不會對所測量的溫度場產(chǎn)生干擾。這優(yōu)于直接接觸測溫的儀器如熱電偶。

（6）使用安全。由于測量的非接觸性，使得熱像儀使用起來非常安全。

2.紅外熱像技術的應用領域

（1）在檢測輸送管線方面的應用。在石油化工企業(yè)，通常會使用管線輸送蒸汽、原料、產(chǎn)品等，通常管線外會包裹保溫、保冷隔層，通過紅外熱像儀可以方便地查看管道的保溫、保冷隔層有無破損、是否有泄漏。①加熱爐管積炭結焦堵塞，由于積炭部位和其他部位熱容量不同導致溫差，這些溫差傳遞到管線外殼，這樣就可以從紅外熱像圖分辨出爐管結焦程度（如圖1所示）。②煙氣管道內壁受磨損或者腐蝕導致減薄，其溫度會比正常部位溫度偏高，從紅外熱像圖可以檢測出磨損、腐蝕導致減薄的部位。③管道由于局部溫度波動較大，導致材料熱疲勞造成裂紋、泄漏，故障處會滲漏管道內介質，如果管道內介質為高溫介質或者低溫介質（如氨氣）時，管道滲漏介質與管道外壁就有溫差，紅外熱像儀可以輕易拍攝到泄漏點。④管道保溫、保冷隔層脫落，其脫落處溫度偏高，可在熱像圖中清晰顯示（如圖2所示）。熱像儀還可檢測出管道溫度，作為保溫、保冷是否達到規(guī)定效果的判斷依據(jù)。

圖1 管道保溫熱像圖與實際照片對比

（2）在檢測連接法蘭方面的應用。石化企業(yè)存在大量的塔、罐、釜等裝置，自然也就存在許多的法蘭連接。法蘭的密封容易發(fā)生問題，導致管道輸送的蒸汽、原料、產(chǎn)品等在管道法蘭連接處有泄漏（如圖2所示）。利用熱像儀可以迅速、安全地發(fā)現(xiàn)泄漏部位。

（3）在加熱爐評估方面的應用。利用熱像儀主要對加熱爐以下四方面進行評估：①排煙熱損失。②氣體不完全燃燒熱損失。③散熱損失。④襯里損傷。

圖2 緩沖罐及法蘭的紅外熱像圖

評估產(chǎn)生的主要效益：①改善爐子燃燒節(jié)能技術，包括高效燃燒器、燃燒控制技術、燃料添加劑。主要是使爐子燃燒過程更完全、充分。②加強保溫節(jié)能技術，主要是采用新型高效保溫、襯里材料，提高爐體保溫效果，減少散熱損耗。③減少排煙，提高節(jié)能水平。

（4）在供電系統(tǒng)的應用。利用紅外熱像儀能夠快速定位供電系統(tǒng)的問題所在，從而降低維護工作量和減少過維護，節(jié)能降耗，如圖3所示。

圖3 典型的進線接頭發(fā)熱紅外熱圖

3.蒸汽管道節(jié)能檢測評估實例

（1）檢測基本參數(shù)。為了能準確地掌握高溫蒸汽管線的保溫狀況，采用日本NIKON S270A型紅外熱像儀進行測試，并對結果進行了分析。量程-20～1 500℃，測試精度0.1℃。3.5MPa高溫蒸汽管線，進口取自熱電廠2號爐出口處，管道出口取重整車間進口處（長度為400m），動力蒸汽出口與德馬克壓縮機的入口的蒸汽參數(shù)見表1。所取參數(shù)都從儀表上讀出。

本測試進行據(jù)國家技術監(jiān)督局GB4272-92《設備及管道保溫技術通則》及據(jù)國家標準局GB8174-87《設備及管道保溫效果的測試與評價》規(guī)定：①凡設備、管道及其附件的保溫結構外表面溫度高于323K（50℃）時視為不合格。②當設備、管道及其附件外表面溫度為400℃時，保溫后允許的最大散熱損失為227W/m2。

（2）檢測結果。2009年5月，對3.5MPa高溫蒸汽管線進行了紅外測試，獲得管道外壁表面溫度場熱像圖數(shù)百幅。運用紅外分析軟件，計算出表面平均溫度為30.2℃，環(huán)境溫度為20℃，計算出平均熱流密度為510.8W/m2，超標情況嚴重。在測試過程中對于表面溫度低于50℃的保溫段不進行熱流計算，只對表面溫度超過50℃的保溫進行熱損失計算。

表1 動力蒸汽出口與德馬克壓縮機的入口的蒸汽參數(shù)

（3）效益分析。①降低能耗：在測試與評估過程中發(fā)現(xiàn)，此段管道上閥門、法蘭處的保溫層與管道保溫層不連接，中間有裸露鐵管，管道支撐處結構不合理。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，裸露鐵管及支架處，長度雖小，但散熱損失相對很大，超過總散熱損失的1/3?，F(xiàn)簡略計算如下。

據(jù)國家標準，常年運行工況允許最大散熱損失400℃時為227W/m2，裸管的散熱損失取28kJ/s，支架的散熱損失取98kJ/s，按1年330個工作日計算，對此管線進行改造使之達到國標要求，則每年可減少裸管熱損1.87×108kcal/年；支架熱損6.66×108kcal/年。渣油燃燒值為10 000kcal/kg，渣油價格為3 900元/t，則每年可節(jié)約資金33.25萬元。

上面的計算表明，僅對測試段的裸管和支架部分進行改造，其節(jié)能潛力很大。每一個石化企業(yè)，都有十幾條熱力管線，總長達幾十千米，存在保溫缺陷的部位很多，如果在進行完保溫評估后，加以維修改造，那么每年的能耗降低是很可觀的。

②減少物耗：通過評估，就可了解測試段管線的保溫狀況，對新型保溫狀況84%符合國標可不更換；對超標嚴重的區(qū)段如舊型保溫應更換；閥門、支架、裸管等散熱嚴重部位，應進行保溫并根據(jù)實際情況，采用新結構、新保溫材料。如應用微孔硅酸鈣材料，其價格為580元/m3；可節(jié)約保溫材料用量58.3m3；可節(jié)約資金3.5萬元。

通過蒸汽管線的保溫評估，可以避免盲目更換保溫，做到有針對性，有計劃性的維修，這樣可節(jié)約大量資金。

4.總結

紅外熱像檢測技術在石化工業(yè)檢測方面具有廣闊的應用前景，由于它所具有獨特的優(yōu)點，能補充傳統(tǒng)檢測手段的不足。使得紅外熱像技術在石化檢測中的應用更加廣泛和科學。

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