红外热成像技术在化工装置中的应用

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1、红外热成像技术在化工装置中的应用　　摘要：文章简述了红外热成像原理和红外热像仪的基本使用方法，介绍了在化工装置中外保温效果检测、设备衬里检测、旋转机械故障辅助检测、电气设备检测等方面的应用实例，总结分析了应用该技术需注意的关键点，如发射率及环境参数的正确确定、避免热源干扰、图像的分析等。　　关键词：红外热成像；红外热像仪；无损检测；化工装置　　化工装置通常在高温、高压及连续性操作条件下生产运行，加之易燃、易爆、有毒、有害的危险性，保障装置安全平稳可靠运行显得尤为重要。作为无损检测手段之一的红外热成像技术，因其安全的非接触式操作方法、效率高、范围广、图像直观等优势，被高度应用于化工

2、生产过程中的在线监测、日常巡检、定期检查等。　　1红外热成像原理　　研究证明，温度在绝对零度（-273.15℃）以上的任何物体，都会对外界放出红外辐射能[1]。红外热像仪就是通过接收物体发射的红外辐射能，并将辐射能转换成温度分布场形式的热像图体现出来。由斯蒂芬-玻尔兹曼定律演变出非黑体总辐射功率W为：　　W=εбT4（1）　　式中，W为非黑体的总辐射功率（W/m2）；ε为物体的发射率，由物体材质及表面状态决定，通常经实验测得；б为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，等于5.67×10-8W/（m2?K4）；T为非黑体的热力学温度（K）。　　理论上，通过红外热像仪测得的辐射能、材料固有的发射率参

3、数，就能计算出物体的各点的温度，形成热像图。然而，红外热像仪接收到的有效辐射不仅仅只有物体自身辐射，还包括周围环境的反射辐射、大气辐射[2]。因此，红外热像仪遵循以下公式自动对所测数据进行修正补偿：　　Wtot=ετWobj+（1-ε）τWrefl+（1-τ）Watm（2）　　Wtot为热像仪接收到的全部辐射功率；ετWobj为来自物体的辐射，其中ε是物体的固有发射率，τ是大气传输率，物体温度为Tobj；（1-ε）τWrefl为周围环境的反射辐射，其中（1-ε）是物体的反射比，周围环境的反射温度为Trefl；（1-τ）Watm为大气辐射，其中（1-τ）是大气的辐射率，大气的温度为

4、Tatm。　　因此，操作人员在实际使用红外热像仪过程中，还需设置待测物体发射率ε、相对湿度、大气温度Tatm、待测物体距离、周围环境的反射温度Trefl等一系列参数值，来帮助热像仪根据测量值更准确地计算出物体实际温度值，建立真实有效的温度分布热像图。　　2红外热像仪的使用方法　　本文以FLIRT40红外热像仪为例，开机后根据待测物体现场情况，在热像仪中设置当前大气温度、周围环境的反射温度；在确定好检测站位后，设置与物体之间距离参数；根据待测物表面材质在热像仪的内置数据库中选取相应发射率。通过调整镜头角度，观察热像仪屏幕内图像温度色谱分布，调整对焦，拍摄记录。检测结束，通过连接电脑

5、，在配套软件中查看热像图及对应的可见光图，并可通过软件中的测量工具，获取图像中任意点的温度数值以及任意区域的极值。通过观察与分析，选择有代表性的热像图生成检测报告。　　3应用实例　　3.1设备的外保温效果检测　　在化工装置中，良好的设备外保温效果能减少设备内部热损失，确保设备内部的反应顺利进行。对于氯碱装置中的氧氯化反应器，如果每个插入反应器内部的热电偶外保温效果不好，都有可能造成内部物料HCl低于露点温度而产生氯离子，腐蚀设备本体。使用FLIRT40红外热像仪对某厂氧氯化反应器上分布的20个热电偶保温效果进行定期检测，可以清楚直观地看出保温质量。以2014年10月21日的检测为

6、例，大气温度26℃，待测对象表面发射率为0.92，检测距离为2m。从图1的热像图中可以看出，在编号为2213的热电偶插入口及保温层与筒体相贯线处温度值偏高，出现了明显的漏热现象，保温不够严密。需对检测出的保温层有缝隙、薄弱处密封加固，必要时更换保温。　　3.2设备衬里检测　　热设备内部的非金属材料衬里一般起着防腐、隔热、耐磨损的作用。而衬里也会因高温、物料冲蚀、设备长期运行而造成局部裂纹、脱落，进而损伤设备本体。使用热像仪对某厂急冷塔衬里情况进行每月1次定期状态检测。急冷塔内部砌筑双层防腐衬砖，厚度145mm，检测时大气温度26℃，设备表面发射率0.95，检测距离为10m。从图2

7、急冷塔西北方向中部热像图中看到，此位置的表面温度分布均匀，无明显温度过热区域，衬里完好。如若热像图中发现局部出现高温区块，说明内部衬里可能已存在裂纹或脱落，应及时修补或更换衬里。　　3.3旋转机械故障辅助检测　　在化工装置中，通过振动状态监测对旋转设备进行故障诊断得到了广泛的应用。在这类设备中，高速转动的轴承等旋转部件由于润滑不良发生摩擦，会造成局部温度过高。通过红外热成像技术对机械的运动状态进行辅助检测，无需接触旋转件，就可安全、直观地检测出部件表面温度，及时发现过热问题，并对