红外热像仪在工业加热炉无损检测中的应用

1 引言

    现代石化工业是高度自动化的生产系统，使用了大量的压力容器和管道。生产中许多设备大都在高温高压易腐蚀的环境下工作，存在易燃易爆的危险性。因此，对生产过程中设备的检测与监视十分重要。有时会因为故障存在而没能及时检修，导致事故发生，造成严重后果，目前采用的是严格实行定期大修制度。鉴于这种现状，国内外都致力于各种在线监测手段的研究，以便改革定期大修制度，逐步向预制性维修制度过渡。而红外技术是其中一种重要的在线监测手段。红外热成像技术可以无损、快速、非接触地探测出温度场分布，从而推导出生产设备材料的工作状况。它是一种全新的、灵敏的检测方法，作为近年迅速发展起来的一种新检方法，红外无损检测技术在理论上和工程上显示出巨大的生命力。国内大型石化企业在利用这种技术上，已取得了较好的结果。本文结合自行研制的一套红外无损评估系统软件[1]，对红外热像仪的拍摄结果及时准确地进行分析与计算，并输出相应结果，实现了红外无损检测的全自动化操作。为从事运用红外技术进行设备管理、状态监测及故障诊断的工程技术人员提供了极大的帮助。

2 红外热像仪的工作原理

    红外热像仪的测温以普朗克定律为理论依据，通过黑体标定的方法对所测物体的红外辐射能量进行度量，从而确定物体温度。红外热像仪是一种利用红外扫描原理测量物体表面温度分布的光电设备，‘言可以摄取来自被测物体各部分射向仪器的红外辐射通量的分布。它不仅能对物体进行测温，还能对瞬态温度场进行测量和分析。通过光一机扫描，探测器把二维温度场转变为一维时间序列的视频信号(电信号)，经前置放大和预处理电路后.送往黑白或彩色监视器，行、场触发脉冲使扫描器和监视器同步工作，于是，监视器就能将视频信号实时转换成可见光图像进行显示，图像的颜色(或灰度)就是物体二维方向的热分布。系统工作框图如图1所示。

3 红外无损探测技术在工程中的应用

    红外热成像技术作为一种重要的无损检测评估手段，具有直观、快速、全面、非接触测温的特点。其分辨率高，显示多样化，可连续显小物体表面的瞬态二维温度场分布，己逐步应用于工业设备监测的各个领域。在石化设备的监测上，红外热成像技术己应用于各种反应塔器、换热器、管道、加热炉炉墙及炉管等的缺陷检测及电器设各的状态监测上[2]。

    红外热像无损探测其实是通过吸收物体表面的辐射能，把热量信息转化为数字信息并储存在图像中。对于导热体，如果内部存在缺陷，缺陷部分的导热行为会发生变化，反映到表面是异常的温度分布或热流分布这些异常的热量信息可以被红外热像仪捕获并被内置其中的计算机记录到红外热图中。通过对热量信息的存储媒体—热图的分析，可以得到缺陷的位置、形状、和大小等信息。结合了大量的实验工作和实际生产经验，浙江大学制冷与低温研究所与某石化公司共同开发出实用的加热炉红外无损评估软件系统I}l，该系统可以直接解读PRISM DS红外热像仪的红外热图，配备了相应的红外图像处理与分析功能，为加热炉的衬里导热系数和涂料辐射系数的计算、漏热分析以及衬里损伤探测提供了较为合理的方法，并在工程应用过程中得到了良好的验证。