红外线热成像仪在地下供热管泄漏检测中的应用.doc

红外线热成像仪在地下供热管泄漏检测中的应用2009年第lO期(总第142期)应用能源技术29红外线热成像仪在地下供热管泄漏检测中的应用谢明.韩广惠(黑龙江省节能技术服务中心,哈尔滨150001)摘要:本文介绍红外线热成像检漏方法的原理,方法,设备及其应用.介绍了红外线辐射,红外线吸收,红外线光声等三种检漏技术,重点介绍了红外线辐射成像检漏技术在地下供热管道中的应用情况.关键词:供热管;泄漏;检测中图分类号:文献标识码:B文章编号:100932302009)10002903ApplicationofInfraredThermalImagingUndergroundHeatAdditionTubeLeakDetectionXMing.HANGuanghui(HeiLongiiangProvinceEnergysavingTechnologyCentre,Harbin150001)Abstract:Inthispaper,theprinciplemethodsequipmentandapplicationofinfraredthermalimagingleakdetection.epaperwhichfocusesontheapplicationoftheinfraredthermalimagingtechnologyofleakdetectionintheundergroundheatingpipeintroducedinfredraysradiation,Infraredraysabsorptionandinfraredraysphotoacousficleakdetectiontechnology.Keywords:Heatadditiontube;I_eak;Checkandmeasure0引言在北方地区,由于时间的原因,供热管道均年久老化,管道的严重泄漏问题造成大量的能源流失.特别是一些供热管道是直埋地下,因此查找泄漏是一项非常艰难的工程任务,不仅费时,耗资,而且有时还会束手无策,这使得寻找更有效,更经济的管道泄漏检测技术变得非常必要.红外线热成像检漏技术是一种非破坏性的遥感技术,能够用于发现地下管道的漏孔,裂缝及因侵蚀而收稿日期:20090611修订稿日期:20090721作者简介:谢明(1963一),男,1985年毕业于哈尔滨电工学院,现工作于黑龙江省节能监测中心,主要从事耗能设备lilt测,.形成的管道周围土壤的空洞.1红外线红外线是原子核外层电子受到激发而向外辐射的波长较长的一种电磁波,是一种不可见光.它的作用主要是热效应.物体都会向外进行热辐射,其中大部分是红外线辐射,波长150ttrn.2红外线热成像检漏的原理和优点2.1红外线热成像原理红外热像仪是利用红外探测器,光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平面技术则省去了光机扫描系统)接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上,在光30应用能源技术2009年第l0期(总第142期)学系统和红外探测器之间,有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描,并聚焦在单元或分光探测器上,由探测器将红外辐射能转换成电信号,经放大处理,转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图.2.2红外线热成像检漏技术红外线辐射成像检漏技术:由于泄漏处向外辐射红外线能量,并对周围环境或地表面产生影响,当使用红外热像仪对大范围的地面进行拍摄时,通过拍摄到的图像就可以寻找到整个地面的热异常,如果地面某处比周围表面热或冷,就表明地下的管道存在泄漏.这项技术可以使用便携式红外照热像仪,寻找到的热异常(比周围环境热还是冷)情况则是与泄漏的类型,周围的环境和一天内特定的时间有关.由于热成像技术使得对大面积的目标以100%的复盖率进行远距离检测成为可能,因此红外线热成像检漏技术已成功地应用于水管,下水管,蒸汽管,石油管道,化学制品及各种气体的管道和存储设备的检漏中,并证明这种检漏技术是准确,经济,有效的.另外,热成像检漏技术还可以检测到地下管道周围土壤的空洞位置和受侵蚀区域.2.3红外线热成像检漏的优点有(1)准确;(2)非接触,无损坏;(3)即适用于局部区域,又适用于大区域;(4)效率高;(5)经济;(6)gq周围环境无影响;(7)不会给管道的用户造成麻烦,也不会影响生产过程.3地面温度测量的影响因素红外线热成像检漏系统只能测量地面辐射的能量(温度).但是对地下管道泄漏上方地面温度的影响因素却是很多的.3.1地下结构的影响能量具有从热的地方向冷的地方流动并且在流动的过程中由于其介质的热绝缘效果而减弱,但是不会停止.当管道内流动液体(例如,蒸汽,石油,液化气体或化学品)的温度高于或者低于周围的土壤时,土壤从管道吸收热量并且缓慢而均匀地向管道上方的地表散发热量,或者管道从地表和周围土壤吸收热量.好的地下固体填埋材料对能量的传导有最小的阻力,对流的效果可以忽略不计.由于土壤受侵蚀产生的空穴和管道周围较差的回填材料,增加了土壤的绝缘能力,而且闭塞的空气空间或空气空穴不会有气体的流动,因而减少了能量的传导.因此,不同类型的地下结构有不同的热传导性能,将引起不同的地表温度.另外,管道不同类型的不连续性(如材料不均匀,断裂,突变,孔洞等),其热绝缘性能也不相同.3.2环境的影晌环境因素有太阳光,云,周围环境的温度,风和地面湿度.(1)太阳光:测试应该在有太阳光照射的白天或者缺乏太阳光照射的夜晚进行,这时地表会被快速加热或冷却.(2)云层:云能够反射红外线的辐射,这会延缓大气中热传导的进程.因此,测试应在无云或者云量极少的情况下.(3)周围环境的温度:大气温度对测试精度的影响可以忽略不计,这里最需要考虑的因素是地表的快速加热或冷却.周围环境的温度将影响到测试时间的长短,即影响图像的对比度.(4)风速:风对地表温度有冷却的作用.测量时的风速应小于每小时24km.(5)地表湿度:潮湿会分散地表的热量,使温度的差异变得模糊,掩盖了地下的异常.因此,地表有水时,不应该进行测试.3.3测试区域的选择一旦成像的条件成立,应该选择有较大测量范围的区域作为测试区域.这一区域应该同时包2009年第lO期(总第142期)应用能源技术3l含有坏的(比如有空穴,错层,裂缝或漏洞)和好的管道区域.依据现场情况,每种不正常现象都将展现其独特的信号.3.4选择设备时要注意的主要事项如下(1)热分辨率,越小越好;(2)立体分辨率,越小越好;(3)视场范围,适合工作需要;(4)数据收集格式一模拟或者数字.模拟格式可以收集和存储更多的数据且成本低廉,但是在存储过程中也可能造成信息丢失;(5)数据设备之间的数据同步.这些数据包括红外热成像数据,常规照相数据,参考数据(如全球定位系统GPS的信息),距离计数器数据等.数据的同步特别关键.因为数据收集的一般视频速度为每秒6o个字段,如果分别使用的视频仪和红外热成像仪不能在1秒内同步,就会产生数米地域的非同步图像,产生的数据毫无价值;(6)软件.用于数据分析和显示.3.5红外线辐射图像检漏技术的应用实例红外线辐射图像检漏技术在美国很早就已广泛地应用于各种地下与地面管道的检漏中,并取得了较好的效果.在国内还没有被广泛应用,分析其原因,一是造价太高,一般的红外线热成像仪一台还需要l8万;二是这种技术还没有被重视或者说普及.3.5.1在东北某小区的应用东北某16万平方米小区,小区物业自己烧煤供热,主管道DN350,DN300,DN200.从某一天开始,水箱突然间需要不停的补水,正常每天只需要补水10吨,而目前则达到日补水6O吨.按供热成本计算,热水10元/吨,日损失6OO元,年则损失近7.2万.为此开始查找是否有偷水用户,经过排查发现没有(因为供热水里添加了臭味剂),其他进户支线也排查,没有大的泄漏点,进一步使用听漏仪,相关仪仍然没有发现明确的泄漏点,为此分析其可能的原因:(1)埋层太深(1.8m);(2)泄漏点很小,或者有多处很小的泄漏点;(3)保温层作的很好,对声音的采集有一定的影响;(4)供热管道下面是沙土层,渗漏很好;(5)主管道距离锅炉房太近,泵的声音干扰很大.因此影响了对声音进行处理的设备,故很难判断出泄漏点,针对此现象我们选择使用红外线热成象仪,通过在夜间的高空拍摄成像,初步确认泄漏点,在图像上呈现红斑点,与周围有明显差异,通过使用听漏仪和相关仪的再次确认,确认泄漏点在标定第七处的支线上.综上所述,红外线热成像仪在北方地区地下供热管网泄漏检测方面的应用更显突出,尤其是在初期的盲查,大大减少了盲查的工作量和时间,也为企业降低了损失.4结语红外线热成像检漏方法由于其使用的简便,快捷的特性在国外已被大量使用,在国内由于成本偏高以及还没有被广泛认识等原因,还没有普及被使用,但是随着国内红外线成像设备的价格降低,以及人们逐步对该设备的认识而将广泛被使用,尤其是在北方供热管道泄漏前期大面积盲查时作用尤为突出,为盲查节省时间,减少热能的损失,从而达到节约能源,具有一定社会效益和经济效益.通过对红外线热成像仪的性能分析了解,该设备还可以应用于供水管网泄漏的