红外热成像技术在炼油行业的应用

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，山东 淄博 255434)

1 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、波长都有很大差异，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，可同时检测一定范围内物体表面和周围空间环境中红外线的强度，得到该物体表面和周围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直观的看到被测区域的温度分布情况，从而分析出该区域存在的问题。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。

红外热像仪可分为手持式红外热像仪和在线式红外热像仪。手持式热像仪一般外形小巧，方便携带，且配有电池，能够满足不同工作场所的需求。优秀的在线式热像仪可以安装在任何地方，监控关键设备和重要资产。

2 在炼油行业的应用

2.1 设备腐蚀状态评估

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

炼油厂存在大量带耐火衬里的设备，如加热炉、硫黄转化炉、催化裂化反应再生系统等。以催化裂化反应再生系统为例，容器外壳材质为碳钢，长期使用温度不能超过425℃，而设备操作温度在650～750℃，其衬里存在严重的抗冲刷腐蚀。衬里腐蚀严重会导致容器壁温过高，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。

采用红外热像仪对带耐火衬里的设备进行常规监测[2]，可以及时发现设备表面的温度分布状况，从而判断衬里是否有缺陷，还可以指导该类设备的衬里检修。图1为某催化裂化反应再生系统的红外热成像图，从图中可以看出，该催化裂化反应再生系统无温度超标区域，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，对设备的长周期运行造成影响。由于炉内环境温度高，对炉管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进行温度监测，及时发现炉管温度是否异常，据此判断炉管是否存在结焦或表面温度过高等问题，并预估炉管的剩余寿命，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，炉管上的高温点可能是氧化物层所致。

图1 某催化裂化反应再生系统红外热成像Fig.1 Thermograph of Reactor and Regeneration system in FCCU

图2 某硫磺转化炉炉壁红外热成像Fig.2 Thermograph of reformer wall in SRU

图3 某连续重整加热炉炉管红外热成像Fig.3 Thermograph of furnace tubes in CCR

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。流速高的空冷器存在严重的冲刷腐蚀，流速低的空冷器则存在垢下腐蚀的危险。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，据此判断腐蚀发生的部位，指导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，在管线和容器的外面都有较厚的保温层，因此管壁或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，久而久之保温层中的易燃物料可能诱发着火事故，而泄漏到保温层中的蒸汽、水等可形成所谓的“湿保温”进而诱发严重的管壁或器壁外腐蚀。

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，红外热成像仪可以准确的检测到这种温差，及早作出预警，指导保温层拆卸以及对设备的进一步的检查。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，应尽快拆卸保温层，对该区域设备进行检查。

图4 某常减压装置常顶空冷器组红外热成像Fig.4 Thermograph of air-cooler group of overhead system of atmospheric tower in CDU

图5 某空冷器管束红外热成像Fig.5 Thermograph of tubes of air-cooler

图6 某塔塔壁保温红外热成像Fig.5 Thermograph of insulation of tower

2.2 节能降耗

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，及时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1.0 MPa蒸汽管线保温层的红外热成像图，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图。可以看出此储罐无明显缺陷。

图7 某1.0 MPa蒸汽管线保温层红外热成像Fig.7 Thermograph of insulation of 1.0 MPa steam line

图8 某储罐保温的红外热成像Fig.8 Thermograph of insulation of a tank

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，仅需拍摄一组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，图10为三相电源的红外热成像图，可以看出此三相电源负荷不平衡。

图9 变压器红外热成像Fig.9 Thermograph of transformer

2.4 在其他领域

红外热成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 m的热力管线和埋深小于0.6 m的新鲜水管线。由于地面建筑变化较大，有些管线走向已不可考。曾采用红外热成像技术判断一处DN 50 mm非净化风管线的泄漏。耗费3 kg高温蒸汽对管线进行吹扫加热，6 h后，红外热成像图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。

图10 三相电源红外热成像Fig.10 The thermagraph of a three-phase power unit

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，失效部件往往出现较大温升，红外热成像技术与振动检测相配合，可以直观的发现失效部位，并对维修提供依据。图11为某电机红外热成像图，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，从图中可以明显判断出液位的高度。

图11 某电机红外热成像Fig.11 The thermograph of a electrical motor

图12 某储罐红外热成像Fig.12 The thermograph of a tank

3 要注意的几点问题

(1)采用红外热成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[5]。

(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)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。

(4)对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。

(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 结束语

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。

[1]李晓刚，付冬梅.红外热像检测与诊断技术[M].北京:中国电力出版社，2006:1-6

[2]孙卉.红外热像技术在催化衬里损伤诊断中的应用[J].工业炉 .2011，33(6):28-29.

[3]付冬梅，李晓刚.长距离管线的红外热像检测与在线保温评估[J]. 激光与红外，2001，31(2):110-112.

[4]张赢.电力设备故障的红外热成像诊断[J].东北电力技术，2011，12:33-35.

[5]乐逢宁，蔡静，马兰，等.使用红外热像仪应注意的问题[J]. 计测技术，2010，30(增刊):100-101.