石化熱反應設備節(jié)能及損傷紅外熱成像監(jiān)測體系的開發(fā)

黃雙，陳峰，賀訓育，張鑫

（獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

石化熱反應設備節(jié)能及損傷紅外熱成像監(jiān)測體系的開發(fā)

黃雙，陳峰，賀訓育，張鑫

（獨山子石化公司，新疆 克拉瑪依 833699）

本文介紹針對石油化工熱反應設備節(jié)能及損傷建立的紅外熱成像監(jiān)測體系，其涵蓋襯里損傷程度及損傷類型的監(jiān)測與評價、設備保溫效果評價、爐管壽命預估與爐管安全等級評估。

熱反應設備；紅外熱成像；節(jié)能；損傷

保溫、襯里、爐管運行狀態(tài)是影響石化熱反應設備長周期運行的主要因素。對這類設備實現(xiàn)實時監(jiān)測與評估是亟待解決的問題。本文介紹的石化熱反應設備節(jié)能及損傷監(jiān)測體系，主要依據(jù)這類設備工藝及結構特點，通過長、短波紅外成像技術集成、離線定位監(jiān)測技術開發(fā)，精確獲取爐管、襯里及保溫溫度場分布，準確識別襯里、保溫、爐管運行狀況及故障類型與程度，從而達到實現(xiàn)設備主動性維護及預知性維修的目標。

1 總體思路

紅外熱成像技術優(yōu)勢可將物體表面的熱分布轉變?yōu)榭梢晥D像，能夠反映溫度這一在帶襯里的加熱設備、保溫管道和高溫熱反應設備中起重要作用的指標。主要應用紅外熱成像溫度監(jiān)測，結合其他常規(guī)監(jiān)測手段，實現(xiàn)能夠應用于襯里、保溫及不同熱反應設備爐管的監(jiān)測及評估方法及軟件系統(tǒng)，形成綜合體系。

建立基于非接觸式紅外熱成像監(jiān)測技術基礎上的紅外熱成像監(jiān)測體系，主要依據(jù)石化熱反應設備工藝及結構的特點，通過長波、短波紅外熱成像技術的優(yōu)化組合，結合紅外熱成像離線定位監(jiān)測技術，精確獲取熱反應設備爐管、爐體襯里及保溫層表面溫度場的溫度分布情況，達到準確識別設備襯里、保溫、爐管運行狀況及故障類型與程度。

襯里、保溫監(jiān)測須結合設備工藝與結構參數(shù)、環(huán)境監(jiān)測參數(shù)對襯里損傷進行評價，爐管運行狀態(tài)監(jiān)測須結合爐內、管內溫度壓力監(jiān)測參數(shù)對爐管結焦及壽命進行評價，建立襯里保溫監(jiān)測作業(yè)規(guī)范、爐管監(jiān)測作業(yè)規(guī)范，建立石化熱反應設備紅外熱成像監(jiān)測方案。

2 研究開發(fā)內容

2.1 開發(fā)基于設備表面修正溫度場分布、運行參數(shù)和紅外圖像數(shù)據(jù)分析的設備襯里損傷程度及損傷類型的監(jiān)測與評價方法及軟件系統(tǒng)

2.1.1 設備表面溫度模型

影響長波紅外儀器測量設備表面溫度精度的主要因素有光照條件、風速、風向、環(huán)境溫度、設備表面發(fā)射率以及附近設備干擾等，對這些影響因素進行分析、研究，提出如圖1所示的修正框圖。

圖1 設備表面溫度修正框圖

其中：v表示風速；VF表示風向；Th表示環(huán)境溫度；P表示發(fā)射率；Pf表示附近設備干擾；T表示紅外測量溫度；T*表示修正后溫度。需要說明的是光照的影響是很難用算法剔除的，因此建議采用規(guī)避的方法來消除。其他的修正計算少數(shù)幾個關鍵參數(shù)需要通過實地測量來最終確定。

2.1.2 襯里損傷類型及程度

襯里損傷劃分為脫落、空洞、夾層、鼓包、裂紋和減薄六種類型，并依據(jù)不同的表面保護材料耐熱溫度，劃分不同的損傷程度。

2.1.3 襯里損傷評估模型（圖2）

2.2 開發(fā)基于設備表面修正溫度、運行參數(shù)和紅外圖像數(shù)據(jù)分析的設備保溫效果評價方法及軟件系統(tǒng)

2.2.1 設備保溫性能評價方法

根據(jù)國標GB/T 8174-2008《設備及管道絕熱效果的測試與評價》的規(guī)定，表面散熱損失的測試方法有熱平衡法、熱流計法、對流傳熱法和溫差法四種方法。在本項目的研究中，采用了能夠滿足工程要求且計算量小的傅立葉導熱換熱計算式：

圖2 襯里損傷評估模型

圖3 設備保溫性能評價模型

式中：q——熱流密度；

δ——保溫層厚度；

tm、tb——內外壁溫度。

根據(jù)上述公式即可計算出設備外壁的許可溫度。實測外壁溫度與之進行對比，綜合設備外壁實際允許的溫度界限值即可實現(xiàn)該設備保溫效果評價。

2.2.2 設備保溫性能評價模型（圖3）

2.3 開發(fā)基于爐管表面修正溫度及分布、加熱爐運行參數(shù)的設備爐管壽命預估與爐管安全等級評估方法及軟件系統(tǒng)

2.3.1 爐管表面溫度校正模型（圖4）

圖4 爐管表面溫度校正模型

校正后的溫度。

2.3.2 爐管狀態(tài)評估規(guī)則

爐管狀態(tài)主要包括爐管的結焦情況和爐管安全狀態(tài)。依據(jù)材料學理論和美國石油學會標準，經(jīng)過實地實驗并結合現(xiàn)場情況，確定8條專家評定規(guī)則，分別判定嚴重結焦、可能結焦、結焦趨勢等。

2.4 建立襯里保溫監(jiān)測作業(yè)規(guī)范、爐管監(jiān)測作業(yè)規(guī)范，建立石化熱反應設備紅外熱成像監(jiān)測方案，實現(xiàn)熱反應設備監(jiān)測全覆蓋

2.5 指標完成情況（表1）

表1

3 結語

項目在國內石化企業(yè)中首次建立了石化熱反應設備紅外熱成像監(jiān)測體系，實現(xiàn)石化設備主動性維護及預知性維修。

項目實施6年來，共計51臺石化設備納入監(jiān)測體系化管理，提升了設備監(jiān)測準確度及效率。使公司具備了熱反應設備襯里損傷、保溫評價、爐管運行狀況評估能力。通過成果的實施與應用，對石化設備長周期平穩(wěn)運行提供了及時、有效的技術支持。

[1]李曉英．影響紅外測溫的主要因素及對策[J]．山西機械，2001,6(2)．

[2]付冬梅等．襯里評估操作設計說明書[M]．北京科技大學，2011．

[3]程玉蘭．紅外診斷與現(xiàn)場實用技術[M]．機械工業(yè)出版社，2002．

[4]付冬梅等．襯里評估軟件現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證報告[K]．北京科技大學，2012．

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1671-0711（2017）10（上）-0089-02