紅外診斷技術的特點和在化工行業(yè)中的應用分析

近幾年來，中國高度重視節(jié)能工作，在國家“十一五”規(guī)劃中明確提出“單位GDP能源消耗降低20%”要求。國家發(fā)改委能源研究所研究提出，減少能源需求三種措施，其中節(jié)能需要減少60%。

隨著中國工業(yè)化進程的加快，機動車數(shù)量的快速增長，石油化工工業(yè)對整個國民經(jīng)濟的支撐作用日益凸現(xiàn)，對石油化工設備的安全性能和節(jié)源降耗提出了越來越高的要求，同時也為對其提供檢測與維護設備的制造商帶來了機遇和挑戰(zhàn)。

紅外熱像儀器（以下簡稱熱像儀）是集先進的光電子技術、紅外探測器技術和紅外圖像處理技術于一身的高科技產(chǎn)品，具有測溫速度快、靈敏度高、測溫范圍廣、形象直觀、非接觸等優(yōu)點，是目前化工行業(yè)檢測領域較為先進有效的手段之一。

熱像儀測溫特點

熱像儀與傳統(tǒng)的檢測工具相比較，具有自己鮮明的特點：

● 熱像儀可以對運動的物體進行測溫，而普通測溫儀表很難做到這一點。

● 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。

● 可以快速進行設備的熱診斷。

● 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。

● 不會對所測量的溫度場產(chǎn)生干擾。這是比直接接觸測溫的儀器如熱電偶的優(yōu)越之處。

● 測溫范圍大。根據(jù)型號的不同，一般熱像儀均可測量0℃～2000℃范圍的溫度。

● 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。

由于其獨特的性能，它在軍事、工業(yè)、醫(yī)學以及科研等許多方面發(fā)揮著巨大的作用。而且現(xiàn)代熱像儀的結構正逐漸趨于小型化和智能化，性能在不斷提高，使用也更加靈活方便，因此紅外熱像技術的應用范圍不斷擴大，其應用水平也不斷提高。

熱像儀在化工行業(yè)節(jié)能中的主要應用

在化工行業(yè)中，紅外診斷技術通常用于以下幾個方面。

1、 管道

無論在石油還是化工企業(yè)，通常會使用管道輸送蒸汽、原料、產(chǎn)品等，通常管道內(nèi)會包裹保溫隔熱層，通過紅外熱像儀可以方便地查看管道的保溫隔熱層有無損壞、是否有泄漏。

熱像儀對管道進行溫度檢測一般有以下應用：

① 管道積炭堵塞，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，就可以使用紅外熱像儀在管道外部拍攝到故障。

② 管道內(nèi)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，從而可以檢測出故障。

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(nèi)介質(zhì)，如果管道內(nèi)介質(zhì)為低溫介質(zhì)（如氨氣）或者高溫介質(zhì)時，管道滲漏介質(zhì)與管道外壁就有溫差，可使用紅外熱像儀拍攝到故障。

④ 管道保溫脫落，其脫落處溫度偏高，可在熱像圖中清晰顯示（如圖1所示）。熱像儀還可檢測出管道溫度，作為保溫是否達到規(guī)定效果的判斷依據(jù)。

圖1 熱像儀用于管道保溫檢測

2、 連接法蘭

大量使用管道的情況下，自然存在很多的連接法蘭。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）。利用熱像儀可以很直觀、很簡便、非常安全地發(fā)現(xiàn)泄漏處，而不是依靠聽、看、聞、摸等非常不安全的檢測方式。

圖2 熱像儀可以檢測法蘭連接處的泄漏

3、 鍋爐（或加熱爐）

鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(zhì)（中間載熱體）加熱到一定參數(shù)的設備。從能源利用的角度，鍋爐是一種能源轉換設備。

在鍋爐中，一次能源（燃料）的化學儲藏能通過燃燒過程轉化為 燃燒產(chǎn)物（煙氣和灰渣）所載有的熱能，通過傳熱過 程將熱量傳遞給中間載熱體（例如水和蒸汽），依靠它將熱量輸送到用熱設備中去。

利用熱像儀可以對鍋爐與加熱爐熱損失評估，主要評估點有：

● 排煙熱損失；

● 氣體不完全燃燒熱損失；

● 固體不完全燃燒熱損失；

● 散熱損失。

評估產(chǎn)生的效益主要有：

● 改善爐子燃燒節(jié)能技術，包括：高效燃燒器、燃燒控制技術、燃料添加劑及燃料磁化技術。主要是使爐子燃燒過程更完全、充分；

● 加強保溫節(jié)能技術，主要是采用新型高效保溫材料，提高爐體保溫效果，減少散熱損失；

● 減少排煙，提高節(jié)能，指采用熱管加熱爐、熱管換熱器等節(jié)能技術。

4、 供電效率

供電系統(tǒng)是化工工業(yè)的基礎，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全是化工工業(yè)安全生產(chǎn)的先決條件。利用紅外熱像儀快速定位問題所在，從而降低維護工作量和減少過維護都是節(jié)能。

應用案例：蒸汽管道節(jié)能監(jiān)測

1 、測試對象的自然狀況

以石油一廠電站至催化裂化裝置中壓蒸汽管道為例。管徑：273mm×10mm；管道總長：800m；入口溫度：440℃；出口溫度：390℃；蒸汽壓力：入口3.5MPa，出口3.4MPa；蒸汽流量：28t/h。

2 、改造前后測試結果

1997年2月，對該中壓蒸汽管道進行了紅外測試，獲得管道外壁表面溫度場熱像圖數(shù)十幅。運用紅外分析軟件，計算出表面平均溫度為31.2℃，環(huán)境溫度為3℃，計算出平均熱流密度為545.7W/m2。國家標準允許值在230W/m2以下，表明超標情況嚴重。同年7月，對該管道改造后的保溫情況進行了測試，得出管道表面平均溫度為39.9℃，環(huán)境溫度為32℃，計算出平均熱流密度為131.7W/m2，符合國家標準。

3、 保溫改造效果的評估

管道改造前，平均熱流密度為 545.7W/m2，按年平均氣溫折算平均熱流密度為539.9W/m2，管道全程總散熱損失為643.5kW。

管道改造后，平均熱流密度為 131.7W/m2，按年平均氣溫折算的平均熱流密度為140W/m2，管道全程總散熱損失為194.7kW。

改造后減少的散熱損失為448.8kW，按年工作期320天計算，年節(jié)約熱量為12.435TJ，折合成人民幣，可看出一年節(jié)約的能源即可收回管道改造投資。

總結

紅外熱像檢測技術在上述項目開展中發(fā)揮了其優(yōu)越性，它屬于高新技術范疇，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。但是還有很多工作需要在今后的實踐中進一步改進和提高，使得紅外熱像技術在石化檢測中的應用更加廣泛和科學。不久的將來，人們評價一個工程的節(jié)能效果，判斷其是否符合節(jié)能要求，將不再受到檢測周期長、被測部位隨機性大的限制，輕松操作，就能迅速和全面地判斷整個化工企業(yè)內(nèi)所有建筑墻體或屋面的熱工缺陷情況，從而做出準確論斷，指導化工節(jié)能工作順利開展。

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