红外热成像技术在承压设备检测中的应用.pdf

62特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期都以局部或整体温度分布异常为征兆，热状态的变化和异常，往往是确定被测对象实际工作状态及判断其可靠性的重要依据。红外热成像检测技术正是通过对这种红外辐射能力的测量，来检测物体表面的温度分布，进而对其内部是否存在缺陷，运行状态是否正常做出判断。当环境温度低于管道内流体温度时，温差越大，检测效果越好。缺陷的宽度和高度越大、缺陷深度与壁厚之比越大，其对减薄缺陷检测的灵敏度越高。流体流速越慢，检测效果也越好。2红外热成像检测步骤及方法2.1红外热成像检测步骤为提高红外检测的安全性，增强检测数据的可靠性，可以按照以下步骤进行：（1）检测前，对被检工件现场进行勘察，找出所有可能影响检测的因素，如设备表面状态、外保温层情况、周围存在的热辐射源等，设法尽可能避免这些因素干扰。（2）检测时，首先将被检工件加载至预定载荷并稳定运行，然后设定实测的红外发射率对被检工件进行扫查检测，发现可能存在的温度异常部位，最后记录红外热成像图，对温度异常部位做出标识，同时拍下被检工件部位的可见光照片。采用红外热像仪对工件进行测试时，宜尽量接近被测工件。（3）检测后，应记录工件的负荷、环境温度以及运行参数，以便进行同工况对比，为保证仪器监测稳定性，需要时应对仪器进行内部温度校准。2.2红外热成像判别方法2.2.1缺陷的位置检测在缺陷检测的过程中，首要的任务就是要找到其缺陷的位置。可以通过红外热像仪获取物体表面的温度分布，再利用所得到的温度曲线进行分析，对所得到的热像图再经过一系列的处理，判断缺陷的位置；利用差动0引言由于承压设备大多长期运行在高温、高压、强腐蚀、剧毒等危险环境下，一旦使用和管理不当就可能会导致诸如有毒物料泄漏、火灾和爆炸等重大生产安全事故，导致重大人员伤亡和财产损失，甚至还会严重影响社会安全稳定。由于停机检修成本巨大，迫切需要提高在承压设备运行过程中的缺陷检测技术水平1-3。因此，定期采取无损检测方法，及时掌握承压设备壁厚减薄及其他缺陷的情况，对承压设备健康状态感知与智能诊断预测及安全可靠运行意义重大。与超声、磁粉等无损检测方式相比，红外热成像技术具有非接触、不停运、不取样、快速区域扫描且成像直观的优点4-6，通过对承压设备的红外图像进行处理，提取到设备表面温度分布信息，进而实现对设备缺陷的定位、定性、定量分析和缺陷诊断。不仅保障设备的运行稳定性和维修效率，还减少了由于设备缺陷导致停机检修的成本，提高了在役承压设备缺陷检测的智能化水平。1红外热成像无损检测的原理红外热成像无损检测以红外辐射的原理为基础，运用红外辐射测量分析方法和技术，检测热量在物体内部的传递状况，并通过红外热像仪来显示。当物体本身具有不同于周围环境的温度时，就会在其内部产生热量的流动。热流在物体内部扩散和传递的过程中，如果物体内部存在裂缝和缺陷时，这种不连续性缺陷会对物体的热传导产生影响，使物体表面温度分布产生差别，形成“热点”高温区或“冷点”低温区，不同的温度分布与被测对象的运行状态紧密相关7,8。实际上缺陷故障绝大多数红外热成像技术在承压设备检测中的应用蔡勤戚政武陈英红杨宁祥孔令昌郭欣欣摘要为增强在役承压设备的检测效能，基于红外成像无损检测的原理，研究了红外热成像技术在承压设备缺陷检测中的应用，并通过工程实例对检测结果进行验证，以期实现对承压设备的不停机在线检测和监控，提高实际检测效率和检测可靠性。关键词承压设备红外热成像技术缺陷检测收稿日期：2023-03-0363特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期检测方法，通过对被测物的表面温度场与无故障的相同物体进行对比，即通过对红外热像图的对比，便可找出物体缺陷的位置。2.2.2缺陷的深度检测目前，计算缺陷深度的一般有两种测量方法：一种是通过缺陷部位和正常无缺陷部位温差来确定缺陷的深度，另一种是根据上一种方法算出的温度差达到的最大值的时间来进行计算。当物体存在缺陷时，比如出现孔洞，孔越长则物体被加热时孔处的热辐射强度就越强，而热辐射强度还与物体的表面积成正比的关系。2.2.3缺陷面积检测红外检测中检测缺陷大小的经典方法是通过缺陷的红外热像图中的像素点来计算缺陷大小。这种方法通过检测过程中获得的红外热像图来得到缺陷对应表面的温度场分布，利用图像的边缘检测方法得到缺陷的边缘，根据热图中缺陷处的像素点数和实际图像的关系来计算缺陷的实际大小。通过热像图与实际被测物的图像再进行对比，根据二者大小的比例关系得出缺陷处的实际面积。但此种方法有较大的测量误差，只可以用于对物体表面的缺陷进行测量。3应用实例分析图 1 至图 5 均为使用德图红外热像仪 testo 880-3 拍摄的某化工厂多条保温或保冷工艺管道的局部可见光与红外成像图，红外图像中颜色越亮表明温度越高。图 1某工艺管道红外成像图与可见光图图 2某工艺管道红外成像图与可见光图图 3某低温绝热工艺管道红外成像图与可见光图图 4某高温工艺管道红外成像图与可见光图图 5某高温工艺管道红外成像图与可见光图从以上图 1 至图 5 均可以清晰看出，每张红外成像图中均有温度异常显示的部位，而相对应的可见光图片在表面宏观上显示的状态却无明显异常，这说明在内部存在保温材料的破损、缺失等情况。图 1 中，可以看到可见光图片中工艺管道外表面包覆层平整完好，而在红外成像图中，可以发现在图中间位置处有温度超过周围其他温度的部位（即标识“+”的位置及附近区域颜色更亮，最高温度超过 60），说明该段工艺管道红色框所示位置有保温棉破损情况发生，应尽快填补或更换；由图 2 可看出，左侧红外成像图有多处颜色较亮的部位，最高温达 60（管道连接处），除了无保温措施的支撑柱，其他均是有保温措施的部位，结合红外成像图和可见光图可以得出，该工艺管道多处保温层有缺失破损、减薄失效等现象，红框所示位置需要进行保温层修补措施；观察图 3 可知，该工艺管道属于低温绝热管道，须做保冷措施，右侧可见光图外表面宏观检测我们发现有部分结冰现象，但并不多，只是在压力表接口部位，而左侧红外成像图中显示低温区（0左右的温度范围）（下转第 66 页）66特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 4 期（a）（b）图 4视频拍摄缺陷点4结论通过实验测试，所设计的引导小车完全符合漏磁检测装置测试所需，并且引导小车上所安装的手机能对所测缆索的表面缺陷进行视频验证。引导小车上所设计的轮子和缆索的压紧装置、轮子上加装的橡胶包覆层都极大的增加了引导小车的爬坡能力。参考文献1 王柏然，童仁园，李青，金英，金卫良，林正 基于漏磁检测技术的游乐设施钢滑索探伤装置研究 J.中国计量大学学报，2020，31(4)：430436.2 王栓滑索设施安全性能分析 J.中国新技术新产品，2021，12：128130.3 刘冰 一起大型游乐设施事故的启示J 特种设备安全技术，2019(1)：51-52.4 张新东，张煜，李向东等 基于事故统计的大型游乐设施危险性分析和安全防范措施研究 J中国特种设备安全，2015，31(2):21-255 康宜华,杨克冲,杨叔子等.基于钢丝绳结构特征的断丝漏磁霍尔效应检测方法 J.华中理工大学学报,1992,增刊,20:207-213.基金项目：浙江省自然科学基金项目（NO.2019C03114,2018C03035）作者黄镇海1李青1方流1金卫良2叶峰3王斌锐11中国计量大学机电工程学院 浙江杭州邮编3100182浙江省特种设备科学研究院 浙江杭州邮编3100203中南百草园集团有限公司 浙江湖州邮编313300不止压力表接口部位，范围明显扩大，这提示保冷绝热层有破损失效现象，需要进行修补措施；图 4 是导热油输送管道，观察红外成像图和可见光图发现，可见光图宏观检查并无异常，但红外成像图显示右侧数第二条导热油管道有相当一段管道外温显示近 60（对应可见光图红框位置），这说明该段保温层保温效果欠佳，需要更换或修补；分析图 5，右侧可见光图宏观检查未见异常，左侧红外成像图变径处、弯头处出现温度异常现象，这说明在做保温措施时并未仔细进行保温层贴合，容易出现弯头和变径处保温层不平整或缺失现象，另外长红框管段处保温层厚度不足，均需要后期修补。类似上述存在保温层缺失、脱落及厚度不足等现象，承压设备中屡见不鲜，这很容易导致管道内部介质局部热量流失，增加了生产能耗，也会影响工艺生产，增加企业成本，甚至会出现一些小的安全事故。因此，红外热成像技术在承压设备检验中急需得到广泛应用，该项技术应用后，可及时发现上述现象，及时补救止损，促进特种设备的安全有序运行。4结语红外热成像技术既不需要设备停机，又不需要拆解设备，较传统故障诊断法可降低一半以上系统装拆工作量，几乎可以对系统中任何发热的部位进行检测，不仅可以诊断已有故障，而且可进行在线监测、预报潜在故障，能大幅提高整个承压设备系统的安全性和可靠性。参考文献1 刘红征.锅炉节能检测中红外热成像技术的应用研究 J.中国设备工程，2019（11）：124-125.2 徐火力.红外热像检测技术在热力管道年度检查中的应用 J.能源与环境，2019（01）：38-39.3 黄启人，杨达，李家兴，冯雪松，孔龙，白学刚.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 J.中国设备工程，2019（24）：102-103.4 郑凯，江海军，陈力.红外热波无损检测技术的研究现状与进展 J.红外技术，2018，40（05）：401-411.5 郑惠，张圣，吴显辉.基于红外检测技术的多判断方法融合的设备热状态诊断研究 J.节能，2022，41（05）：44-46.6 王尊祥，赵伟，孙艺峰.红外热成像检测技术在大型游乐设施检验检测中的应用探索 J.中国特种设备安全，2022，38（11）：46-49.7 雷光钰.基于红外热波的缺陷自动检测识别与评估方法研究D.电子科技大学，2022.8 王文泉.基于红外热成像技术的聚乙烯管道裂纹缺陷无损检测 J.无损检测，2017，39（08）：29-33+56.基金项目：广东省特种设备检测研究院珠海检测院科技项目（zhtj-201909）作者蔡勤戚政武陈英红杨宁祥孔令昌郭欣欣广东省特种设备检测研究院珠海检测院广东珠海邮编519002（上接第 63 页）