石化热反应设备节能及损伤红外热成像监测体系的开发

黄双，陈峰，贺训育，张鑫

（独山子石化公司，新疆 克拉玛依 833699）

石化热反应设备节能及损伤红外热成像监测体系的开发

黄双，陈峰，贺训育，张鑫

（独山子石化公司，新疆 克拉玛依 833699）

本文介绍针对石油化工热反应设备节能及损伤建立的红外热成像监测体系，其涵盖衬里损伤程度及损伤类型的监测与评价、设备保温效果评价、炉管寿命预估与炉管安全等级评估。

热反应设备；红外热成像；节能；损伤

保温、衬里、炉管运行状态是影响石化热反应设备长周期运行的主要因素。对这类设备实现实时监测与评估是亟待解决的问题。本文介绍的石化热反应设备节能及损伤监测体系，主要依据这类设备工艺及结构特点，通过长、短波红外成像技术集成、离线定位监测技术开发，精确获取炉管、衬里及保温温度场分布，准确识别衬里、保温、炉管运行状况及故障类型与程度，从而达到实现设备主动性维护及预知性维修的目标。

1 总体思路

红外热成像技术优势可将物体表面的热分布转变为可视图像，能够反映温度这一在带衬里的加热设备、保温管道和高温热反应设备中起重要作用的指标。主要应用红外热成像温度监测，结合其他常规监测手段，实现能够应用于衬里、保温及不同热反应设备炉管的监测及评估方法及软件系统，形成综合体系。

建立基于非接触式红外热成像监测技术基础上的红外热成像监测体系，主要依据石化热反应设备工艺及结构的特点，通过长波、短波红外热成像技术的优化组合，结合红外热成像离线定位监测技术，精确获取热反应设备炉管、炉体衬里及保温层表面温度场的温度分布情况，达到准确识别设备衬里、保温、炉管运行状况及故障类型与程度。

衬里、保温监测须结合设备工艺与结构参数、环境监测参数对衬里损伤进行评价，炉管运行状态监测须结合炉内、管内温度压力监测参数对炉管结焦及寿命进行评价，建立衬里保温监测作业规范、炉管监测作业规范，建立石化热反应设备红外热成像监测方案。

2 研究开发内容

2.1 开发基于设备表面修正温度场分布、运行参数和红外图像数据分析的设备衬里损伤程度及损伤类型的监测与评价方法及软件系统

2.1.1 设备表面温度模型

影响长波红外仪器测量设备表面温度精度的主要因素有光照条件、风速、风向、环境温度、设备表面发射率以及附近设备干扰等，对这些影响因素进行分析、研究，提出如图1所示的修正框图。

图1 设备表面温度修正框图

其中：v表示风速；VF表示风向；Th表示环境温度；P表示发射率；Pf表示附近设备干扰；T表示红外测量温度；T*表示修正后温度。需要说明的是光照的影响是很难用算法剔除的，因此建议采用规避的方法来消除。其他的修正计算少数几个关键参数需要通过实地测量来最终确定。

2.1.2 衬里损伤类型及程度

衬里损伤划分为脱落、空洞、夹层、鼓包、裂纹和减薄六种类型，并依据不同的表面保护材料耐热温度，划分不同的损伤程度。

2.1.3 衬里损伤评估模型（图2）

2.2 开发基于设备表面修正温度、运行参数和红外图像数据分析的设备保温效果评价方法及软件系统

2.2.1 设备保温性能评价方法

根据国标GB/T 8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》的规定，表面散热损失的测试方法有热平衡法、热流计法、对流传热法和温差法四种方法。在本项目的研究中，采用了能够满足工程要求且计算量小的傅立叶导热换热计算式：

图2 衬里损伤评估模型

图3 设备保温性能评价模型

式中：q——热流密度；

δ——保温层厚度；

tm、tb——内外壁温度。

根据上述公式即可计算出设备外壁的许可温度。实测外壁温度与之进行对比，综合设备外壁实际允许的温度界限值即可实现该设备保温效果评价。

2.2.2 设备保温性能评价模型（图3）

2.3 开发基于炉管表面修正温度及分布、加热炉运行参数的设备炉管寿命预估与炉管安全等级评估方法及软件系统

2.3.1 炉管表面温度校正模型（图4）

图4 炉管表面温度校正模型

校正后的温度。

2.3.2 炉管状态评估规则

炉管状态主要包括炉管的结焦情况和炉管安全状态。依据材料学理论和美国石油学会标准，经过实地实验并结合现场情况，确定8条专家评定规则，分别判定严重结焦、可能结焦、结焦趋势等。

2.4 建立衬里保温监测作业规范、炉管监测作业规范，建立石化热反应设备红外热成像监测方案，实现热反应设备监测全覆盖

2.5 指标完成情况（表1）

表1

3 结语

项目在国内石化企业中首次建立了石化热反应设备红外热成像监测体系，实现石化设备主动性维护及预知性维修。

项目实施6年来，共计51台石化设备纳入监测体系化管理，提升了设备监测准确度及效率。使公司具备了热反应设备衬里损伤、保温评价、炉管运行状况评估能力。通过成果的实施与应用，对石化设备长周期平稳运行提供了及时、有效的技术支持。

[1]李晓英．影响红外测温的主要因素及对策[J]．山西机械，2001,6(2)．

[2]付冬梅等．衬里评估操作设计说明书[M]．北京科技大学，2011．

[3]程玉兰．红外诊断与现场实用技术[M]．机械工业出版社，2002．

[4]付冬梅等．衬里评估软件现场数据验证报告[K]．北京科技大学，2012．

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1671-0711（2017）10（上）-0089-02