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红外热像检测技术在热力管道的应用

 论文栏目:检测技术论文     更新时间:2019/3/15 16:11:08   

摘要以热力管道年度检查为研究对象,研究管道及保温层具有各种缺陷时的红外特征、可检测性及影响因素,探索红外热像技术在热力管道缺陷识别与安全评价方面的应用。

关键词红外热像;热力管道;年度检查;应用

年度检查是保证压力管道安全运行的重要手段。而年度检查主要以宏观检验为主,为此难免受到人为主观因素的影响,常常导致缺陷的漏检,并且无法实现对管道安全状况的诊断与预测。红外热像检测由于具有远距离、非接触、高精度、动态响应快、图像直观等特点,因此将其应用于管道的年度检查中,不仅提高了检验人员的工作效率,而且提高了管道缺陷的检出率,实现了管道安全状况的诊断。利用红外热像技术:检测管道减薄、腐蚀、渗漏等故障,从而避免对环境及人员造成伤害;对蒸汽管道的保温层进行检测和评估,从而减少能耗,达到节能效果;对埋地管道的铺设位置进行探测,结合其他的管线寻线方法实现对埋地管道的检测。本文以热力管道年度检查为研究对象,以缺陷识别与管道安全诊断为研究目标,以红外成像无损检测为技术手段,从理论和实践探索了红外热像技术在热力管道缺陷识别与安全评价方面的工作。

1红外热像技术原理

(1)红外测温原理。根据传热学原理,只要物体的温度高于绝对零度,物体总是不断地把热能转化为辐射能,向外发出辐射热。(1)式中:T为物体的绝对温度,K;ε为物体表面的发射率,对于黑体来说,ε值为1,对于其他物体,0<ε<1;σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数,σ=5.67×10-8W/(m2·K4)。红外热像技术就是利用红外热辐射原理,通过测取物体表面的红外辐射能量,将被测物体表面温度分布转换为直观的热像彩图,以供后续分析使用的一种非接触式温度测试方法。该方法具有测温速度快、灵敏度高、测温范围广、界面直观、精度高等特点。红外热像技术分为被动式和主动式2种。(2)误差计算公式。红外热像仪测温是靠接收被测物体表面发射的辐射来确定其温度的。实际测量时,热像仪接收到的有效辐射包括3部分:目标自身辐射、反射的环境辐射以及大气辐射。(2)其中T0为被测物体表面的温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度;ε为目标的发射率;τa为大气透射率;α为被测物体的吸收率。(3)影响红外热像检测过程的因素。红外热像技术是通过测到的辐射能来计算物体的表面温度,因此测量精度受被测表面的发射率、背景辐射、大气衰减、测量距离、空气中的尘埃、环境温度等因素的影响。

2热力管道红外热像检测关键技术及应用

近年来,热力管道安全事故时有发生,人们对热力管道的安全非常重视。对于热力管道的年度检查,红外热像检测在压力管道的宏观检验方面发挥了重要作用,弥补了原有技术手段的缺失。

2.1热力管道的年度检查关键检验项目

热力管道的宏观检验的主要项目和内容如下:(1)泄漏检查。主要检查管道穿跨越段、阀门、阀井、法兰、凝水缸、补偿器、排潮管、套管等组成件的泄漏情况。(2)位置、埋深与走向检查。主要检查:管道与建筑物、构筑物或相邻管道之间的水平和垂直净距、占压状况、是否露管、管道埋深是否符合安全技术规范和现行国家标准的要求。(3)阀门、法兰、补偿器等管道元件及设施检查。

2.2地上敷设的热力管道红外热像检测

使用热像仪对管道的保温层进行检测和评估,从而减少能耗,达到节能效果。管道保温层脱落,其脱落处温度偏大,可在热像图中清晰显示。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。例如,检验中发现管道支架处泄漏和保温棉脱落,其热像图如图1和图2所示。

2.3地下敷设的热力管道红外热像检测

热力管道的地下敷设主要有2种形式:①管沟敷设;②直埋敷设。管沟敷设的热力管道,目前已有许多有效且便捷的检测方式用以对泄漏点的定位。而近年来得到广泛应用的直埋敷设热力管道,则无法使用现行管沟敷设热力管检测技术进行泄漏点的定位。直埋敷设热力管的检测,由于城市地下管网情况复杂,目前还是一项技术难题。(1)未发生泄漏且包覆层完整的热力管道红外热像图。对未发生泄漏且包覆层完整的热力管道进行红外热像检测后,采集到红外热像图,如图3所示。由于管道未发生泄漏且包覆层完整,沿管线不同位置的管段应具有近似的温度场。其特征是:管道轴线正上方地面温度较高,偏离轴线后地面温度逐渐下降,整体趋势是越靠近管道轴线正上方的地面,其温度越高,反之,越远离管道轴线正上方的地面,其温度越低。(2)未发生泄漏但包覆层破坏的热力管道红外热像图。对疑似未发生泄漏但包覆层破坏的热力管道进行红外热像检测后,采集到的红外热像图,如图4所示。由于管道未发生泄漏但包覆层破坏,土壤直接与裸露出的管道进行热交换,使得该处的土壤与包覆层完好的其他管段周围土壤温差较大,导致沿管线在包覆层破坏的管段位置出现异常地面温度场。与未泄漏且包覆层完好的管段相比,包覆层破坏管段的数据特征区别在于:沿管线检测,在包覆层破坏处上方,测温曲线出现异常,靠近包覆层破坏处,温度出现异常上升,达到包覆层破坏处上方附近时,出现温度峰值,远离包覆层破坏处上方,温度异常下降。理论分析检测数据后,得出的结论是,该段数据对应的热力管道未发生泄漏但包覆层破坏。为验证这一结论,对该管段进行开挖,开挖结果如图5所示。(3)红外热像技术在热力管道检测中的应用。直埋敷设的热力管道热胀冷缩明显,很容易导致膨胀节的损坏。利用红外热像技术可实现对直埋热力管道的巡线、泄漏检测等。红外热像在热力管道中的应用,如图6、图7所供热管线一般铺设在地下,受地面沉降和热胀冷缩的因素影响,管道可能会发生破损导致热水流失,直接影响到供热效果,并且造成大量的能源浪费。目前,供热管网破损、漏水导致供热效果降低甚至中断供热的事件日益增多。其原因主要有:管网老化、地面沉降、车辆超载重压、周边施工等。

3展望

利用红外热像技术对热力管道进行年度检查,不仅提高了检验人员的工作效率,同时也提高了管道缺陷的检出率,并且可对其安全状况进行有效诊断。对热力管道的保温层检测,通过对红外热图的温度场检测计算,得到温度异常区域,获取缺陷位置和状况;对热力管道的管道本体检测,如壁厚减薄、法兰泄漏等,则通过拍摄相应的红外图像得到热像图,通过图像处理,识别得到相应的缺陷。而埋地管道的检测,利用地下管道的热成像机理,通过温度场分布试验,建立温度场模型,最终对温度场的识别。因此,了解与研究管道及保温层具有各种缺陷时的红外特征、可检测性及影响因素,对红外热像检测在压力管道检测领域的实际应用与推广具有十分重要的意义。

参考文献

1黄学斌.红外热像检测技术在承压设备检验中的应用[J].石油化工设备,2014,43(4).

2伏喜斌.红外热像技术在锅炉节能检测中的应用[J].能源与环境,2018,(2).

3孙晓刚,李云红.红外热像仪测温技术发展综述[J].激光与红外,2008,38(2).

作者:徐火力 单位:厦门市特种设备检验检测院

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