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红外热成像技术在炼油化工装置设备诊断中的应用

红外热成像技术在炼油化工装置设备诊断中的应用。
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  红外热成像技术是一种重要的无损检测评估手段,它所反映的热状态是设备运行状态的一个重要方面。热状态的变化和异常过热,往往对确定设备的实际工作状态和判断设备运行的可靠性具有重要的意义。该技术分辨率高,显示多样化,可连续监测物体表面的瞬态二维温度分布场,便于发现热区、热区形状和热点分布,具有其他测温技术无可比拟的优越性,可广泛应用于隔热衬里缺陷检测、故障诊断、液位高度检测等石化设备监测等各个领域。

  1.红外监测技术的优缺点

  红外监测技术和其他监测诊断技术相比,具有以下优点:

  (1)操作安全:由于红外监测不需要与设备直接接触,所以操作十分安全。这在带电设备、转动设备、高空设备的监测中表现尤为突出。

  (2)灵敏度高:现代红外探测器对红外辐射的探测灵敏度很高,以此类探测器为基础构成的红外监测设备,对温度的分辨率很高,可以发现设备不同部位存在的℃的温度差别,可以监测诊断出设备热状态的细微变化。

  (3)诊断效率高:由于红外探测器的响应速度高达纳秒级,因此可迅速采集、处理和显示设备的红外辐射,大大提高设备监测诊断的效率。

  红外监测技术存在的主要问题为一是红外测量主要是表面的热状态,不能确定物体内部的热状态;二是红外无损监测设备是高科技产品,更新换代迅速,生产批量不大,因此与其他检测仪器或常规监测设备相比,价格昂贵。

  2. 红外热成像仪与红外测温仪的比较

  目前炼化装置配发了一些手持式的红外测温仪,也叫红外点温仪,它可以用来测量设备、结构、工件等表面的某一局部区域的平均温度。主要是通过测定目标在某一波段内所辐射的红外辐射能量的总和,来确定目标的表面温度。其不足之处如下:

  (1)测量精确度受各种因素影响大,主要受目标的辐射率和环境条件的影响;

  (2)对远距离的小目标测温困难,要实现远距离测温,需使用视场角很小的测温仪,且难以对准目标。

  使用红外测温仪测温时,仪器所指示的温度与被测物体的实际温度有一定的偏差,将红外测温仪指示的温度称为亮度温度,两者之间的偏差就是红外测温仪进行测量时的误差。红外测温仪在实际使用时主要受被测物体的表面辐射率、测量环境的噪声、测量系统中的衰减、测温仪自身的稳定与可靠性、辐射率的设定等因素的影响。

  红外测温仪所显示的是被测物体的某一局部区域的平均温度,而红外热成像仪则显示的是一幅热图,是物体红外辐射能量密度的二维分布图。

  红外热成像仪除了具有红外测温仪的各种优点外,还具有以下特点。

  (1)能显示物体的表面温度场,并以图像的形式显示,非常直观。

  (2)分辨力强,现代红外热成像仪可以分辨℃甚至更小的温差。

  (3)显示方式灵活多样,温度场的图像可以采用伪彩色显示,也可以通过数字化处理,采用数字显示各点的温度值。

  (4)能与计算机进行数据交换,便于储存和处理。

  3. 红外热成像技术在炼化装置应用实例

      3.1在丙烯腈装置生化烟囱上的应用

  该烟囱是50m高,直径3.4m的钢管,内衬由高压石棉板、耐火砖、胶泥等构成的衬里。2005年4月下旬,在监测生化烟囱时发现有多处高温区块,如图1所示,最高点温度达343.3℃,判断是烟囱衬里脱落。5月7日开始施工更换衬里,打开后果然发现有多处衬里脱落,总面积达3~4㎡。更换后,7月下旬在烟囱下部锥段处又发现有高温点,说明检修质量存在问题,再次检修时发现衬里上有环形裂纹,由此对衬里进行了更换。更换之后两年多来,未再发现高温点,说明衬里的隔热作用良好,未出现脱落。

  3.2在炼油一厂套ARGG两器上的应用

  年月上旬的巡检中,在该装置再生器底催化剂去汽油提升管“弯头处发现高温区域,最高达到℃见图。另外在月上旬的巡检中,在三旋出口去余热锅炉双动滑阀处也发现有高温区域,最高达℃见图,判断是衬里出现问题。在月份的检修中发现两处的衬里均已脱落。随后对其进行了修补厚度达1200mm维修结果较为满意,一年多来在上述部位未再发现高温点。不过自年月上旬以来,在外取热器人口处发现存在有高温区域,最高达℃,怀疑存在衬里脱落,需要在检修中打开查看并修补。

  3.3在炼油二厂II套ARGG两器上的应用

  2005年8月以来在该装置再生器外循环线补丁处发现高温区域,最高达到483.1℃,怀疑是衬里脱落,为了不耽误生产,进行了多次钢板加强,并且加密监测其温度变化以维持使用。最后在2006年9月的检修中,将筒体和衬里全部进行了更换。图4、图5是更换前后的对比,由此可见,维修效果较好。

  自2006年11月以来,在再生器去外取热器催化剂出口管道上持续发现高温区域(见图6),而且随着时间的推移,温度逐渐升高,为保证生产,不断用钢板加强,怀疑是衬里出现破损。在2007年5月的临时停工中,对该部位进行了初步的检查,结果证实在衬里上发现多条长约1m,宽不足5mm的裂缝,在8月底的整体检修中经过彻底检查,果然发现衬里严重破损,如图7所示。

  3.4薄壁容器内液位的判断

  红外热像仪还可以用来判断薄壁容器内液体的液位高度。条件是:

  (1)容器壁比较薄;

  (2)液体与容器壁有较大的温度差。

  2008年1月15日,动力站1号油槽液位不明,正常情况下变压器油应在图8左上方以上的油槽内,但是当时已看不到,车间迫切需要查出油位。当时环境温度已接近-20℃,油槽下油管为薄壁,油温约3~5℃,通过红外热成像仪监测,发现油槽已空,并监测出了变压器油在油管中的大致位置,如图8所示,为车间解决了生产实际问题。

  4. 结语

  实践证明,红外热成像技术应用于高温设备衬里保温效果的评价,能对设备衬里的整体保温情况有更全面的认识,在工作效率大大提高的同时,避免了检测中的盲目性、随机性和偶然性。为预知维修提供现实依据,使得材料准备、工期安排及开停工协调等方面更为科学有效。该技术还可应用于变压器、高压电缆接头等的监测,今后的应用前景会越来越广阔。

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