浅析红外热成像检测技术在压力容器和压力管道检测中应用

廉国辉

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。在工业领域中，往往需要由专业的检测人员对生产线中的各种设备进行提前检查，以此确保设备能够在工业生产中得以正常运行，而在这些设备中，有很大一部分设备都属于无损设备，这些设备的内部结构精密，不易进行拆开检查，这也使检测人员通常需要采用无损检测技术来完成检测任务，红外热成像无损检测技术相比于传统的检测技术来说，不仅不会对设备进行拆卸检查，而且检测精度也比后者高的多。

关键词：红外线热成像技术;压力容器;压力管道

引言

红外线是不可见的光线，属于电磁波。物体表面温度如果超过绝对零度（-273℃）即会辐射出电磁波，其中就有载有物体特征信息的红外线。红外热成像技术是一种被动红外夜视技术。通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置模拟出物体表面温度的空间分布，再经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，得到与物体表面热分布相对应的热像图（即红外热图像）。通过热像图可人为判断被检物体本身的结构特征。

1红外热检测成像系统简介

红外热检测成像系统在红外热检测中起关键作用。红外热检测的成像系统大致经历了三代：第一代以数目有限的探测单元为特征，第二代以二维N×M元焦平面阵列探测器为特征，第三代以“灵巧”凝视大焦平面阵列并带有集成探测器后续信号处理电路为特征。在此对比较典型的成像系统（属于第二代）作一介绍，由扫描器、监控器、图像数字化单元和磁带机组成。扫描器的短波长镜头可监测3.5～5.6μm波长范围内的红外辐射;在室温条件下，测温灵敏度可达0.05℃;扫描一幅可见图像所需时间为0.4s。由于入射的辐射经锗透镜和双六面体棱扫描投射到探测器上，因此按要求可覆盖试件或部件的选择面积。调焦范围为14cm到无穷远，而且在最小距离处，可以观察到来自0.5mm2像元的应力细节。扫描器接收的辐射信息在监视器上以黑白灰度图像显示，同时也可以经过图像数字化单元将红外图像转变成数字信息，并由磁带机记灵下来。磁带机的最快记录速度为每秒一幅图像。磁带机存贮的数字图像可送入图像处理计算机进行图像分析，可以作为一幅16种颜色线性细分的温度轮廊图显示在高分辨率的彩色监视器上，根据需要还可以提供轮廓上任一点或任何一条线上的温度曲线。

2在生产过程中应用红外热成像无损技术的优点以及缺点

2.1红外热成像无损检测优点

由于引进时间和技术的限制，这项技术还没有在一些小企业中广泛应用。然而，在一些大型生产企业中，使用这种设备进行检测的优势正在逐渐显现。首先，这项技术最突出的特点是安全。因为它的基本工作原理是物体发出的热量不同，在工作过程中，只要设备开始正常工作，工人就不再需要过多地操作设备。传统的检验方法要求工人有一定的工作经验，因为在设备检验过程中，需要人工对设备进行检验。一般生产企业的情况比较好，但对于压力容器来说，一般都是大型机器，这是很危险的。如果在测试过程中出现一个微小的错误，不仅会导致生产过程的失败，还会对操作人员自身的安全造成极大的威胁。当红外热成像用于测试机器和设备时，操作人员不需要触摸待测试的机器，只需要一个人打开测试设备。大大提高了检测过程中的安全性能。其次，因为这种检测设备直接依赖于检测设备在运行过程中发出的热量，所以灵敏度相对较高。热量的微小变化可以准确地反映在检测值中。避免操作员手动操作造成的错误。最后，使用这种技术进行设备检查，省时省力。一般来说，对这样大规模的生产设备进行一次检查需要很多员工进行协调和配合，操作过程非常复杂。利用物体散发的热量来检查设备。完成整个检查过程只需一分钟。检查的效率大大提高也节省人力和成本。

2.2红外热成像无损检测技术应用中存在的不足

由于红外热成像无损检测技术较为先进，并且需要依赖相应的检验设备才能进行，这也使该技术仍旧处于研发阶段，大多数发展规模不大的企业也没有多余的资金来引入这种检测设备，这也使该技术的引入与推广需要花费较高的成本。此外，由于不同的机器在散发热量上往往存在较大差异，而只利用该设备来对散发热量之间的差异进行检测，是难以对设备的具体运行状况进行准确说明的，这也使该技术在检测过程中常常会受到外界环境因素及温度的影响。因此，要想确保这项技术能够得以可靠进行，就必须要做好检测前的环境处理工作，并且对于一些体积较大的设备，如果两侧温度的差异较大，是不适用于运用这种技术来进行设备检测的。

3红外热成像检测技术在压力容器和压力管道检测中应用

图1是用菲力尔红外热成像设备T620拍摄的某石化企业换热器局部彩色照片和红外热成像照片。该图组中红外热成像中颜色越亮的部位表明表面温度越高，温度变化在8～89℃。从该图组中彩色照片上看，该换热器外部宏观无明显异常;从红外热成像图像上可以看出，该台换热器外部隔热层状态及隔热层绝热效果良好。由于换热器壳程筒体温度传递到换热器的鞍座，鞍座金属部位外部无隔热层，導致鞍座金属部位温度高，红外线辐射强度大，形成的图像颜色与周围环境形成的颜色产生鲜明的对比。图2是用菲力尔红外热成像设备T620拍摄的某石化企业反应器局部彩色照片和红外热成像照片。该图组中红外热成像中颜色越亮的部位表明表面温度越高，温度变化在26.9～231℃。从该图组中彩色照片上看该反应器外部隔热层金属皮局部异常锈蚀;而从红外热成像照片上看，可以发现，该反应器局部图像颜色与周围颜色产生了鲜明的对比。红外热成像照片中光标处显示温度为223℃，说明反应器该处外部隔热层绝热效果很差。对红外热成像照片中温度异常位置进行验证，发现反应器该位置隔热层质量很差，局部存在隔热层下沉、脱落、缺失。这导致该反应器局部热量流失，增加了生产能耗，可能会影响工艺生产。

结语

红外热检测具有基本理论基础和精确的红外监测设备，从理论上和实践上可行。红外热检测应用于压力容器尤其是石化行业关键设备检验具有重大的经济意义和社会意义，具有很好的发展前景。

参考文献：

[1]宋天民.无损检测新技术[M].北京：中国石化出版社，2018.（1）.

[2]程玉兰.红外诊断探伤实用技术[M].北京：机械工业出版社，2019.