火电厂钢筋混凝土烟囱腐蚀位置红外技术研究

马颖飞

(中土大地国际建筑设计有限公司，河北 石家庄 050000)

1 概述

国家从“十一五”开始要求：新旧电厂必须对烟气采取脱硫措施。脱硫后烟气具有很强的腐蚀性，对烟囱内衬产生破坏，进而威胁到烟囱主体结构的安全。为避免腐蚀对烟囱结构造成破坏，就需要对烟囱的腐蚀程度进行定期检测，当内衬腐蚀完全时要及时更换。

当前烟囱腐蚀程度检测是以传统检测为主，但传统方法无法对腐蚀程度进行快速、准确的定位，且经济成本很大[1]。能否找到一种方便快捷的方法来解决烟囱腐蚀问题成为一个难题。红外检测技术具有非接触测量、测量结果直观形象、适合现场应用的优点[2]，且已应用于其他领域，能否应用到烟囱腐蚀的检测中，本文将通过试验来进行探讨。

2 试验概况

电厂烟囱的高径比通常大于15，本次试验模型并未采用缩尺比来对烟囱结构进行模拟。如果按照比例来模拟，当模型高度为200 cm时，内径就会太小而失去操作空间，使试验无法进行。为便于支模和施工，把模型简化成圆柱形筒体。

模型设计高度200 cm、内径70 cm、壁厚10 cm。在混凝土筒内壁上粘贴聚苯板，来模拟烟囱内衬，烟囱内壁受腐蚀之后破坏，产生大小深度各不相同的缺陷。在试验中确定一个因素，分析另一个因素对红外检测结果的影响。当缺陷深度相同时，缺陷面积分别为2 cm×2 cm,5 cm×5 cm,10 cm×10 cm,15 cm×15 cm,20 cm×20 cm。当缺陷面积相同时，缺陷深度为1 cm,2 cm,3 cm,4 cm。在外壁上标出内壁缺陷所对应的位置，以便在观测时能够快速找到缺陷的位置。将混凝土筒体运送到实验室中，并进行接线工作。施工完成后如图1所示，加热管接线如图2所示。

在加热之前用FLUKE Ti49热像仪对缺陷区域进行一次测量，之后每隔半小时测量一次，总共测量10次，测量时间总长为5 h。

为探讨距离对检测结果的影响，近距离拍摄一张缺陷区域的红外图像，缺陷区域在热像图中所占面积在1/2左右。同时远距离拍摄一张，依此来判断检测距离对检测结果的影响。试验中距离指镜头距离混凝土外壁的垂直距离，近距离为50 cm，远距离为150 cm。

使用FLUKE Ti49热像仪采集红外图像后，将热像图导入到电脑中并使用FLUKE的专用软件SmartView对图片进行处理和分析，得到缺陷区域温度最大值、平均值和最小值，同时输出红外图像，根据温度值和图像颜色的变化来判断缺陷位置。

3 试验结果分析

3.1 缺陷面积的影响

当缺陷深度一定时，缺陷区域温度随缺陷面积的变化情况如图3～图6所示，总体而言缺陷区域最大和最小温度是随缺陷面积的增大而增大的。之所以出现温度突变点是因为内衬存在缺陷，其内部存在空鼓或掺杂着导热系数较大的物体，致使外表面最高、最低温度出现突变。

平均温度为缺陷区域内所有温度的平均值，其受其他因素影响较小，能够反映缺陷区域的真实温度。平均温度变化较为规律均匀向上增大，没有出现突变点。因此缺陷区域温度随缺陷面积增大而增大，呈现正相关性。

3.2 缺陷深度的影响

当缺陷面积大小一定时，缺陷区域温度随缺陷深度的变化情况如图7～图11所示，从图7～图11中看出缺陷面积相同时，缺陷区域温度随缺陷深度增大而增大。最大、最小和平均温度的变化规律相同，突变点较少。

从图7～图11中看出当缺陷面积较大时，缺陷深度由3 cm变为4 cm时温度斜率明显大于2 cm～3 cm时的斜率，说明混凝土管壁对失去保温层反应很明显。因为聚苯板的导热系数为0.028 W/(m·K)，混凝土导热系数为1.74 W/(m·K)，并根据公式R=δ/λ计算得到，聚苯板热阻为R=1.43 (m2·K)/W，混凝土热阻为R=0.057 (m2·K)/W，聚苯板热阻是混凝土的25倍。失去聚苯板保温层保护，热量直接传递到混凝土内壁，引起温度上升较快。

图12为缺陷20 cm×20 cm区域温差随时间变化情况，图中温差采用缺陷区域和非缺陷区域的平均温度之差。因为平均温度为缺陷区域内所有温度的平均值，这样可以将检测结果受干扰的程度降到最低。由图12可知开始阶段温差随时间而增大，加热到4 h以后温差又逐渐变小。温差在缺陷深度为4 cm时的变化率明显大于其他缺陷深度，这是因为聚苯板热阻是混凝土的25倍。缺陷深度为4 cm时筒壁完全失去保温层，热量直接通过混凝土由内壁向外壁传递，温度上升较快，而非缺陷区域保温层的热阻很大温度上升较慢，因此温差很大。

3.3 其他因素的影响

3.3.1 缺陷和非缺陷区域温度对比

图13，图14为缺陷深度2 cm、面积15 cm×15 cm加热3 h时的热像图和可见光图，图14方框位置为内部缺陷在外表面上的对应位置。从图13中可知缺陷区域的最大、平均、最小温度均大于非缺陷区域的对应温度。因其温度较高，说明热阻很小，依此就可以判断内衬出现破坏。通过温度的变化情况，可以准确判断混凝土内壁的破损位置。

3.3.2 测量距离的影响

图15,图16为缺陷深度3 cm在加热4 h时不同观测距离的热像图。近距离的平均温度明显大于远距离，这是因为红外热像仪接收的红外线来自两部分，一部分来自被测物体本身，一部分来自周围环境的辐射。当检测距离较远时，红外热像仪所接收的周围红外辐射较多，检测结果受影响较大；当检测距离较近时，周围红外辐射减少，检测结果受影响减小[3]。合适的检测距离需要根据目标物体的高度、温度、天气状况等因素综合确定。

4 结语

通过设置深度、面积不同的缺陷，来研究红外技术检测腐蚀缺陷的可行性，并对数据分析得出结论：缺陷区域温度随缺陷面积的增加而增加，随缺陷深度的增大而增大，且深度变化对温度的影响要大于面积变化的影响。缺陷面积越大、深度越深，红外技术越容易检测出缺陷的位置。

本文提出将红外技术应用到火电厂烟囱腐蚀位置的检测中，并进行相应的试验。最后证明红外检测技术能够快速、准确的检测出缺陷位置，因此红外检测技术可以应用到烟囱腐蚀的检测中，为烟囱的结构安全提供必要的参考。