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紅外熱像儀在石化行業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用
2015-10-19
近幾年來，中國高度重視節(jié)能工作，在國家“十一五”規(guī)劃中明確提出“單位GDP能源消耗降低20%”要求。國家發(fā)改委能源研究所研究提出，減少能源需求三種措施，其中節(jié)能需要減少60%。
隨著中國工業(yè)化進(jìn)程的加快,機(jī)動(dòng)車數(shù)量的快速增長,石油化工工業(yè)對(duì)整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的支撐作用日益凸現(xiàn),對(duì)石油化工設(shè)備的安全性能和節(jié)源降耗提出了越來越高的要求,同時(shí)也為對(duì)其檢測(cè)與維護(hù)設(shè)備的制造商帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
紅外熱像儀器（以下簡稱熱像儀）是集先進(jìn)的光電子技術(shù)、紅外探測(cè)器技術(shù)和紅外圖像處理技術(shù)于一身的高科技產(chǎn)品，具有測(cè)溫速度快、靈敏度高、測(cè)溫范圍廣、形象直觀、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，是目前化工行業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域較為先進(jìn)有效的手段之一。
熱像儀測(cè)溫特點(diǎn)
熱像儀與傳統(tǒng)的檢測(cè)工具相比較，具有自己鮮明的特點(diǎn)：
● 熱像儀可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行測(cè)溫，而普通測(cè)溫儀表很難做到這一點(diǎn)。
● 可以借助顯微鏡頭對(duì)直徑為幾微米或更小的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)溫。
● 可以快速進(jìn)行設(shè)備的熱診斷。
● 靈敏度高，根據(jù)其型號(hào)的不同，可以分辨0.1℃或者更小的溫差。
● 不會(huì)對(duì)所測(cè)量的溫度場(chǎng)產(chǎn)生干擾。這是比直接接觸測(cè)溫的儀器如熱電偶的優(yōu)越之處。
● 測(cè)溫范圍大。根據(jù)型號(hào)的不同，一般熱像儀均可測(cè)量0℃～2000℃范圍的溫度。
● 使用安全。由于測(cè)量的非接觸性，使得熱像儀使用起來非常安全。
由于其獨(dú)特的性能，它在軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)以及科研等許多方面發(fā)揮著巨大的作用。而且現(xiàn)代熱像儀的結(jié)構(gòu)正逐漸趨于小型化和智能化，性能在不斷提高，使用也更加靈活方便，因此紅外熱像技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用水平也不斷提高。
熱像儀在化工行業(yè)節(jié)能中的主要應(yīng)用
在化工行業(yè)中，紅外診斷技術(shù)通常用于以下幾個(gè)方面。
一、管道
無論在石油還是化工企業(yè)，通常會(huì)使用管道輸送蒸汽、原料、產(chǎn)品等，通常管道內(nèi)會(huì)包裹保溫隔熱層，通過紅外熱像儀可以方便地查看管道的保溫隔熱層有無損壞、是否有泄漏。
熱像儀對(duì)管道進(jìn)行溫度檢測(cè)一般有以下應(yīng)用：
1)、管道積炭堵塞，由于積炭部位和其他部位熱容量不同導(dǎo)致溫差，這些溫差傳遞到管線外殼，就可以使用紅外熱像儀在管道外部拍攝到故障。
2)、管道內(nèi)壁受磨損或者腐蝕導(dǎo)致減薄，其溫度會(huì)比正常部位溫度偏高，從而可以檢測(cè)出故障。
3)、管道由于局部溫度波動(dòng)較大，導(dǎo)致材料熱疲勞造成裂紋、泄漏，故障處會(huì)滲漏管道內(nèi)介質(zhì)，如果管道內(nèi)介質(zhì)為低溫介質(zhì)（如氨氣）或者高溫介質(zhì)時(shí)，管道滲漏介質(zhì)與管道外壁就有溫差，可使用紅外熱像儀拍攝到故障。
4)、管道保溫脫落，其脫落處溫度偏高，可在熱像圖中清晰顯示（如圖1所示）。熱像儀還可檢測(cè)出管道溫度，作為保溫是否達(dá)到規(guī)定效果的判斷依據(jù)。
二、連接法蘭
大量使用管道的情況下，自然存在很多的連接法蘭。法蘭的密封容易發(fā)生問題，導(dǎo)致管道輸送的蒸汽、原料、產(chǎn)品等在管道法蘭連接處有泄漏（如圖2所示）。利用熱像儀可以很直觀、很簡便、非常安全地發(fā)現(xiàn)泄漏處，而不是依靠聽、看、聞、摸等非常不安全的檢測(cè)方式。
三、鍋爐（或加熱爐）
鍋爐是利用燃料燃燒釋放出的熱能或其他能量將工質(zhì)(中間載熱體)加熱到一定參數(shù)的設(shè)備。從能源利用的角度,鍋爐是一種能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。
在鍋爐中,一次能源(燃料)的化學(xué)儲(chǔ)藏能通過燃燒過程轉(zhuǎn)化為 燃燒產(chǎn)物(煙氣和灰渣)所載有的熱能,通過傳熱過 程將熱量傳遞給中間載熱體(例如水和蒸汽),依靠它將熱量輸送到用熱設(shè)備中去。
利用熱像儀可以對(duì)鍋爐與加熱爐熱損失評(píng)估，主要評(píng)估點(diǎn)有：
● 排煙熱損失；
● 氣體不完全燃燒熱損失；
● 固體不完全燃燒熱損失；
● 散熱損失。評(píng)估產(chǎn)生的效益主要有：
● 改善爐子燃燒節(jié)能技術(shù)，包括：高效燃燒器、燃燒控制技術(shù)、燃料添加劑及燃料磁化技術(shù)。主要是使?fàn)t子燃燒過程更完全、充分；
● 加強(qiáng)保溫節(jié)能技術(shù)，主要是采用新型高效保溫材料，提高爐體保溫效果，減少散熱損失
● 減少排煙，提高節(jié)能，指采用熱管加熱爐、熱管換熱器等節(jié)能技術(shù)。
四、供電效率
供電系統(tǒng)是化工工業(yè)的基礎(chǔ)，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全是化工工業(yè)安全生產(chǎn)的先決條件。利用紅外熱像儀快速定位問題所在，從而降低維護(hù)工作量和減少過維護(hù)都是節(jié)能。
應(yīng)用案例：蒸汽管道節(jié)能監(jiān)測(cè)
1) 測(cè)試對(duì)象的自然狀況
以石油一廠電站至催化裂化裝置中壓蒸汽管道為例。管徑：273mm×10mm；管道總長：800m；入口溫度：440℃；出口溫度：390℃；蒸汽壓力：入口3.5MPa，出口3.4MPa；蒸汽流量：28t/h。
2 )改造前后測(cè)試結(jié)果
1997年2月，對(duì)該中壓蒸汽管道進(jìn)行了紅外測(cè)試，獲得管道外壁表面溫度場(chǎng)熱像圖數(shù)十幅。運(yùn)用紅外
分析軟件，計(jì)算出表面平均溫度為31.2℃，環(huán)境溫度為3℃，計(jì)算出平均熱流密度為545.7W/m2。國家標(biāo)準(zhǔn)允許值在230W/m2以下，表明超標(biāo)情況嚴(yán)重。同年7月，對(duì)該管道改造后的保溫情況進(jìn)行了測(cè)試，得出管道表面平均溫度為39.9℃，環(huán)境溫度為32℃，計(jì)算出平均熱流密度為131.7W/m2，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
五、保溫改造效果的評(píng)估
管道改造前，平均熱流密度為 545.7W/m2，按年平均氣溫折算平均熱流密度為539.9W/m2，管道全程總散熱損失為643.5kW。
管道改造后，平均熱流密度為 131.7W/m2，按年平均氣溫折算的平均熱流密度為140W/m2，管道全程總散熱損失為194.7kW。
改造后減少的散熱損失為448.8kW，按年工作期320天計(jì)算，年節(jié)約熱量為12.435TJ，折合成人民幣，可看出一年節(jié)約的能源即可收回管道改造投資。
總結(jié)
紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在上述項(xiàng)目開展中發(fā)揮了其優(yōu)越性，它屬于高新技術(shù)范疇，在石化工業(yè)檢測(cè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景，由于它所具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能補(bǔ)充傳統(tǒng)檢測(cè)手段的不足。但是還有
很多工作需要在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)和提高，使得紅外熱像技術(shù)在石化檢測(cè)中的應(yīng)用更加廣泛和科學(xué)。不久的將來，人們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)工程的節(jié)能效果，判斷其是否符合節(jié)能要求，將不再受到檢測(cè)周期長、被測(cè)部位隨機(jī)性大的限制，輕松操作，就能迅速和全面地判斷整個(gè)化工企業(yè)內(nèi)所有建筑墻體或屋面的熱工缺陷情況，從而做出準(zhǔn)確論斷，指導(dǎo)化工節(jié)能工作順利開展。
紅外熱像儀產(chǎn)品鏈接：http://www.kafenchem.com/product/thermography/
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