石化熱反應設備節能及損傷紅外熱成像監測體系的開發

黃雙，陳峰，賀訓育，張鑫

（獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

石化熱反應設備節能及損傷紅外熱成像監測體系的開發

黃雙，陳峰，賀訓育，張鑫

（獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

本文介紹針對石油化工熱反應設備節能及損傷建立的紅外熱成像監測體系，其涵蓋襯里損傷程度及損傷類型的監測與評價、設備保溫效果評價、爐管壽命預估與爐管安全等級評估。

熱反應設備；紅外熱成像；節能；損傷

保溫、襯里、爐管運行狀態是影響石化熱反應設備長周期運行的主要因素。對這類設備實現實時監測與評估是亟待解決的問題。本文介紹的石化熱反應設備節能及損傷監測體系，主要依據這類設備工藝及結構特點，通過長、短波紅外成像技術集成、離線定位監測技術開發，精確獲取爐管、襯里及保溫溫度場分布，準確識別襯里、保溫、爐管運行狀況及故障類型與程度，從而達到實現設備主動性維護及預知性維修的目標。

1 總體思路

紅外熱成像技術優勢可將物體表面的熱分布轉變為可視圖像，能夠反映溫度這一在帶襯里的加熱設備、保溫管道和高溫熱反應設備中起重要作用的指標。主要應用紅外熱成像溫度監測，結合其他常規監測手段，實現能夠應用于襯里、保溫及不同熱反應設備爐管的監測及評估方法及軟件系統，形成綜合體系。

建立基于非接觸式紅外熱成像監測技術基礎上的紅外熱成像監測體系，主要依據石化熱反應設備工藝及結構的特點，通過長波、短波紅外熱成像技術的優化組合，結合紅外熱成像離線定位監測技術，精確獲取熱反應設備爐管、爐體襯里及保溫層表面溫度場的溫度分布情況，達到準確識別設備襯里、保溫、爐管運行狀況及故障類型與程度。

襯里、保溫監測須結合設備工藝與結構參數、環境監測參數對襯里損傷進行評價，爐管運行狀態監測須結合爐內、管內溫度壓力監測參數對爐管結焦及壽命進行評價，建立襯里保溫監測作業規范、爐管監測作業規范，建立石化熱反應設備紅外熱成像監測方案。

2 研究開發內容

2.1 開發基于設備表面修正溫度場分布、運行參數和紅外圖像數據分析的設備襯里損傷程度及損傷類型的監測與評價方法及軟件系統

2.1.1 設備表面溫度模型

影響長波紅外儀器測量設備表面溫度精度的主要因素有光照條件、風速、風向、環境溫度、設備表面發射率以及附近設備干擾等，對這些影響因素進行分析、研究，提出如圖1所示的修正框圖。

圖1 設備表面溫度修正框圖

其中：v表示風速；VF表示風向；Th表示環境溫度；P表示發射率；Pf表示附近設備干擾；T表示紅外測量溫度；T*表示修正后溫度。需要說明的是光照的影響是很難用算法剔除的，因此建議采用規避的方法來消除。其他的修正計算少數幾個關鍵參數需要通過實地測量來最終確定。

2.1.2 襯里損傷類型及程度

襯里損傷劃分為脫落、空洞、夾層、鼓包、裂紋和減薄六種類型，并依據不同的表面保護材料耐熱溫度，劃分不同的損傷程度。

2.1.3 襯里損傷評估模型（圖2）

2.2 開發基于設備表面修正溫度、運行參數和紅外圖像數據分析的設備保溫效果評價方法及軟件系統

2.2.1 設備保溫性能評價方法

根據國標GB/T 8174-2008《設備及管道絕熱效果的測試與評價》的規定，表面散熱損失的測試方法有熱平衡法、熱流計法、對流傳熱法和溫差法四種方法。在本項目的研究中，采用了能夠滿足工程要求且計算量小的傅立葉導熱換熱計算式：

圖2 襯里損傷評估模型

圖3 設備保溫性能評價模型

式中：q——熱流密度；

δ——保溫層厚度；

tm、tb——內外壁溫度。

根據上述公式即可計算出設備外壁的許可溫度。實測外壁溫度與之進行對比，綜合設備外壁實際允許的溫度界限值即可實現該設備保溫效果評價。

2.2.2 設備保溫性能評價模型（圖3）

2.3 開發基于爐管表面修正溫度及分布、加熱爐運行參數的設備爐管壽命預估與爐管安全等級評估方法及軟件系統

2.3.1 爐管表面溫度校正模型（圖4）

圖4 爐管表面溫度校正模型

校正后的溫度。

2.3.2 爐管狀態評估規則

爐管狀態主要包括爐管的結焦情況和爐管安全狀態。依據材料學理論和美國石油學會標準，經過實地實驗并結合現場情況，確定8條專家評定規則，分別判定嚴重結焦、可能結焦、結焦趨勢等。

2.4 建立襯里保溫監測作業規范、爐管監測作業規范，建立石化熱反應設備紅外熱成像監測方案，實現熱反應設備監測全覆蓋

2.5 指標完成情況（表1）

表1

3 結語

項目在國內石化企業中首次建立了石化熱反應設備紅外熱成像監測體系，實現石化設備主動性維護及預知性維修。

項目實施6年來，共計51臺石化設備納入監測體系化管理，提升了設備監測準確度及效率。使公司具備了熱反應設備襯里損傷、保溫評價、爐管運行狀況評估能力。通過成果的實施與應用，對石化設備長周期平穩運行提供了及時、有效的技術支持。

[1]李曉英．影響紅外測溫的主要因素及對策[J]．山西機械，2001,6(2)．

[2]付冬梅等．襯里評估操作設計說明書[M]．北京科技大學，2011．

[3]程玉蘭．紅外診斷與現場實用技術[M]．機械工業出版社，2002．

[4]付冬梅等．襯里評估軟件現場數據驗證報告[K]．北京科技大學，2012．

TN215

A

1671-0711（2017）10（上）-0089-02