红外热像仪检测石化装置运行状况的应用研究

    石油化工生产中的许多重要设备是在高温高压情况下工作的，其生产本身具有潜伏的易燃、易爆危险性，这就要求对生产工艺过程进行严格的在线监测，及时消除隐患，确保装置“安、稳、长、满、优”运行。运行设备的内部缺陷往往通过外壁温度表现出来。以往使用热电偶、表面温度计等测温，效率低，局限性大，不能适应大型石化生产的需要。红外热像仪可弥补以往测试方式的不足，它无需与待测设备互相接触，可快速而准确地得到设备表面的二维温度分布。

    本文报道利用AGEMA - 870热像仪对裂解分馏塔底积焦、醋酸乙醛装置衬里损坏状况、裂解炉炉管热斑进行的测试研究，同时结合表面热偶，获得了以上设备表面二维温度场，并结合工艺操调，延长了装置运行周期，经济效益十分显著。

    1红外热像仪测温原理

    红外热像仪的光子探测器把来自需测设备表面的热辐射能转化为电子视频信号，经信号处理，送至显示器重放，转换为相应的可见图像，录像机对模拟信号记录并储存，然后进人计算机进行数据处理。扫描器所接收到的热辐射，除来自待测设备表面的热辐射外，还有其对周围环境的反射辐射及设备与扫描器之间的大气辐射，即接收到的总辐射由三部分组成:目标辐射、反射辐射、大气辐射，经推导[1]l可将辐射关系式转换为以下热值关系式:

      R,B,F—依赖于实际光圈、滤光镜和扫描器类型的标定常数。

    已知设备表面发射率，即可利用(1)式及

( 2)式计算出其表面二维温度场。

    2测试过程及结果讨论

    2.1测试裂解分馏塔底积焦状况

    裂解分馏塔底积焦是影响尤里卡装置长周期运行的关键，由于其影响因素多，测试难度大，在本方法之前尚没有关于运行状态中塔底积焦量的计算模式及测试方法。现介绍用红外热像仪进行侧试的过程及结果讨论。测试原理框图见图1.其中塔底直径为6m,塔体材料为复合钢板，塔内物料温度为32Q℃左右。为实地标算钢板表面发射率，装置开车前在塔底外壁焊接三只表面热偶。开车后测试时，利用热偶温度值及热像仪测得的热值，根据(1),(2)两式分别计算出三个位置处的发射率，取其平均值作为钢板表面发射率ε。经百余次现场测试及数据计算处理，得出塔底积焦热像特征及规律如下:

    (1)塔底积焦时外壁热像特征:当塔内某部位沉积焦粉时。该处热阻增大，塔底外壁相应局部位置的热像图上即出现低温冷区，即在外壁315℃均匀的温度场上出现一低温区.以1991年7月31日对塔底E位置之侧试结果为例说明。当其内部无焦时，外壁热像的浮雕图分布均匀，见图2.当其内部有积焦时，表面相应位里处浮雕图上便出现一明显冷区(见图3)，冷区内有一个最低温度点(核心点)，它对应于塔内积焦最厚最密实的位置.图4为对该冷区的计算结果，由结果可知，冷区内最低温度为250 ℃，最高温度为315℃.平均温度为278℃,AB线上的1, 2. 3. 4, 5点的温度值见图右SP₁~ SP₅数据，其中A点((1点)为最低温度点(核心点)，冷区内各点的温度值随距核心A点距离的增加而升高，至冷区边缘，达到塔底表面均匀温度315℃.AB线在水平及垂直方向上的温度分布投影为CD及EF曲线。CD曲线上C点温度由最低温度250℃逐渐上升到D点的外壁均匀温度3I5 °C，这个温度曲线的单调上升过程，反映了冷区内以核心A为极点的某一径向温度分布的水平投影，当极角θ取值0 ℃ <θ<360℃时，就可得到冷区内任一径向的温度分布水平投影.用同样方法也可得到纵向投影。冷区的形状因塔内焦粉沉积的形状，厚度分布的不同而异，如圆形，椭圆形，月牙形，蘑菇形等等.图5示出了1991年9月5日塔底W位置仁的某一冷区及其温度计算结果。它与图4的冷区形状不同，但冷区的温度分布趋势都相同，具有普遍规律。冷区的面积越大，最低温度愈低，表明塔内相应位置积焦程度越深。