在用压力管道检测中红外热成像技术的应用

刘林勇

（枣庄市特种设备检验研究院，山东 枣庄 277100）

目前，原油输送、电力运输等领域都需要应用压力管理设施。然而，在压力管道长期运行的过程中，极有可能受到各种内外因素的影响导致管道压力发生变化。久而久之，就会造成腐蚀、焊缝焊接开裂等严重后果，由此加大了泄漏问题、爆炸事故的发生机率。在这各情况下，有必要采用先进科学、安全可靠的检测技术对在用压力管道实施真正意义上的无损检测。面对这一需求，红外热成像技术凭借其整体优势呈现出较高的应用水平，值得针对其技术应用策略进行全面系统的探究。

1 在用压力管道检测中红外热成像技术概述

红外热成像技术作为一种新型无损检测技术，虽然其诞生与应用时间相对较短，却在实际应用中表现出检测速度快、精度高、无需接触管道、操作简便等一系列其他无损检测技术无可比拟的整体优势，可以说实现了真正意义上的无损检测。物理学相关理论告诉我们，任何一种物体都具有发散和吸收电磁热辐射的特性。而各种物质之间所不同的是，会受到温度变化、物体形态以及各种自身特有因素的影响对于电磁热辐射表现出不同的发散和吸收程度。在应用红外热成像技术对在用压力管道进行无损检测时，就是借助管道的辐射特性，在红外热像仪显示屏上呈现出管道表面温度以及外形轮廓状态，而且这种检测不仅仅局限于可见范围内，针对不可见部位同样可以在红外波段方面有所收获，使在用管道设施的检测范围获得大幅提升。在实际检测的过程中，需要应用红外探测设备、红外热像仪、成像装置以及数据分析技术。现阶段，在针对被检测物体表面总辐射度进行检测时，主要遵循的是“斯蒂芬-波尔茨曼定律”，其计算公式为：S=εσT4。式中，S表示被检测物体表面总体辐射度，σ所代表的是斯蒂芬-波尔茨曼常数，ε表示gn被检测物体表面相对应的平均发射率，T表示待测物体表面温度。随着我国红外热像仪检测精度的不断提高，在实际应用过程中表现出较高的温度分辨率和检测精度。在其自带显示屏上，可以非常清晰的呈示出在用管道表面温度，协助工作人员优质高效的完成在用压力管道检测任务。

2 红外热成像技术应用原理

依据力学相关理论知识，已知在物质分组运动过程中会出现红外线热辐射现象。而红外线检测设备就是基于这一物理特性，接收物质热辐射信号，再运用成像技术将热辐射信号转换成电信号，从而将被检测物质的各项数据信息呈现在显示屏，使人们能够快速、准确的了解被检测物质当前状态。通过这一成像过程可以看出，红外探测设备、成像设备以及分析系统是红外热成像技术的关键要素。从理论角度上看，凡是0℃以上的物质，均会发生热辐射现象，也可以将其视为热辐射源。但是，如果这种物质内部存在某种质量缺陷，极易导致其内部热辐性质发生变化，或者出现某异常现象。以在用压力管理为例，极有可能受到温度变化的影响，导致管道壁厚发生变化，逐渐演变成腐蚀、焊缝焊接开裂等严重后果。要想针对此类问题进行提前防范，可以运用红外热成像技术能够对在用压力管道表面温度进行检测，根据检测结果即可得知压力管道内部是否存在质量缺陷，并有针对缺陷位置进行准确判断，以便于及时采用应对措施，避免问题进一步恶化，防范油气泄漏、管道爆裂等事故的发生。通过对红外热成像技术应用过程进行深入研究，总结出以下几项技术特征：（1）红外线探测仪器的焦距不仅达到20cm以上，还可以无线延伸。这一技术特性，决定了在应用红外热成像技术时，非需接触被检测物体表现，即可完成检测任务，由此实现真正意义上的无损检测。（2）红外线探测仪器本身具有较强的抗干扰能力，其检测结果不会外界环境因素的影响。（3）红外热成像技术具备较高的分辨率和检测精确。（4）红外热成像技术的检测范围比较大，不仅可以同时针地动态以及静态物质进行温度实时检测，还可以针对可见范围和不可见区域的温度变化进行精准测量。基于上述技术特点，红外热成像技术在无损检测中拥有较大的发展空间。

3 红外热成像技术的检测对象及范围

对于那些直接暴露外在的可见检测区域，运用红外热成像仪进行温度检测，可以非常快速准确的呈现温度值和热隐患。而对于那些被遮挡的检测区域，只要可以借助某一种媒介，同样可以使用红外热成像仪对其表面温度进行有效检测，从而协助检测人员判断被检测对象是否存在热隐患问题。除此之外，红外热成像技术在火灾情况侦测、设备或线路故障检查以及真伪辩认等领域内也表现出强大的技术优势。在针对压力管道进行温度检测时，可以根据检测温度的变化帮助管道维护人员判断检测部位是否存在气孔、夹渣以及未熔合等隔热性缺陷，还可以针对局部区域管壁是否存在减薄、未填满以及咬边等缺陷问题。对于气孔、夹渣以及未焊透等缺陷问题，通常都由于焊接质量原因所造成的，可采用射线、超声波以及涡流等方式对其做出进一步检测。而压力管道在长期运行过程中，难免会存在一些腐蚀、冲刷等问题，由此导致管道局部厚度减薄。针对这一问题，可以采用超声波对管壁厚度进行检测与测量。如果压力管道线路较长，或者存在施工条件上诸多限制，则适合采用红外线成像技术对其进行局部减薄检测，可以在很大程度上降低检测难度，使压力管理检测工作得以高效推进。另外，从红外热成像技术的应用范围上看，可以针对常见的压力管道、压力容器进行有效检测，在检测过程中，及时、准确的反映出热缺陷问题。

对于在用压力管理而言，主要存在夹钨、未填满、局部变薄、单面没有焊透等较为常见的导热性缺陷，以及未熔合、气孔、夹渣、裂纹及根部没有焊透等隔热性缺陷问题。而不论是导热性缺陷，还是隔热性缺陷，都具有相应的应对解决措施，通过红外热成像技术做出准确判断之后，管道维护人员便要以针对具体问题采取相应的解决措施，使问题得到妥善处理，达到减少管道运用故障的目的。对于那些长期运输带有腐蚀性、易燃易爆物质的压力管理而言，在其管壁上必然会出现一些腐蚀部位，而遭到磨蚀性破坏管壁必然会局部变薄。在针对此类压力管道进行无损检测时，极有可能工作条件较为复杂，或者检测环境较为恶劣，常规超声检测技术显然难以满足实际工作要求。唯有采用红外热成像技术，方可既精准又快速的反映出压力管道的真实状态，为管道维护工作提供可靠的参考依据。

4 在用压力管理表面的热辐射情况

在用压力管道的表面温度会依据其自身辐射能力的不同而表现出些许差异。基于这一特性，在应用红外热成像技术时，其检测结果也必然存在一定的差别。通常情况下，如果压力管道存在缺陷，其表面辐射热量的分布情况就会发生变化。此地，需要管道维护人员针对压力管道热表面辐射分布情况进行复核确认，进而明确下一步管道维护工作的重点，并且协助管道维护人员针对性制订缺陷问题修复方案，避免引发更加严重的后果。如果经过红外热成像技术检测，发现管道外壁与内壁之间的热量辐射基本相同，便可以判断压力管道并不存在热缺陷。如果发现管道外壁与内壁之间热量分布情况存在偏差，即可判断压力管道存在热缺陷。在锁定缺陷位置时，同样通过对压力管道外部、内部之间的差异进行检测。在检测过程中，如果发现某个部位存在热量堆积现象，则需要采用正面检测方式对缺陷部位进行复查，进一步确认缺陷程度及规模。如果压力管道缺陷部位的处温度较低，则需要采取背面检测方式进行复查。这种方式具有更强的针对性，可以保障检测结果的有效性，帮助检测人员更加准确的锁定隔热缺陷位置。

5 红外热成像技术的检测依据

在运用红外热成像技术对在用压力管理进行检测时，首先要了解诱发压力管道外壁温度变化的主要因素，例如压力管道壁厚，管道内不同流体及流速等等，都会对压力管道内外给热系数造成影响。对于接受检测的压力管道而言，在检测过程中所显示的流体特性、流体温度、管道材料等均属于定值。基于这一前提，当压力管道壁厚出现异常情况时，管道表面温度也会发生相应的改变，由此判断压力管道是否存在缺陷及具体的缺陷位置。此后，管道维护人员便可以结合国外内相关研究成果以及以往积累的工作经验，采取适合有效的管道修复措施，避免管理运行故障及事故的发生。

6 在用压力管道红外热成像技术的应用方法

目前，比较常用的红外热成像仪型号为HY-2001G，该设备属于非致冷焦平面型，其响应波段在8～14cm之间，检测温度分辨率为0℃。为了更加精简直观的描述红外热成像技术检测过程中，开展以下实验：首先，将各项检测装置安排就位。使用管道泵将管道连接成一个小循环系统，并且在系统当中装置一个水槽，在将水温加热至20～80℃之间，作为检测介质。在压力管道某一局部预制一些缺陷，作为检测对象。此后，根据压力管道的热量传导性质，设置实验参数，具体包括管道缺陷尺寸、管道厚度以及介质和环境温差等等。在选择实验部位时，建议选择不被阳光直射的区域，并且实验对象表面不要涂漆。之所以这样建议，因为当实验环境温度较高时，红外热成像仪的灵敏度会有所下降，从而导致检测结果不够精准可靠。而缺陷尺寸对于红外热成像仪检测灵敏度也具有一定的影响，据大量检测实践证明，当缺陷深度越大或者管道壁厚比愈高时，检测敏感度越高，检测结果愈加真实有效。另外，在检测实验中，实验人员分别针对流体低流速和高流速两种情况的检测结果进行了对比。对比结果是，在低流速情况下的检测灵敏度和检测精准均高于高速流。上述实验方法及检测结果对比分析，可以在一定程度上反应出红外热成像技术的应用方法与技巧。但是，更多的技术应用路径，还需要在今后的检测实践中，还需要相关技术人员、管道维护人员结合实际检测需求和现场具体情况进行持续不断的探究与研究，做好工作经验总结，探索更加先进科学的检测手段，确保压用压力管理无损检测水平的持续性提升。

7 结语

随着我国基础设施的不断完善以及工业化水平的大幅提升，越来越多压力管道设施投入使用，这些压力管道在为人们日常生活、工业化生产做出巨大贡献的同时，也面临着磨蚀、冲击磨损、老化等问题。如果上述问题发现不及时，必然会引发管道泄漏、燃烧爆炸等严重后果。因此，在针对压力管道进行无损检测方面，一直都给予高度重视。将红外热成像技术引进到在用压力管道检测工作中，虽然存在应用时间短、经验不够成熟、运用成本较高等问题，但相信凭借其强大的技术优势与发展潜力，必将在今后的压力管道无损检测中发挥出更高的作用价值，呈现出普及应用的良好局面，为社会经济发展做出更大的贡献。