紅外熱成像早期檢測帶壓設備保溫層下腐蝕泄漏隱患

(中國石化齊魯分公司檢驗計量中心,山東 淄博 255434)

目前各大化工企業煉油廠加工原油性質較為惡劣，原油比重、粘度、硫含量及酸值一直較高，現有的一些工藝及設備防腐措施難以適應現有的惡劣條件，導致許多煉油廠的一些裝置腐蝕形式較為嚴峻。某煉油廠常減壓裝置自2010年3月開工以來，常減壓系統多次發生腐蝕泄漏，由于原油性質惡劣，該裝置電脫鹽效果一直不理想，脫后含鹽、含水指標居高不下，超標嚴重，導致常一線及以上的低溫輕油系統腐蝕嚴重，一些以前很少發生腐蝕問題的部位也頻頻出現問題，2012年7月4日該裝置常壓塔12層塔盤受液槽處塔壁(北側)因腐蝕造成局部蝕穿孔引發火災導致裝置停工搶修。由于常壓塔表面覆有保溫層，在泄漏出現早期難以及時發現，會使危險隱患不斷加深擴大最終導致事故發生，齊魯設備防腐檢測中心在2012年5月29日對該裝置常壓塔進行紅外熱像檢測的時候已發現該部位存在異常,并在上報的報告中建議對該部位拆開保溫進行詳細檢查，但由于前期的紅外熱像檢測主要是針對設備、管線的內襯及保溫方面的檢測檢查，較少涉及腐蝕泄漏方面的檢測，而目前國內外也很少見有關這方面的報道，導致這一問題沒有引起足夠的重視，未能及早拆除保溫進行全面檢查。

由于現有帶壓設備、管線帶保溫的較多，保溫層下的腐蝕泄漏目前還沒有一個好的能早期發現的檢測手段，而根據紅外熱像儀的檢測機理，我們認為能夠在一定程度上解決這一問題，為對今后保溫層下腐蝕檢測提供一個更好的解決方案，我們對現場檢測結果進行了初步的探索分析。

1 紅外熱像儀工作機理及檢測適用范圍

普朗克定律表明溫度、波長和能量之間存在一定的關系，紅外總能量隨溫度的增加而迅速增加；峰值波長隨溫度的增加向短波移動。根據斯蒂芬·玻耳茲曼定律，當溫度變化時，紅外總能量與絕對溫度的四次方成正比，當溫度有較小的變化時，會引起總能量的很大變化。

紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外熱量，并將其轉換生成熱圖像和溫度值，進而顯示在顯示器上，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。通俗地講紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱圖像。熱圖像的上面的不同顏色代表被測物體的不同溫度。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，能夠對異常溫度的故障區域進行準確識別和嚴格分析。紅外熱像儀指向目標，通過儀器對檢測目標對準調焦，它就會自動調整溫度范圍來顯示清晰鮮明的圖像，一旦用戶扣動儲存按鈕，便會存儲圖像及相關的測量數據。通過隨附的軟件，用戶可以自由更改主要圖像參數，從而優化圖像和抽取最多的細節(詳見圖1)。

圖1 紅外熱像現場檢測報告截圖

在一個紅外熱像檢測圖像中，溫度數據的信息量比較大，包括可以選取圖像范圍內每一點的溫度，任選一個區域內溫度最大值、最小值、平均值及溫差等數據，區域內溫度分布情況等，可以通過這些溫度信息并結合現場實際情況來進行判斷。

從多次現場紅外熱像檢測結果來看，紅外熱像儀檢測的絕對溫度值受各種因素影響較大，絕對溫度值波動較大，但相對溫差較為穩定，因此從這個方面來講，紅外熱像檢測更適合在一個較大“面”的范圍內較為準確的相對溫差的檢測。

綜合紅外熱像儀檢測機理及多次現場紅外熱像檢測經驗，我們可以認定紅外熱像儀現場檢測適用范圍為：事件的最終表征能夠表現出在檢測范圍內一個溫度差異的變化，而且這個溫差的變化能夠反過來印證事件的發生即適用紅外熱像儀的檢測。

3 紅外熱像儀現場檢測應用探索

根據上述結論我們對現場一些檢測圖像進行了分析探索，并結合現場檢測報告來初步判斷這一檢測手段的準確程度。

該常減壓裝置現場操作人員曾經反映到常壓塔頂巡檢時有時會聞到淡淡的油氣味，懷疑保溫層下塔壁有局部泄漏的可能，但該處高達70余米，拆除保溫施工檢查的難度極大。煉油檢測中心了解到這一情況后，結合紅外熱像儀非接觸、檢測面大、檢測機動靈活的特點，認為紅外熱像檢測能夠適應該特殊部位的檢測，檢測人員利用紅外熱像儀對該處進行了紅外熱像檢測并出具了檢測報告(圖2為報告截圖)，我們針對檢測報告來進行具體的分析。

圖2 常壓塔頂紅外熱像檢測報告截圖

從圖2內容可見，常頂部位紅外熱像圖上的陰影部位偏低溫度只有15.4～17.1℃，而環境溫度為20℃左右，我們知道常頂部位帶有100℃左右的熱負荷，該處帶有保溫，我們假設該部位保溫效果非常好，熱損耗忽略不計，那最低溫度也只能達到環境溫度20℃(實際上保溫外正常溫度為30℃左右，這一點可以從圖2上的SP01點對應的30.4℃看出)，我們也知道紅外熱像圖上的相對溫差較為穩定，檢測圖像中AR02及AR03區域中低于環境溫度的15.4～17.1℃陰影部位的異常低溫點需要引起重視。分析原因，我們認為油氣揮發會吸收熱量，導致周圍溫度低于環境溫度(與空調、冰箱工作原理類似)，結合現場有時能聞到的淡淡的油氣味，基本可以認定該處存在塔頂油氣泄漏揮發的可能，建議拆開保溫檢查。由于保溫材料是疏松多孔的材料，介質滲透路徑也很難有固定的路線，所以如發現異常低溫點，拆開保溫檢查并非僅局限在異常低溫區域，需要有更大的檢查范圍，因為異常溫度點不會無緣無故出現，只有仔細認真查找才可最大程度避免疏漏。

圖3 四常常壓塔紅外熱像檢測報告截圖

現場檢測人員在對該常壓塔塔頂部位進行紅外熱像檢測的同時又對整個常壓塔進行了紅外熱像掃描，并對其中個別異常溫度點拍攝了紅外圖片(詳見圖3)。

由圖3給出的現場紅外檢測信息可以看出，該處出現異常溫度，溫差達到了21.2℃，懷疑該部位存在一定的問題，當時檢測日期是2012年5月29日，而在2012年7月4日該部位附近由于油氣泄漏引發火災導致裝置停工搶修(詳見圖4)。

圖4 常壓塔12層塔盤受液槽處塔壁(北側)腐蝕泄漏部位

從這一次事件可以看出，由于有保溫層覆蓋，很多危險隱患難以及時發現，日積月累之下難免會引發大問題，而紅外熱像檢測能夠在一定程度上發現一些危險隱患早期出現的溫差等表征，及早發現，及時處理，將危險消滅于萌芽狀態。

2 結論

(1) 現有帶壓設備、管線帶保溫的較多，保溫層下的腐蝕泄漏目前還沒有一個能早期發現的檢測手段，而根據紅外熱像儀的檢測機理，紅外熱像檢測是在一個較大“面”的范圍內溫度差異變化的檢測檢查，檢測結果表現出來是一個色彩差異的變化，檢測結果較為直觀，可極大程度上避免疏漏，及早發現異常并及時檢查處理則會減少小隱患演變成大問題的概率。

(2) 一個事件的最終表征能夠表現出在檢測范圍內一個溫度差異的變換，而且這個溫差的變換能夠反過來印證事件的發生即適用紅外熱像儀的檢測，而保溫層下腐蝕泄漏只要能夠表現出溫度差異的變化，紅外熱像儀即可進行早期檢測。

(3) 保溫層下腐蝕泄漏出現早期難以及時發現，會使隱患不斷加深擴大最終導致事故發生，而在很多時候腐蝕泄漏點附近保溫層表面溫度的變化會因為泄漏介質的一些物化特性很早就表現出來，這就為腐蝕泄漏點部位早期的紅外熱像檢測提供了可操作性。

(4) 由于保溫材料是疏松多孔的材料，介質滲透路徑也很難有固定的路線，所以如發現異常溫差點，拆開保溫檢查需要有較大的檢查范圍，因為異常溫度點不會無緣無故出現，只有仔細認真查找才可最大程度避免疏漏。