红外热成像技术在LNG 储罐珍珠岩补填过程中的应用与实践
2020-10-26李强
李强
（中石油大连液化天然气有限公司，辽宁 大连116000）
1 红外热成像技术介绍
1.1 红外热成像技术检测原理
红外热成像技术可以把由物体所产生的红外辐射用可见光的图像的形式显示出来，在一个平面上显示物体的各个部分所产生的红外辐射的强弱。红外线检测物体表面温度分布的变化，热流注入是均匀的，对无缺陷的物体，正面（受阳光面）和背面（背阳光面）的各自温度场分布基本上是均匀的，如果检测对象内部存在缺陷，在缺陷处温度分布将发生变化[1]。
此次检测LNG 储罐为例，罐内存储着温度约为-160℃的液化天然气，罐外为自然环境。内罐壁为耐低温钢，外罐为预应力钢筋混凝土（内壁有碳钢衬板），内外罐壁之间环隙空间为保温层。由于罐内外存在着温度差，当保温层缺失时，会存在明显的热传递现象。保温效果差的区域，热量传递速度较快，其表面温度低，对外辐射的红外线能量少，从拍摄的红外热图像上表现为低温区，保温效果好的区域，热量传递速度较慢，其表面温度高，对外辐射的红外线能量多，从拍摄的红外热图像上表现为高温区。
保温层状况的差异性形成罐壁表面的温度分布差异。红外热成像仪就是通过获取被拍摄储罐罐壁表面的红外辐射能量，绘画出其温度分布状况，形成罐壁表面的具有温度分布信息的红外热图像照片。需要说明的是红外热成像要求天气状态良好、能见度较高时进行，如果条件允许, 尽量在夜间检测以提高检测准确度[2]。为减少以上因素干扰，本次现场检测后的数据分析主要参考的是外界条件基本相同的相邻区域的相对温差，减小环境影响。
1.2 红外热成像仪标准
本次检测采用的红外热成像仪为美国进口的FLIR 红外热成像仪T420，该仪器操作简单，成像质量高，软件处理功能强大。检测依据参考CECS 204:2006《红外热成像法检测建筑外墙饰面层粘贴缺陷技术规程》和JGJ/T 277-2012《红外热成像法检测建筑外墙饰面粘结质量技术规程》。
具体参数如下：
表1 红外热成像仪技术参数
1.3 红外热成像仪检测方法
在储罐外壁25 米以上的距离进行储罐外壁360 度热成像扫描，以1#填充口为起点，按照填充口序号1-2-3-4-5～48 号的顺序依次对每个填充口进行拍照[3]（需有一人站在拍照的填充口处用标尺根据热成像仪上显示的温差位置标示出每个填充口的下沉高度）。如图所示：储罐外壁周长263 米，选取48 点拍照，可以覆盖全部横向区域。
图1 红外成像监测点布置示意图
图2 T-1202 储罐珍珠岩填料口分布图
2 红外热成像技术测算LNG 储罐珍珠岩下沉高度
以LNG 储罐T-1203 为例，由于储罐珍珠岩不均匀下沉[4]，因此平均分为八个检测区域，通过红外热成像检测每个分布区域温度最高值和最低值，根据温度检测结果，现场实际测量LNG 储罐结霜最高点和最低点高度。再依据结霜高度的平均值，得出LNG 储罐珍珠岩下沉平均高度。
图3 红外热成像检测LNG 储罐温度
图4 LNG 储罐珍珠岩下沉高度测量
通过以上数据的统计和计算得出T-1202 储罐珍珠岩平均下沉高度为6.7 米，某接收站三座LNG 储罐珍珠岩下沉高度基本一致，为补填珍珠岩用量的计算提供重要依据。
3 LNG 储罐补填珍珠岩用量的计算
根据LNG 储罐珍珠岩下沉高度，分别计算①、②、③、④部分珍珠岩体积（如图4 所示）。
图5 补填珍珠岩区域分布图
其中，①区域珍珠岩体积计算公式为：
②区域珍珠岩体积计算公式为：
③区域珍珠岩体积计算公式为：
④区域珍珠岩体积计算公式为：
根据计算公式和珍珠岩填充量数据统计表得出单个LNG储罐补填珍珠岩用量是2758.51m3，而实际填充量是2700m3左右，两者相差无几，因此借助红外热成像技术可以精确计算补填珍珠岩用量。
4 珍珠岩补填前后热成像数据分析
根据补填前后热成像效果图可以明显看出，补填后储罐保冷性能明显提高。从补填前后温差分布图中可以得到，补填前平均温差为4.9℃，补填后平均温差为1.19℃。补填后出现个别温差较大也是由于储罐壁上的青苔在珍珠岩在线补填完成后逐渐失去所需养分（水份）导致青苔开始干化，干化后的青苔颜色呈黑色吸收热量较多导致温差偏大，属于正常现象，满足补填要求。
表2 LNG 储罐红外热成像检测温度及珍珠岩下沉高度统计表
表3 珍珠岩填充量数据统计表
图6 珍珠岩补填前后热成像效果对比图
图7 补填前后温差分布图
5 结论
本片论文主要介绍红外热成像技术，通过红外热成像技术在LNG 储罐珍珠岩补填过程中的应用与实践，可以测算珍珠岩下沉高度，精确计算补填珍珠岩用量，检测珍珠岩保冷层保冷效果。某接收站LNG 储罐珍珠岩补填完毕后，储罐外观局部结霜现象逐渐消失，储罐BOG 蒸发率测试合格[5]，降低储罐运行能耗，保证LNG 接收站安全平稳运行。
