淺析紅外熱成像檢測技術在壓力容器和壓力管道檢測中應用

廉國輝

摘要：近年來我國綜合國力的不斷增強，工業的迅猛發展，涌現出大量的工業企業。在工業領域中，往往需要由專業的檢測人員對生產線中的各種設備進行提前檢查，以此確保設備能夠在工業生產中得以正常運行，而在這些設備中，有很大一部分設備都屬于無損設備，這些設備的內部結構精密，不易進行拆開檢查，這也使檢測人員通常需要采用無損檢測技術來完成檢測任務，紅外熱成像無損檢測技術相比于傳統的檢測技術來說，不僅不會對設備進行拆卸檢查，而且檢測精度也比后者高的多。

關鍵詞：紅外線熱成像技術;壓力容器;壓力管道

引言

紅外線是不可見的光線，屬于電磁波。物體表面溫度如果超過絕對零度（-273℃）即會輻射出電磁波，其中就有載有物體特征信息的紅外線。紅外熱成像技術是一種被動紅外夜視技術。通過光電紅外探測器將物體發熱部位輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置模擬出物體表面溫度的空間分布，再經系統處理，形成熱圖像視頻信號，傳至顯示屏幕上，得到與物體表面熱分布相對應的熱像圖（即紅外熱圖像）。通過熱像圖可人為判斷被檢物體本身的結構特征。

1紅外熱檢測成像系統簡介

紅外熱檢測成像系統在紅外熱檢測中起關鍵作用。紅外熱檢測的成像系統大致經歷了三代：第一代以數目有限的探測單元為特征，第二代以二維N×M元焦平面陣列探測器為特征，第三代以“靈巧”凝視大焦平面陣列并帶有集成探測器后續信號處理電路為特征。在此對比較典型的成像系統（屬于第二代）作一介紹，由掃描器、監控器、圖像數字化單元和磁帶機組成。掃描器的短波長鏡頭可監測3.5～5.6μm波長范圍內的紅外輻射;在室溫條件下，測溫靈敏度可達0.05℃;掃描一幅可見圖像所需時間為0.4s。由于入射的輻射經鍺透鏡和雙六面體棱掃描投射到探測器上，因此按要求可覆蓋試件或部件的選擇面積。調焦范圍為14cm到無窮遠，而且在最小距離處，可以觀察到來自0.5mm2像元的應力細節。掃描器接收的輻射信息在監視器上以黑白灰度圖像顯示，同時也可以經過圖像數字化單元將紅外圖像轉變成數字信息，并由磁帶機記靈下來。磁帶機的最快記錄速度為每秒一幅圖像。磁帶機存貯的數字圖像可送入圖像處理計算機進行圖像分析，可以作為一幅16種顏色線性細分的溫度輪廊圖顯示在高分辨率的彩色監視器上，根據需要還可以提供輪廓上任一點或任何一條線上的溫度曲線。

2在生產過程中應用紅外熱成像無損技術的優點以及缺點

2.1紅外熱成像無損檢測優點

由于引進時間和技術的限制，這項技術還沒有在一些小企業中廣泛應用。然而，在一些大型生產企業中，使用這種設備進行檢測的優勢正在逐漸顯現。首先，這項技術最突出的特點是安全。因為它的基本工作原理是物體發出的熱量不同，在工作過程中，只要設備開始正常工作，工人就不再需要過多地操作設備。傳統的檢驗方法要求工人有一定的工作經驗，因為在設備檢驗過程中，需要人工對設備進行檢驗。一般生產企業的情況比較好，但對于壓力容器來說，一般都是大型機器，這是很危險的。如果在測試過程中出現一個微小的錯誤，不僅會導致生產過程的失敗，還會對操作人員自身的安全造成極大的威脅。當紅外熱成像用于測試機器和設備時，操作人員不需要觸摸待測試的機器，只需要一個人打開測試設備。大大提高了檢測過程中的安全性能。其次，因為這種檢測設備直接依賴于檢測設備在運行過程中發出的熱量，所以靈敏度相對較高。熱量的微小變化可以準確地反映在檢測值中。避免操作員手動操作造成的錯誤。最后，使用這種技術進行設備檢查，省時省力。一般來說，對這樣大規模的生產設備進行一次檢查需要很多員工進行協調和配合，操作過程非常復雜。利用物體散發的熱量來檢查設備。完成整個檢查過程只需一分鐘。檢查的效率大大提高也節省人力和成本。

2.2紅外熱成像無損檢測技術應用中存在的不足

由于紅外熱成像無損檢測技術較為先進，并且需要依賴相應的檢驗設備才能進行，這也使該技術仍舊處于研發階段，大多數發展規模不大的企業也沒有多余的資金來引入這種檢測設備，這也使該技術的引入與推廣需要花費較高的成本。此外，由于不同的機器在散發熱量上往往存在較大差異，而只利用該設備來對散發熱量之間的差異進行檢測，是難以對設備的具體運行狀況進行準確說明的，這也使該技術在檢測過程中常常會受到外界環境因素及溫度的影響。因此，要想確保這項技術能夠得以可靠進行，就必須要做好檢測前的環境處理工作，并且對于一些體積較大的設備，如果兩側溫度的差異較大，是不適用于運用這種技術來進行設備檢測的。

3紅外熱成像檢測技術在壓力容器和壓力管道檢測中應用

圖1是用菲力爾紅外熱成像設備T620拍攝的某石化企業換熱器局部彩色照片和紅外熱成像照片。該圖組中紅外熱成像中顏色越亮的部位表明表面溫度越高，溫度變化在8～89℃。從該圖組中彩色照片上看，該換熱器外部宏觀無明顯異常;從紅外熱成像圖像上可以看出，該臺換熱器外部隔熱層狀態及隔熱層絕熱效果良好。由于換熱器殼程筒體溫度傳遞到換熱器的鞍座，鞍座金屬部位外部無隔熱層，導致鞍座金屬部位溫度高，紅外線輻射強度大，形成的圖像顏色與周圍環境形成的顏色產生鮮明的對比。圖2是用菲力爾紅外熱成像設備T620拍攝的某石化企業反應器局部彩色照片和紅外熱成像照片。該圖組中紅外熱成像中顏色越亮的部位表明表面溫度越高，溫度變化在26.9～231℃。從該圖組中彩色照片上看該反應器外部隔熱層金屬皮局部異常銹蝕;而從紅外熱成像照片上看，可以發現，該反應器局部圖像顏色與周圍顏色產生了鮮明的對比。紅外熱成像照片中光標處顯示溫度為223℃，說明反應器該處外部隔熱層絕熱效果很差。對紅外熱成像照片中溫度異常位置進行驗證，發現反應器該位置隔熱層質量很差，局部存在隔熱層下沉、脫落、缺失。這導致該反應器局部熱量流失，增加了生產能耗，可能會影響工藝生產。

結語

紅外熱檢測具有基本理論基礎和精確的紅外監測設備，從理論上和實踐上可行。紅外熱檢測應用于壓力容器尤其是石化行業關鍵設備檢驗具有重大的經濟意義和社會意義，具有很好的發展前景。

參考文獻：

[1]宋天民.無損檢測新技術[M].北京：中國石化出版社，2018.（1）.

[2]程玉蘭.紅外診斷探傷實用技術[M].北京：機械工業出版社，2019.