红外热成像仪在石化行业节能中的应用

红外热成像仪在石化行业节能中的应用
红外热成像仪在石化行业节能中的应用

红外热成像仪在石化行业节能中的应用
近几年来,中国高度重视节能工作,在国家“十一五”规划中明确提出“单位GDP能源消耗降低20%”要求.国家发改委能源研究所研究提出,减少能源需求三种措施,其中节能需要减少60%.
　　随着中国工业化进程的加快,机动车数量的快速增长,石油化工工业对整个国民经济的支撑作用日益凸现,对石油化工设备的安全性能和节源降耗提出了越来越高的要求,同时也为对其提供检测与维护设备的制造商带来了机遇和挑战.
　　红外热像仪器(以下简称热像仪)是集先进的光电子技术、红外探测器技术和红外图像处理技术于一身的高科技产品,具有测温速度快、灵敏度高、测温范围广、形象直观、非接触等优点,是目前化工行业检测领域较为先进有效的手段之一.
一. 红外热像仪测温特点
　　红外热像仪与传统的检测工具相比较,具有自己鲜明的特点：
红外热像仪可以对运动的物体进行测温,而普通测温仪表很难做到这一点.
可以借助显微镜头对直径为几微米或更小的目标进行测温.
可以快速进行设备的热诊断.
灵敏度高,根据其型号的不同,可以分辨0.1℃或者更小的温差.
不会对所测量的温度场产生干扰.这是比直接接触测温的仪器如热电偶的优越之处.
测温范围大.根据型号的不同,一般热像仪均可测量0℃～2000℃范围的温度.
使用安全.由于测量的非接触性,使得热像仪使用起来非常安全.

二．红外热像仪的选择要点

1. 探测器分辨率： 一般建议选择160*120,如果要求比较高可以选择320*240以上分辨率的,但是价格就会高很多.
2. 品牌：红外热像仪是一种昂贵的仪器,建议选择全球知名品牌.目前美国RNO,美国FLIR,美国FLUKE是全球三的红外热像仪品牌.其中RNO是全球第一大品牌,RNO 的PC160这款红外热像仪具有非常高的性价比,是全球销量冠军,值得看看.
3. 帧频： 一般建议选择30HZ以上的,低于10HZ的尽量不要选择,无法适应大部分环境.
4. 测温范围： 建议选择两个测温范围的,比如-20-120,0-600的.
5. 测温方式： 尽量选择可自动捕获 移动测温点和测温区域的机型.固定中心点测温的机型,在使用的时候很难找到最高温度区和温度点,就违法诊断出问题.
　　由于其独特的性能,它在军事、工业、医学以及科研等许多方面发挥着巨大的作用.而且现代热像仪的结构正逐渐趋于小型化和智能化,性能在不断提高,使用也更加灵活方便,因此红外热像技术的应用范围不断扩大,其应用水平也不断提高.
三. 热像仪在化工行业节能中的主要应用
　　在化工行业中,红外诊断技术通常用于以下几个方面.如果要在这些领域很好的应用,需要选择合适的红外热像仪,最好能够满足上面说的5个条件.RNO的PC160就能很好的满足这方面的需求,价格也不高,不到4万元.笔者在使用的时候,曾经使用过FLIR 的I系列以及FLUKE的TI系列,都无法很好的胜任这些工作.下图就是这两款热像仪,在性能上,RNO PC160专业很多.而FLIR I系列比较业余.
　　1. 管道检测
　　无论在石油还是化工企业,通常会使用管道输送蒸汽、原料、产品等,通常管道内会包裹保温隔热层,通过红外热像仪可以方便地查看管道的保温隔热层有无损坏、是否有泄漏.
考虑到温度范围,建议选择可变温区的红外热像仪,如RNO 的PC160,最高温度应该达到600度左右.为了检测方便,最好能自动跟踪最高温,以及移动点及移动区域测温等.
　　红外热像仪对管道进行温度检测一般有以下应用：
①管道积炭堵塞,由于积炭部位和其他部位热容量不同导致温差,这些温差传递到管线外壳,就可以使用红外热像仪在管道外部拍摄到故障.
②管道内壁受磨损或者腐蚀导致减薄,其温度会比正常部位温度偏高,从而可以检测出故障.
③管道由于局部温度波动较大,导致材料热疲劳造成裂纹、泄漏,故障处会渗漏管道内介质,如果管道内介质为低温介质(如氨气)或者高温介质时,管道渗漏介质与管道外壁就有温差,可使用红外热像仪拍摄到故障.
④管道保温脱落,其脱落处温度偏高,可在热像图中清晰显示(如图1所示).热像仪还可检测出管道温度,作为保温是否达到规定效果的判断依据.
　　图1红外热像仪用于管道保温检测

2连接法兰
　　大量使用管道的情况下,自然存在很多的连接法兰.法兰的密封容易发生问题,导致管道输送的蒸汽、原料、产品等在管道法兰连接处有泄漏(如图2所示).利用热像仪可以很直观、很简便、非常安全地发现泄漏处,而不是依靠听、看、闻、摸等非常不安全的检测方式.
　　3锅炉(或加热炉)
　　锅炉是利用燃料燃烧释放出的热能或其他能量将工质(中间载热体)加热到一定参数的设备.从能源利用的角度,锅炉是一种能源转换设备.
　　在锅炉中,一次能源(燃料)的化学储藏能通过燃烧过程转化为燃烧产物(烟气和灰渣)所载有的热能,通过传热过程将热量传递给中间载热体(例如水和蒸汽),依靠它将热量输送到用热设备中去.
　　利用热像仪可以对锅炉与加热炉热损失评估,主要评估点有：
●排烟热损失；
●气体不完全燃烧热损失；
●固体不完全燃烧热损失；
●散热损失.
　　评估产生的效益主要有：
●改善炉子燃烧节能技术,包括：高效燃烧器、燃烧控制技术、燃料添加剂及燃料磁化技术.主要是使炉子燃烧过程更完全、充分；
●加强保温节能技术,主要是采用新型高效保温材料,提高炉体保温效果,减少散热损失；
●减少排烟,提高节能,指采用热管加热炉、热管换热器等节能技术.
　　图3红外热像仪用于加热炉的检测
4供电效率
　　供电系统是化工工业的基础,确保供电系统的稳定、安全是化工工业安全生产的先决条件.利用红外热像仪快速定位问题所在,从而降低维护工作量和减少过维护都是节能.
五. 应用案例：RNO PC160在蒸汽管道节能监测 方面的应用
我厂(石油一厂)在进行此方案前,试用了FLIR,FLUKE以及RNO的不少机型,在试用过程中FLIR低端I系列和FLUKE的TI系列在温度范围,帧频以及高温捕捉方面都无法满足要求,要达到这些功能,这两个品牌都需要选择320*240以上的中高端机型,售价都超过10万元,在实际近距离使用中,这样的高分辨没有用处,而160*120分辨率都是低端无法满足要求的机型.最后选中的RNO PC160,不到4万元,完全能满足我厂的需求.
　　1测试对象的自然状况
　　以石油一厂电站至催化裂化装置中压蒸汽管道为例.管径：273mm×10mm；管道总长：800m；入口温度：440℃；出口温度：390℃；蒸汽压力：入口3.5MPa,出口3.4MPa；蒸汽流量：28t/h.
　　2改造前后测试结果
1997年2月,对该中压蒸汽管道进行了红外测试,获得管道外壁表面温度场热像图数十幅.运用红外分析软件,计算出表面平均温度为31.2℃,环境温度为3℃,计算出平均热流密度为545.7W/m2.国家标准允许值在230W/m2以下,表明超标情况严重.同年7月,对该管道改造后的保温情况进行了测 试,得出管道表面平均温度为39.9℃,环境温度为32℃,计算出平均热流密度为131.7W/m2,符合国家标准.
　　3保温改造效果的评估
　　管道改造前,平均热流密度为545.7W/m2,按年平均气温折算平均热流密度为539.9W/m2,管道全程总散热损失为643.5kW.
　　管道改造后,平均热流密度为131.7W/m2,按年平均气温折算的平均热流密度为140W/m2,管道全程总散热损失为194.7kW.
　　改造后减少的散热损失为448.8kW,按年工作期320天计算,年节约热量为12.435TJ,折合成人民币,可看出一年节约的能源即可收回管道改造投资.
　　
　　总结
　红外热像检测技术在上述项目开展中发挥了其优越性,它属于高新技术范畴,在石化工业检测方面具有广阔的应用前景,由于它所具有独特的优点,能补充传统检测手段的不足.但是还有很多工作需要在今后的实践中进一步改进和提高,使得红外热像技术在石化检测中的应用更加广泛和科学.RNO PC160这款机型非常适合石化部门使用,性价比很高.在这次改造中,我厂购买的10台RNO PC160发挥了非常大的作用.不久的将来,人们评价一个工程 的节能效果,判断其是否符合节能要求,将不再受到检测周期长、被测部位随机性大的限制,轻松操作,就能迅速和全面地判断整个化工企业内所有建筑墙体或屋面的热工缺陷情况,从而做出准确论断,指导化工节能工作顺利开展.