史强 朱文胜 胡洋 葛涌涛
中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司
摘要:本文通过现场实际应用案例，介绍了红外热成像技术、红外热像仪及其在炼油行业的应用，包括设备腐蚀状态评估、节能应用、电气设备检查等。应用主要涉及有耐火衬里设备监控、加热炉炉管表面温度检测、空冷器组偏流监控、保温层下微量泄漏判断、长输蒸汽管线及需伴热储罐保温层缺损快速筛查、电气设备非接触检查、地下管线走向判断、机械轴承及润滑系统失效的检查等应用及相应相关实例。文后提出了该技术在实际应用过程中的影响因素及相应的控制措施。
关键词 红外热成像 炼油 应用
1、红外热成像技术简介
凡是表面温度大于绝对零度的物体，其表面都会辐射出红外线，根据物体的温度、物理性质、表面辐射率的不同，其辐射出的红外线强度、波长都有很大不同，通常情况下物体表面温度越高，红外线辐射强度越大。
随着红外检测技术，特别是非制冷焦平面红外检测器的发展，人们可以同时检测一定范围内物体表面或空间环境中红外线的强度，从而得到该物体或空间的红外特征图片，再辅以人工色阶渲染，即可得到肉眼可见的“红外热图”。 [1]
通过红外热像图，可以准确地判断被测区域的温度分布情况，从而分析出该部位存在缺陷。在炼油行业，该技术可以广泛应用于设备的腐蚀状态评估、节能降耗、电气设备检查等领域。
红外热像仪有其相应的标准，以引进的FLIR ThemoCAM P65红外热像仪为例，该仪器具备320×240像素非制冷焦平面红外检测器，工作波段8-14μm，24°红外镜头，温度分辨率达到0.08℃，可以得到清晰地红外图像。
2、红外热成像技术在炼油行业的应用
2.1 设备的腐蚀状态评估方面的应用
红外热成像技术在辅助定位腐蚀缺陷、评估设备腐蚀状态、指导腐蚀检测和监测等方面应用广泛，是炼油化工企业腐蚀监控的重要手段之一。
2.1.1 带耐火衬里设备的监控[2]
炼油厂存在大量带耐火衬里的设备，如加热炉、硫磺转化炉、催化裂化反再系统等。以催化裂化反再系统为例，其操作温度在650~750℃，存在严重的冲刷腐蚀。该系统通常采用的碳钢材质作为容器外壳，长期使用温度要求不能超过425℃。如果壁温过高，不仅造成大量的热量损失，还会降低钢材的机械性能，导致设备的失效。
采用红外热成像对带耐火衬里的设备进行常规监测，可以发现及时发现设备表面的热点，从而确定衬里缺陷，以为进一步处理提供依据，同时还可以指导该类设备的衬里检修。图1为某催化反再系统的红外热成像图，从图中可以看出，该催化反再系统无温度明显超标部位，说明内衬基本完好。图2为某硫磺转化炉炉壁的红外热成像图，从图中可以看出，炉壁有两处明显的超温区域，表明内衬存在破损现象。
2.1.2 加热炉炉管表面温度检测
加热炉炉管因操作环境恶劣，存在高温氧化、硫化、蠕变、热冲击等腐蚀问题，对长周期运行造成影响。因为在运行过程中环境温度高，没有有效的直接腐蚀测量手段。采用红外热成像技术，通过加热炉看火孔对炉管同一部位进行温度监测，能有效的发现炉管温度异常，从而判断炉管是否存在结焦或表面操作温度过高等问题，计算炉管的剩余寿命，指导现场及时调整操作，消除设备隐患。图3为某连续重整加热炉炉管的红外热成像图，可以看出，炉管温度分布均匀，管上高温点可能是氧化物层所致。
2.1.3 空冷器组偏流的监控
炼油厂常减压装置常减顶系统、加氢装置反应产物流出物系统的空冷器经常发生腐蚀泄漏，腐蚀原因与空冷器组的偏流关系很大。在流速高的空冷器存在着严重的冲刷腐蚀，而流速过低的空冷器则存在着垢下腐蚀的危险。使用红外热成像技术，可以直观的反映出空冷器组中流体的分布状态，及时发现流体过度偏流的现象，判断腐蚀发生的部位，指导生产车间采取相应措施避免腐蚀事故的发生。图4为某常减压装置常顶空冷器组红外热成像图，可以看出空冷器之间存在着较严重的偏流现象。图5为某空冷器管束红外热成像图，可以看出部分管束存在着堵塞的迹象。
2.1.4 保温层下物料轻微泄漏的判断
无论是保冷还是保温，由于管线或容器外有较厚的保温层，由于器壁出现细小缺陷或裂隙引起的轻微泄漏往往难以察觉，泄漏的物料蓄积于保温层中，久而久之易燃物料可能诱发着火事故，蒸汽、水等可形成所谓的“湿保温”进而诱发严重的外腐蚀。
泄漏的物料与保温层接触后，能够引起局部温差，挥发性物料往往引起局部温度下降，红外热像可以准确的检测到这种温差，及早作出预警，指导保温拆卸以进行进一步的检查。图6为某塔塔壁保温的红外热成像图，可以看出，局部区域存在明显的温度低点。
2.2 节能降耗方面的应用
热力管线特别是长输蒸汽管线因保温破损导致的热量损失，是企业蒸汽损耗升高的主要因素之一。以往检查管线保温情况往往靠肉眼观察或点温计人工巡查，工作量大且容易出现漏检情况。红外热成像技术能够快速有效地进行大面积的管线保温检查工作，充分发现保温材料的破损部位，指导保温修复，降低热量损失[3]。该方法同样可以应用于需蒸汽伴热的大型储罐保温层的快速检查。图7显示了1.0MPa蒸汽管线保温层的红外热成像照片，可以看出，在直管段有两处保温存在缺陷。图8显示了某储罐保温的红外热成像照片。
2.3 电气设备的非接触检查
在炼油行业中，变压器母线排接点温度是电气设备检查中重要项目，通常操作人员使用红外点温仪进行近距离检测。但该方法容易发生漏测，且存在安全隐患。而采用红外热成像技术，仅需拍摄一到数张图片即可检测所有接点的接触情况，且无需近距离测量，确保了检测人员的安全[4]。图9显示了采用红外热成像技术发现的变压器接触不良隐患。此外。利用红外热图还可以迅速判定负荷较高的回路，为进一步检查提供指导，见图10。
2.4 在其他领域的应用
红外热像技术在一些非常规领域的应用也取得了较好的效果，如埋地管线走向判断、机械轴承及润滑系统失效分析、储罐液位确定等。
2.4.1 埋地管线走向判断
当地表温度较低时，红外热成像图能够清晰地展现出埋地管线的走向。实际应用中，冬季气温较低时，红外热成像技术可以检测到埋深小于1.5米的热力管线和埋深小于0.6米的新鲜水管线。曾采用红外热成像技术判断一处DN50非净化风管线的泄漏。由于地面建筑变化较大，该管线走向已不可考。以3公斤蒸汽对管线进行吹扫加热，6小时后，红外热成像图谱不仅清晰的显示出管线走向，还准确判断出泄漏发生的位置。
2.4.2 机械轴承及润滑系统失效的检查
机械轴承及润滑系统失效早期，失效部件往往表现出较大温升，红外热像技术与振动检测相配合，可以直观的发现失效部位，并对预知维修提供依据。图11为某电机红外热成像照片，可以看出电机前轴承温升较大，经检查发现是缺少润滑脂所致。
2.4.3 储罐液位检查
对于没有外保温层的额储罐，当储存热物流时，可以采用红外热成像技术判断储罐液位高度，或用于判断液位计是否失效。图12为某储罐红外热成像图片，从图中可以明显判断出液位的高度。
2.4.4 建筑物检测
平房屋顶渗漏,特别是墙体渗漏是工厂建筑常有的现象，处理过程中很难找准部位，由于渗漏部位和干燥墙体存在明显温差，使用红外热像技术可以迅速准确发现渗漏部位。此外，热像技术还可用于检测节能型建筑隔热材料缺失，判断建筑物热桥及能量散失通道等。
3、红外热像技术应用中要注意的几点问题[5]
3.1 采用红外热像技术检测目标区域的表面温度受很多因素的影响，如被测物体表面灰尘、日光反射、涂料、表面氧化物等，这些都会影响红外热成像检测结果的准确性。
3.2由于各种材料表面的辐射率设置不同，红外热成像测得的温度可能与实际温度有较大差别，必要时需配合接触式点温仪对被测表面进行辐射率校正。
3.3 气候条件如风速、烟雾等都会干扰红外热成像检测结果，尤其是远距离检测时得到的红外图谱偏差较大。
3.4 同一部位连续监测时，机位与被测目标的辐射角度应尽量保持一致，辐射角度差别大于30°时，可能引起较大误差。
3.5 红外热成像检测人员需要经过培训，并在工作实践中积累大量的经验，才能正确设置红外热成像仪的参数，准确分析红外热成像图谱，以获得真实有效的检测结果。
4、结语
红外热成像技术作为一项无损检测技术，在炼油行业的应用领域不断得到拓展，不仅被广泛用于带衬里设备的衬里损伤监测、蒸汽管线保温的热损失检测，还逐渐应用到腐蚀监控、设备剩余寿命评估和预知性维修等方面。今后应进一步深入研究影响红外热成像技术检测结果的因素，不断提高检测结果的准确性，并研究各种设备失效与温度状态的数学关系模型，使红外热成像技术成为名符其实的设备安全运行的保护神。