壓力管道檢測(cè)中紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用

朱旭晨 馬鵬 吳晨

摘要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外熱成像技術(shù)也得到迅速發(fā)展。并在相關(guān)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在檢查壓力管道時(shí)，人們需要收集相關(guān)信息，所以必須采用紅外熱成像技術(shù)。本文主要論述了紅外熱成像技術(shù)的相關(guān)原理，并對(duì)紅外熱成像技術(shù)在壓力管道檢測(cè)中的具體傳感目標(biāo)和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像技術(shù);壓力管道;具體應(yīng)用

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多石化廠、電廠都在使用壓力管道，但也發(fā)生了相關(guān)安全事故，如泄漏、爆炸事故。造成壓力管道泄漏和爆炸事故的原因是腐蝕、焊縫裂紋和材料變質(zhì)，因此檢查壓力管道尤為重要。紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)非常適用于壓力管道檢測(cè)，主要用于壁厚減薄檢測(cè)。紅外熱成像技術(shù)手段有著非接觸式、快速細(xì)分掃描、不傷害機(jī)體等特征。在檢測(cè)內(nèi)部腐蝕孔洞和降低壓力管道壁厚方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

一、紅外熱成像技術(shù)的相關(guān)原理

有了物理力學(xué)的理論知識(shí)，就可以深入了解物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的紅外熱輻射現(xiàn)象。因此，利用上述特性，使用紅外傳感設(shè)備采集材料的散熱信號(hào)，并利用該技術(shù)將功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，使人們能夠了解材料中存在的基本信息。因此，紅外熱成像技術(shù)是通過紅外儀采集物質(zhì)熱輻射的紅外波段信號(hào)，將波段信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過設(shè)備、儀器在顯示器上顯示圖像信息和溫度值的技術(shù)。在紅外熱成像技術(shù)的真實(shí)情況中，可以看出紅外傳感設(shè)備、成像設(shè)備和分析系統(tǒng)是關(guān)鍵部件。由上可知，如果是零以上絕對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì)，則存在熱輻射現(xiàn)象，這就是熱輻射的原因。但是，如果這種材料有質(zhì)量缺陷，同樣，很容易改變材料內(nèi)部的熱輻射特性。這就產(chǎn)生了材料使用上的相應(yīng)問題，紅外熱成像技術(shù)可以測(cè)量熱輻射現(xiàn)象和表面溫度，并確定材料內(nèi)部質(zhì)量缺陷的位置。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，深入了解紅外熱成像技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用是可能的，其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：一是使用紅外傳感儀器，焦距大于20厘米。，無線可擴(kuò)展性使得紅外熱成像技術(shù)在實(shí)際使用中可以應(yīng)用于非接觸式大面積物體。二是紅外感應(yīng)設(shè)備在使用時(shí)對(duì)紅外光做出反應(yīng)，使其不受周圍環(huán)境的影響。三是紅外熱成像技術(shù)的高分辨率，使人們可以用紅外進(jìn)行高精度探測(cè)。四是紅外熱成像技術(shù)在測(cè)溫過程中檢測(cè)范圍比較廣。這使得在實(shí)際應(yīng)用中的范圍很廣，并且可以準(zhǔn)確測(cè)量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的實(shí)時(shí)溫度變化。

二、紅外熱成像技術(shù)在壓力管道中的具體檢測(cè)對(duì)象

對(duì)于可見光設(shè)備，紅外熱成像產(chǎn)品可以在每個(gè)連接點(diǎn)明確隱藏的熱危害。對(duì)于被屏蔽且無法直接看到的部件，可以利用向外部部件的熱傳導(dǎo)作為媒介來發(fā)現(xiàn)隱藏的熱危害。在測(cè)驗(yàn)保護(hù)裝置、電阻、母線以及其它器件時(shí)，紅外熱成像技術(shù)是不可替代的。但是，回路過載和三相負(fù)載不平衡在紅外熱成像產(chǎn)品中很容易被檢測(cè)到，目前紅外熱成像技術(shù)主要用于火災(zāi)狀態(tài)檢測(cè)、缺陷檢測(cè)、真?zhèn)螜z測(cè)。其中壓力管道檢查是缺陷檢查之一。

在壓力管道中，常見的隔熱缺陷有氣孔、夾渣、未熔合等，與局部變薄、底部填充和咬邊有關(guān)的缺陷是導(dǎo)熱缺陷。相關(guān)缺陷如氣孔、夾渣和未焊透一般認(rèn)為是在焊接過程中形成的，可以通過輻射、超聲波和渦流檢測(cè)等相關(guān)方法發(fā)現(xiàn)。但是，管路在長(zhǎng)久選用過程中無可避免地會(huì)出現(xiàn)侵蝕及腐蝕，導(dǎo)致局部變薄，此時(shí)可以進(jìn)行超聲波測(cè)厚。對(duì)于由于氮?dú)夂褪┕l件限制而相對(duì)較長(zhǎng)的管道，檢測(cè)難度仍然很高。在壓力管道局部減薄檢測(cè)時(shí)應(yīng)用紅外成像技術(shù)，可提高工作效率，并可隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

三、物體表面的熱輻射情況

紅外輻射是由物體的熱輻射形成的，當(dāng)物體表面不穩(wěn)定時(shí)，表面的散熱能量也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析表明，熱流注入是平衡的，對(duì)于無缺陷的物體，前后熱輻射能量的默認(rèn)布局是相對(duì)平衡的。倘若物體內(nèi)部存有相應(yīng)的缺陷，缺陷位置的實(shí)際熱輻射能量便會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于某些絕緣故障，前端檢測(cè)方法將顯示由于熱量積聚而導(dǎo)致故障的熱點(diǎn)。檢查背面時(shí)候，缺陷處是起始冷點(diǎn)。對(duì)導(dǎo)熱缺陷，缺陷位置的環(huán)境溫度是正面測(cè)試時(shí)的冷點(diǎn)。做背面檢查時(shí)有溫度為熱點(diǎn)的地方是缺陷處。

四、紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)的具體依據(jù)以及實(shí)驗(yàn)

1.紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)的具體依據(jù)

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，壓力管外壁的溫度與管內(nèi)流體的溫差、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、管內(nèi)外的熱系數(shù)密切相關(guān)。另外，管內(nèi)的供熱系數(shù)與管內(nèi)流體的流速和特性有一定的關(guān)系，管外的供熱系數(shù)與風(fēng)速有一定的關(guān)系。因此，對(duì)于使用中的特定壓力管道，管道中流體的溫度和性質(zhì)是一定的，如果管道的壁厚和材料的導(dǎo)熱系數(shù)異常，就會(huì)影響管道的外界溫度。在測(cè)試表面材料的溫度后，就可以檢測(cè)到管道中存在的問題。

2.對(duì)管道局部缺陷進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)的過程

在試驗(yàn)工作中，儀器應(yīng)當(dāng)在整個(gè)過程的起始階段展開，以管道泵當(dāng)作壓力源，將不同規(guī)格的壓力管路連接起來，形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，安裝以水為介質(zhì)的水箱，通過蒸汽加熱使水位保持在20到80°C，作為壓力管有缺陷部分的預(yù)制組件的測(cè)試對(duì)象。具體的實(shí)驗(yàn)方法如下，根據(jù)壓力管道的導(dǎo)熱性能，實(shí)驗(yàn)參數(shù)有管道缺陷的大小、管道的厚度、介質(zhì)與環(huán)境的溫差等。其中，管道缺陷的大小和管道的厚度是通過實(shí)驗(yàn)裝置建立的。

設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí)，通常選擇在沒有陽光直射和測(cè)試表面沒有油漆層的環(huán)境中。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)溫度低于流體環(huán)境溫度時(shí)候，紅外熱像因受外界影響很大，但是缺陷測(cè)試靈敏度比較高。當(dāng)溫度低于流體溫度時(shí)，內(nèi)外溫差在紅外熱成像中起著重要作用。對(duì)于系統(tǒng)故障測(cè)試靈敏度，隨著溫差的增加靈敏度增加，缺陷的大小直接影響紅外熱像儀的檢測(cè)靈敏度。

結(jié)束語

綜上所述，紅外熱成像技術(shù)在管道檢測(cè)中的作用很大，而在實(shí)際管道結(jié)構(gòu)中，一些區(qū)域性管段存在一定的缺陷，會(huì)影響檢測(cè)信息的質(zhì)量和設(shè)施運(yùn)行。為了保證壓力管道的正常運(yùn)行，增加壓力管道檢測(cè)信息的可靠性，需要應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)，準(zhǔn)確反映管壁缺陷位置，確保相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)有效地運(yùn)用技術(shù)手段，保證壓力管道的正常使用。

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