紅外熱像技術在壓力容器腐蝕與故障監(jiān)測中的應用

1、第41卷第5期2012年9月石油化工設備PETRO—CHEMICALEQUIPMENTVoL41No5Sept2012文章編號：1000—7466(2012)05—0071—04紅外熱像技術在壓力容器腐蝕與故障監(jiān)測中的應用范偉林(上海高橋捷派克石化工程建設有限公司，上海200137)摘要：介紹了紅外熱像技術的工作原理和使用特點，結合應用實例闡述了該技術在壓力容器腐蝕、故障監(jiān)測及檢測中的應用。關鍵詞：紅外熱像技術；壓力容器；腐蝕；監(jiān)測；應

2、用中圖分類號：TQ0507；TQ0513文獻標志碼：Bdoi：103969／jissn1000—7466201205017ApplicationofInfraredThermalImagingTechnologyforPressureVesselCorrosionDamageandBreakdownMonitoringFANWeilin(ShanghaiGaoqiaoSGPECPetrochemicalEngineering&Const

3、ructionCoLtd，Shanghai200137，China)Abstract：Theworkingprincipleandcharacteristicsofinfraredthermalimagingtechnologywereintroduced，basedonthecombinedapplicationinstanceonthebreakdownmonitoringanddiscoverofcorrosioninpressu

4、revesselsKeywords：infraredthermalimagingtechnology；pressurevessel；corrosion；monitoring；appli—cation1紅外熱像技術簡介紅外熱像技術是通過非接觸探測紅外熱量，將其轉換生成熱圖像和溫度值的一項技術，實現(xiàn)這個過程的紅外熱像設備稱為紅外熱像系統(tǒng)。研究表明[13，紅外熱像技術能夠將探測到的熱量精確量化，能夠對發(fā)熱的故障區(qū)域進行準確識別和嚴格分析。由于

5、紅外熱像技術能夠進行非接觸式高分辨率的溫度成像，可提供測量目標的眾多信息，彌補人類肉眼的不足。因此，已經較為普遍地應用在石化設備的監(jiān)測和檢測之中。典型的紅外熱像系統(tǒng)的工作框圖見圖1。紅外熱像技術是以接收被監(jiān)測物自身各部分輻射的紅外線來進行探測，利用其各部分輻射的差異獲得圖像的細節(jié)，其實質是一種波長轉換技術，即把紅外輻射圖像轉換為可視圖像的技術。I目標紅外輻射H紅外物鏡H紅外探測器H信號預處理llA／D模數(shù)轉換H信號圖像處理HD／A數(shù)模轉

6、換H歧視器I圖1典型的紅外熱成像系統(tǒng)框圖目前，紅外熱像技術主要應用于高溫壓力容器熱傳導的在線監(jiān)測和對常溫壓力容器的高應力集中部位監(jiān)測。對高溫壓力容器的監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)壓力容器內部腐蝕、內襯的損傷、內部結焦、堵塞等異常情況[2]，對常溫壓力容器因腐蝕產生的缺陷、高應力集中部位的監(jiān)測，可以及早發(fā)現(xiàn)早期腐蝕破壞或疲勞損傷情況，既可以直接診斷壓力容器運行的狀態(tài)，也可以對停產后壓力容器的重點檢修部位或更換部收稿日期：2012—04—29作者簡介：范偉

7、林(1963一)，男，上海人，工程師，學士，長期從事壓力容器監(jiān)控、維修以及市場經營工作。學兔兔www.xuetutu.com第5期范偉林：紅外熱像技術在壓力容器腐蝕與故障監(jiān)測中的應用式中，t為再生器的內壁溫度，￡為再生器的外壁溫度，t為環(huán)境溫度，℃；為風速，m／s。實際應用時，通過紅外熱像儀測量器壁的溫度，可計算出值，然后根據試驗過程中得到的判據來評價再生器襯里的完好狀態(tài)。某煉油廠通過多年對再生器襯里(一50mm)進行紅外熱成像監(jiān)測，總

8、結出再生器襯里破損的評價判據如下。(1)當小于襯里原厚度的30時，再生器表面溫升速率較小，設備可以正常運行。(2)當大于等于襯里原厚度的30時，再生器表面溫升速率急劇增大，這時要對設備進行跟蹤檢測，密切注意襯里損壞區(qū)域的發(fā)展趨勢。(3)當大于等于襯里原厚度的7O時，設備處于緊急狀態(tài)，必須盡快采取相應的措施。實際監(jiān)測時，由于計算比較復雜，一般先分析溫度分布圖像，發(fā)現(xiàn)溫度存在異常變化才進行必要計算。232廢氣焚燒爐爐膛隔熱層紅外熱成像監(jiān)測石

9、化裝置中，廢氣焚燒爐爐體全部采用鋼制，爐膛內隔熱層為耐火水泥或耐火磚。為了使焚燒爐中的廢氣燃燒后排放尾氣不污染環(huán)境，廢氣焚燒爐的燃燒溫度必須達到或超過760。C。為方便比較，廢氣焚燒爐爐膛內隔熱層紅外熱成像監(jiān)測必須定期進行，積累分析數(shù)據資料。因此，監(jiān)測時刻必須控制在爐溫穩(wěn)定不少于1h后進行。監(jiān)測方位和距離固定在焚燒爐對稱兩側定距離2m。以每月固定日為監(jiān)測日，初次監(jiān)測得到的溫度分布圖為以后比較的基準圖。監(jiān)測重點要放在管口、支架等隔熱耐火層

10、容易受損處。每次監(jiān)測所得到的溫度分布圖都要和初始溫度分布圖進行比較]。局部耐火隔熱層剝落、破損或者斷裂，都會引起鋼制爐體外壁溫度明顯上升，最終會在紅外圖像中清晰顯示為一個熱圓(圖像中的光亮圓)。某公司通過對廢氣焚燒爐實施紅外熱成像監(jiān)測，得到爐膛隔熱層破損面積S的評價判據如下。(1)S小于隔熱層原有效面積的10時，焚燒爐表面溫升速率較小，設備可以正常運行。(2)當s大于等于隔熱層原有效面積的1o時，焚燒爐表面溫升速率急劇增大，這時要對設備

11、進行跟蹤檢測，密切注意爐膛隔熱層損壞區(qū)域的發(fā)展趨勢。(3)當S大于等于隔熱層原有效面積的20時，表明焚燒爐爐膛隔熱層有效隔熱面積在急劇減少，必須制定內部隔熱層修補或局部更換計劃。233液化石油氣儲罐熱彈性紅外圖像監(jiān)測應力集中部位是影響壓力容器運行安全的薄弱部位，應力集中大多是由于壁厚減簿、氫鼓包和各種焊接缺陷導致材料受力截面積減少而引起的j。在介質腐蝕作用下，高應力集中部位極易產生氫腐蝕開裂和應力腐蝕開裂，處于高應力部位的各種焊接缺陷在

12、周期疲勞載荷的作用下也更容易開裂和擴展。壓力容器在線檢測時，一般無法采用超聲、射線、磁粉和表面滲透等常規(guī)無損檢測方法對壓力容器上的焊縫進行檢測。采用快速、高效和非接觸的無損檢測方法發(fā)現(xiàn)壓力容器的高應力集中部位，然后對這些部位進行重點探傷是解決壓力容器在線監(jiān)測的有效途徑。根據文獻[10]，在絕熱條件下固體材料具有熱彈性效應，其在彈性拉伸載荷作用下引起降溫，產生紅外冷發(fā)射(IRCE)，受彈性壓縮載荷作用時則引起升溫。此外，材料的塑性變形可引

13、起材料溫度的升高，由此產生紅外熱發(fā)射(IRHE)效應。據此可采用紅外熱像技術對壓力容器進行在線監(jiān)測。某臥式罐的體積為12rn。，設計壓力為177MPa，實際操作壓力為03～06MPa，設計溫度為50^C，材質20G，整體式封頭壁厚16mm，筒體壁厚為14mm。紅外熱像監(jiān)測必須在加載過程中進行，因此需對儲罐進行加載試驗_】，加載前儲罐的狀態(tài)為空罐，內部殘液的壓力為013MPa。加載采用液化氣泵從2號罐向3號罐充氣，最終使3號罐壓力達到07

14、MPa。在加載前用紅外熱像儀掃查，確認易產生應力集中的區(qū)域是否有溫度不一致情況，加載過程中要對這些部位進行跟蹤觀察，記錄應力集中部位的溫度變化情況。結果顯示，加載前對空罐進行紅外線熱像掃查沒有發(fā)現(xiàn)溫度不均勻部位，壓力從03～05MPa的加載中，可以發(fā)現(xiàn)在儲罐封頭焊縫處溫度明顯高于儲罐平均溫度，當罐內達到最大加載能力073MPa時，焊縫處溫度隨之上升。對罐體進行觀察，可見封頭焊縫和封頭接管補強板角焊縫處有些不滿。根據分析，這兩個部位易產生