大型炼油设备外壁温度场检测

大型炼油设备外壁温度场检测

1红外热像技术同轴沉降开采和汽油回收装置（以下简称大堤两装置）是原油催化剂和分解的大型设备。主要完成了回收和再生、油气和气体分离的过程。该设备属于一类压力容器,2003年1月投入使用。催化两器保温衬里的合理设计和正确施工是保障设备正常工作的重要环节,其外壁温度场就是衡量保温材料设计和施工是否合理的关键性指标。红外热像技术是一种非接触式的测试技术,它可以方便地检测目标发出的不可见热辐射。自二十世纪六十年代以来,在众多工业领域得到了日益广泛的应用。本文通过红外热像仪对催化两器外壁面温度场的测量可以反映出保温炉衬的使用现状,从设备外壁红外热像展开图可以分析炉体的使用状况,尽可能的及时排除设备中的安全隐患。2测量原理2.1设备的热像图为二维热图、面式热像为难红外成像技术作为一门新技术,在应用于大型设备的运行状态检测时,有着无比的优越性,它具有非接触测温、无电磁干扰、不停运、远距离、操作安全、直观等特点,不破坏设备的真实运行状态对设备的热状态进行成像;较之热电偶和红外点温仪等点式测量设备,它以面式成像的方法得到目标的二维温度分布,实现温度场的测量,它可以获得测量面的连续温度变化趋势,便于比较诊断。由于设备的热像图是设备运行状态下热状态及其温度分布的真实写照,而设备在运行状态下的空间部位热分布正常与否是判断设备状态是否良好的一个重要特征。例如,高温过热点或异常低温点通常反映着设备的局部故障或缺陷隐患,内部过热直接反应在设备外壁温度场分布异常或畸变。因而,采用红外成像技术可以通过对设备热像图的分析来诊断设备的热安全状态及其隐患缺陷。2.2红外热像仪测温红外热像仪采用非制冷焦平面红外探测器,将温度在绝对零度以上的物体外壁的红外热谱自动转换成高清晰度的伪彩图像,由热像处理软件进行图像处理和分析,可获得物体温度场分布。高温物体发出电磁辐射,其大小与物体表面温度相关,遵循Stefen-Boltzmann定律:S=εσT4式中:S为物体表面总辐出度(W/m2);ε为待测物体表面面元的平均发射率;T为待测物体表面面元的温度(K);σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数5.674×10-8W/(m2K4)。当设备内衬有缺陷时,热绝缘特性变差,相应部位的设备外表面温度升高,在设备外表面热像图上会出现一个局部过热区。通过计算该过热区面积、过热区温度及其发展趋势,即可判断衬里损伤状况,从而及时排除设备隐患。热像仪测温是利用探测器输出的视频信号进行处理后得出的:式中:US—探测器输出视频信号的幅度;λ1,λ2—热像仪工作波长范围;W—热像仪瞬时视场角;σ—辐射常数;T—被测目标温度;ε(λ,T)—被测目标光谱辐射率;τα(λ)—大气透过率;R(λ)—热像仪总光谱响应;可见,采用红外热像仪测温与很多因素有关,如目标特性,热像仪特性,测量距离等。为了保证测量精度和便于操作,目前使用的大多数热像仪已在系统中实现了三方面的精度补偿:①热像仪内部的飘移和增益补偿;②不同操作温度下的补偿,如夏天和冬天;③镜头视场外的辐射补偿。其它因素如发射率,环境温度,距离,湿度等最基本的参数则要求用户根据实际情况自行设置,以保证测温精度的可靠性。2.3非接触式温度扫描测量的应用红外热像仪是一种将光、机、电技术融为一体的高新科技产品,最早因军事需要而得以开发,近年来迅速向民用工业领域扩展。由于红外热成像技术能够进行非接触式的、高分辨率的温度扫描测量,并且能够生成高质量的图像,可提供测量目标的众多信息,弥补了人类肉眼的不足,因此已经在诸多行业得到广泛应用:在石化系统可用于保温隔热材料的破损诊断、加热炉管的温度分布测定等;在建筑系统可用于检查建筑物外墙空鼓、剥落、屋面渗漏、建筑节能研究等;在电力系统可用于检查大型机电设备温度分布监测,发电机、变压器、电缆接头等设备故障;在冶金系统可用于大型高炉料面的测定、热风炉的破损诊断和检修等。3测试测试3.1测量系统的建立本次测量使用TVS-100型热像仪,其测温范围:-40℃～950℃;空间分辨率:18mrad;精度:±0.5%(F.R.S);图像显示:400×256像元;图像更新率:30帧或300帧/s,整个测量装置如图1所示。首先,建立一套坐标定位系统。在现场将设备作上标记,以便后来的缺陷定位检查;同时在设计图纸上按逆时针循序从上至下沿纵向将设备外壁展开,以便将测得的每幅热像图拼接成符合设备外形尺寸的热像展开图。其次,现场扫描获得热像图。由于设备外形尺寸较大,可供人员操作距离又较小,所以需要进行多次的扫描,形成大量的局部温度场图像。根据现场情况设定热像仪的参数,从上至下进行逐层扫描测量和记录设备外壁热像图,并存储在磁盘上;同时采用点温仪验证每幅热像图中心位置处的温度,用热电偶随时校正热像仪和点温仪的测量参数,以保证多种测试手段都能得到相对一致的测量结果。3.2图像矫正拼接算法设计将记录的红外热像图从存储介质中导入计算机,为了减少工作量,图像矫正拼接需要采用一定算法由计算机自动进行处理;经过图像校正之后,由热像仪处理软件自动给出测试区域中各点的温度值,将每幅热像图转化为相应的温度数据库。3.3tvs-100热像仪的热像图转换在扫描过程中需要保持测温范围和色标宽度不变,以便拼接时温标的一致性。但是,由于TVS-100热像仪的热像图色标是可变的,每幅图像都拥有不同色标范围,因此必须进行色标转换,编写热像生成软件,根据热像图中各点的温度值,由软件自动生成相同色标下的热像图。3.4催化两器红外热像图的生成,红外热像图的生成,可增加催化两器红外热像图,营造红外热像图2.按照检测时所记录的热像图对应的实际位置,将重新生成的热像图逐幅粘贴在对应的展开图位置上,制成一幅完整的催化两器红外热像图,如图2所示。3.5局部温度过高通过分析设备外壁面热像展开图发现个别区域温度出现异常现象,因此及时停机检查在设备内部发现因施工不牢而导致保温材料在烘炉过程中局部脱落,使得该区域局部温度过高;还有个别的伸出支管与炉体焊接不严密,也使得个别点温度明显超过相邻区域。通过设备热像展开图,评价设备的运行状况,及时排除安全隐患。4设备外壁热像展开图对设备使用状况的描述红外热像仪与热电偶相结合的红外检测方法快速简便、直观可靠、准确率高,是大型石化企业设备维护不可缺少的技术手段,可用来评价高温设备保温衬里损伤状况,也可及时发现设备衬里脱落险情,避免重大恶性事故的发生,为设备安全运行提供技术依据,极具工程应用价值。设备外壁的热像展开图对设备的使用状况提供了直观表达,可以反应设备安全状况,尽早排除安全隐患。在石油化工企业,大型设备的安全问题是责任重大的关键性问题,由于生产工艺的复杂性,不可能经常停机检查,这种外壁温度场检测方法可以尽早发现设备安全隐患,而且通过定期多次测量