红外热像技术在石化节能领域的应用

2011-09-16锦州石化公司设备研究所申大勇

中国设备工程 2011年9期

锦州石化公司设备研究所申大勇

本文简要地介绍了红外热像检测技术的原理及特点，并利用实例说明了红外热像技术在热力管道保温测试与评估中的应用。

红外热像技术应用于石化设备的定期检测及故障诊断主要是基于红外辐射测温的原理。依靠红外热像仪可以快速方便地获取被测物体二维热图像的特点，对石化热设备进行定期检测，根据被测物体各部位的温度差异，以及物体同一部位在不同时期的温度差异，再结合设备、装置结构等状况，来诊断设备的运行状态，如发现故障，再进一步分析诊断故障发生部位、损伤程度及引起故障的可能原因，从而为保证设备的“安、稳、长”运行提供科学依据。

1.红外热像仪测温特点

（1）测温范围大。一般热像仪均可测量0～2 000℃范围的温度。

（2）可以借助显微镜头对直径为几微米或更小的目标进行测温。

（3）可以快速进行设备的热诊断。

（4）灵敏度高，根据其型号的不同，可以分辨0.1℃或者更小的温差。

（5）不会对所测量的温度场产生干扰。这优于直接接触测温的仪器如热电偶。

（6）使用安全。由于测量的非接触性，使得热像仪使用起来非常安全。

2.红外热像技术的应用领域

（1）在检测输送管线方面的应用。在石油化工企业，通常会使用管线输送蒸汽、原料、产品等，通常管线外会包裹保温、保冷隔层，通过红外热像仪可以方便地查看管道的保温、保冷隔层有无破损、是否有泄漏。①加热炉管积炭结焦堵塞，由于积炭部位和其他部位热容量不同导致温差，这些温差传递到管线外壳，这样就可以从红外热像图分辨出炉管结焦程度（如图1所示）。②烟气管道内壁受磨损或者腐蚀导致减薄，其温度会比正常部位温度偏高，从红外热像图可以检测出磨损、腐蚀导致减薄的部位。③管道由于局部温度波动较大，导致材料热疲劳造成裂纹、泄漏，故障处会渗漏管道内介质，如果管道内介质为高温介质或者低温介质（如氨气）时，管道渗漏介质与管道外壁就有温差，红外热像仪可以轻易拍摄到泄漏点。④管道保温、保冷隔层脱落，其脱落处温度偏高，可在热像图中清晰显示（如图2所示）。热像仪还可检测出管道温度，作为保温、保冷是否达到规定效果的判断依据。

图1 管道保温热像图与实际照片对比

（2）在检测连接法兰方面的应用。石化企业存在大量的塔、罐、釜等装置，自然也就存在许多的法兰连接。法兰的密封容易发生问题，导致管道输送的蒸汽、原料、产品等在管道法兰连接处有泄漏（如图2所示）。利用热像仪可以迅速、安全地发现泄漏部位。

（3）在加热炉评估方面的应用。利用热像仪主要对加热炉以下四方面进行评估：①排烟热损失。②气体不完全燃烧热损失。③散热损失。④衬里损伤。

图2 缓冲罐及法兰的红外热像图

评估产生的主要效益：①改善炉子燃烧节能技术，包括高效燃烧器、燃烧控制技术、燃料添加剂。主要是使炉子燃烧过程更完全、充分。②加强保温节能技术，主要是采用新型高效保温、衬里材料，提高炉体保温效果，减少散热损耗。③减少排烟，提高节能水平。

（4）在供电系统的应用。利用红外热像仪能够快速定位供电系统的问题所在，从而降低维护工作量和减少过维护，节能降耗，如图3所示。

图3 典型的进线接头发热红外热图

3.蒸汽管道节能检测评估实例

（1）检测基本参数。为了能准确地掌握高温蒸汽管线的保温状况，采用日本NIKON S270A型红外热像仪进行测试，并对结果进行了分析。量程-20～1 500℃，测试精度0.1℃。3.5MPa高温蒸汽管线，进口取自热电厂2号炉出口处，管道出口取重整车间进口处（长度为400m），动力蒸汽出口与德马克压缩机的入口的蒸汽参数见表1。所取参数都从仪表上读出。

本测试进行据国家技术监督局GB4272-92《设备及管道保温技术通则》及据国家标准局GB8174-87《设备及管道保温效果的测试与评价》规定：①凡设备、管道及其附件的保温结构外表面温度高于323K（50℃）时视为不合格。②当设备、管道及其附件外表面温度为400℃时，保温后允许的最大散热损失为227W/m2。

（2）检测结果。2009年5月，对3.5MPa高温蒸汽管线进行了红外测试，获得管道外壁表面温度场热像图数百幅。运用红外分析软件，计算出表面平均温度为30.2℃，环境温度为20℃，计算出平均热流密度为510.8W/m2，超标情况严重。在测试过程中对于表面温度低于50℃的保温段不进行热流计算，只对表面温度超过50℃的保温进行热损失计算。

表1 动力蒸汽出口与德马克压缩机的入口的蒸汽参数

（3）效益分析。①降低能耗：在测试与评估过程中发现，此段管道上阀门、法兰处的保温层与管道保温层不连接，中间有裸露铁管，管道支撑处结构不合理。从统计数据看，裸露铁管及支架处，长度虽小，但散热损失相对很大，超过总散热损失的1/3。现简略计算如下。

据国家标准，常年运行工况允许最大散热损失400℃时为227W/m2，裸管的散热损失取28kJ/s，支架的散热损失取98kJ/s，按1年330个工作日计算，对此管线进行改造使之达到国标要求，则每年可减少裸管热损1.87×108kcal/年；支架热损6.66×108kcal/年。渣油燃烧值为10 000kcal/kg，渣油价格为3 900元/t，则每年可节约资金33.25万元。

上面的计算表明，仅对测试段的裸管和支架部分进行改造，其节能潜力很大。每一个石化企业，都有十几条热力管线，总长达几十千米，存在保温缺陷的部位很多，如果在进行完保温评估后，加以维修改造，那么每年的能耗降低是很可观的。

②减少物耗：通过评估，就可了解测试段管线的保温状况，对新型保温状况84%符合国标可不更换；对超标严重的区段如旧型保温应更换；阀门、支架、裸管等散热严重部位，应进行保温并根据实际情况，采用新结构、新保温材料。如应用微孔硅酸钙材料，其价格为580元/m3；可节约保温材料用量58.3m3；可节约资金3.5万元。

通过蒸汽管线的保温评估，可以避免盲目更换保温，做到有针对性，有计划性的维修，这样可节约大量资金。