
熱成像技術(shù)實(shí)際上是作為一種高級(jí)測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)中的,這種設(shè)備我們稱為紅外熱像儀。過(guò)去的紅外測(cè)溫儀大都是點(diǎn)測(cè)溫儀,點(diǎn)測(cè)溫儀與熱像儀比較,雖具有成本低、攜帶方便、傳感器不需制冷等優(yōu)點(diǎn),但它有如下缺點(diǎn):
(1)只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)(小區(qū))的溫度,不能測(cè)量表面的溫度分布,不能提供圖像,故難以證實(shí)儀器是否對(duì)準(zhǔn)了被測(cè)點(diǎn);
(2)使用距離常常受儀器視場(chǎng)的限制;
(3)目標(biāo)的反常(不規(guī)則)反射難以同目標(biāo)的真實(shí)溫度變化區(qū)分開(kāi);
(4)對(duì)環(huán)境溫度起伏敏感。所以,在遠(yuǎn)距離快速測(cè)量目標(biāo)表面溫度分布和記錄熱像的工程應(yīng)用中必須使用熱像儀。
以前工業(yè)上使用的熱像儀多用低溫制冷的單元探測(cè)器的光機(jī)掃描系統(tǒng),但這種系統(tǒng)成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用不便。近年來(lái),隨著像增強(qiáng)和圖像處理系統(tǒng)中采用數(shù)字電路的情況日愈增多,熱釋電攝像管系統(tǒng)和熱電制冷探測(cè)器線列以及兩維焦平面探測(cè)器列陣系統(tǒng)已成為民用熱像儀的主要發(fā)展類型。
熱像儀在工業(yè)上的應(yīng)用主要是檢測(cè)工業(yè)設(shè)備、監(jiān)查運(yùn)行故障及控制產(chǎn)品質(zhì)量。檢測(cè)人員利用熱像儀顯示被查目標(biāo)的熱像和提供表面熱分布的信息,找出即將發(fā)生和已發(fā)生的故障及其位置,以便及時(shí)采取措施予以消除。
(1)鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用
熱像儀可用于從冶煉到軋鋼的各個(gè)環(huán)節(jié)。
具體應(yīng)用實(shí)例列舉如下:
①大型高爐料面的測(cè)定:現(xiàn)代煉鐵高爐要求爐內(nèi)加入的原料分布均勻,從爐頂面溫度的分布可以測(cè)定原料的分布均勻性。日本曾使用熱像儀透過(guò)安裝有高爐頂部爐殼的硅玻璃口測(cè)定爐內(nèi)料面溫度,進(jìn)行圖像處理后再由計(jì)算機(jī)控制給料設(shè)備的動(dòng)作,調(diào)整原料流量,使?fàn)t料分布合理,起到降低焦比的作用。我國(guó)寶鋼1號(hào)高爐,使用國(guó)產(chǎn)熱像儀,實(shí)時(shí)采集、計(jì)算、顯示料面溫度,對(duì)決定原料的定量投放、提供生鐵產(chǎn)量和質(zhì)量、延長(zhǎng)爐齡和節(jié)能降耗起了重要作用。②熱風(fēng)爐的破損診斷和檢修:熱風(fēng)爐的爐襯在生產(chǎn)中容易被燒壞,但因爐子是封閉的,燒損位置不易發(fā)現(xiàn)。上海梅山鋼鐵公司應(yīng)用熱像儀診斷爐子破損位置,及時(shí)進(jìn)行檢修,大大延長(zhǎng)了熱風(fēng)爐的使用壽命。③高爐殘鐵口位置的確定:高爐大修之前,需要在爐子上開(kāi)口把爐內(nèi)殘鐵排盡。以往憑經(jīng)驗(yàn)確定開(kāi)口位置,往往不準(zhǔn)確,造成殘鐵排不盡,給拆爐工作帶為困難。本溪鋼鐵公司5號(hào)高爐大修時(shí),用481熱像儀對(duì)爐殼測(cè)溫,在死鐵層下測(cè)拐點(diǎn),只用了25min,就確定殘鐵水的下表面位置和開(kāi)口位置,開(kāi)口后殘鐵全部排盡。④鋼錠溫度的測(cè)定:煉鋼廠澆注的鋼錠,在入均熱爐前的溫度很重要。寶山鋼鐵總廠應(yīng)用熱像儀對(duì)入爐前的鋼錠進(jìn)行表面溫度測(cè)定,使均熱爐對(duì)鋼錠加熱達(dá)到最佳化,并且節(jié)省了煤氣用量。⑤連鑄板坯溫度的測(cè)定:在連鑄機(jī)中板坯的拉制與冷卻水量及拉坯速度有一定關(guān)系,研究這一定量關(guān)系對(duì)板坯的產(chǎn)量、質(zhì)量及連鑄機(jī)的安全生產(chǎn)極為重要。武鋼用aga780熱像儀對(duì)鑄坯在不同冷卻水量和不同拉坯速度下的溫度進(jìn)行設(shè)定,取得了大量數(shù)據(jù),從而制定出與鑄坯溫度相適應(yīng)的生產(chǎn)工藝規(guī)則,使連鑄機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。⑥鋼鐵模溫度的測(cè)量:為了改進(jìn)鋼錠模的使用壽命,減少消耗,需測(cè)定錠模熱態(tài)工作狀態(tài)下表面溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。武鋼、鞍鋼和大連工學(xué)院聯(lián)合測(cè)定了鋼鐵模從澆注到脫模之間表面溫度場(chǎng)的變化情況,獲得了該溫度場(chǎng)的變化規(guī)律、錠模的最高溫度及其位置和持續(xù)時(shí)間等數(shù)據(jù),利用這些數(shù)據(jù)成功地設(shè)計(jì)出了高質(zhì)量的鋼鐵模。⑦出爐板坯溫度的測(cè)定與控制:從加熱爐出來(lái)的待軋板坯,要求溫度分布均勻。鞍鋼中板廠用6t61熱像儀測(cè)定了出爐板坯的溫度,發(fā)現(xiàn)爐寬方向溫度不均勻,還發(fā)現(xiàn)板坯出現(xiàn)“黑印”,據(jù)此,分析了原因,采取了相應(yīng)措施,消除了這些問(wèn)題,從而保證了板材質(zhì)量。⑧ 熱軋輥表面溫度的測(cè)定:熱軋輥長(zhǎng)期在高溫下工作,容易產(chǎn)生熱疲勞裂紋,這與輥表面溫度分布及變化的規(guī)律有關(guān)。武鋼用6t61熱像儀測(cè)量,發(fā)現(xiàn)軋輥表面溫度分布不均勻,這與生產(chǎn)中軋輥冷卻水分布不均、鋼坯溫度不均等因素有關(guān),因此采取相應(yīng)措施,從而減少或消除了熱裂紋。
(2)在石化工業(yè)中的應(yīng)用
石油化工生產(chǎn)中的許多重要設(shè)備是在高溫高壓狀況下工作的,潛伏著一些易燃、易爆危險(xiǎn),要求對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的在線監(jiān)測(cè),及時(shí)消除隱患。使用熱像儀能檢測(cè)產(chǎn)品傳送和管道、耐火及絕熱材料、各種反應(yīng)爐的腐蝕、破裂、減薄、堵塞以及泄漏等有關(guān)信息,可快速而準(zhǔn)確地得到設(shè)備和材料表面二維溫度分布。煉油廠用熱像儀檢測(cè)催化裂化裝置、反應(yīng)堆尾氣設(shè)備和熔爐、安全閥與凝氣閥的泄漏、地下管道的漏失等,能早期迅速準(zhǔn)確地找出熱漏點(diǎn)。對(duì)爐身、燃?xì)夂团艍m管道、反應(yīng)堆槽以及轉(zhuǎn)移線路中耐火材料的損耗、裂縫和磨損等情況進(jìn)行檢查,對(duì)防止事故發(fā)生和減少能耗十分有效。
①對(duì)裂解分餾塔底積焦的檢測(cè):裂解分餾塔底積焦是影響尤里卡裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。采用熱像儀測(cè)量塔底積焦時(shí)外壁熱像特征可判定塔內(nèi)各處積焦程度,并根據(jù)結(jié)果指導(dǎo)工藝操調(diào)、確定最佳運(yùn)行方案。實(shí)踐表明,該檢測(cè)方法與工藝結(jié)合后,裂解分餾的運(yùn)行周期由原來(lái)的平均30天延長(zhǎng)至268天,獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。②評(píng)估醋酸乙醛裝置襯里損壞狀況:石化設(shè)備中,醋酸乙醛裝置的關(guān)鍵設(shè)備(催化再生器、反應(yīng)器和除沫器等)內(nèi)部有多層襯里材料。利用熱像儀檢測(cè)其外壁溫度場(chǎng),再結(jié)合傳熱學(xué)理論計(jì)算其內(nèi)部保溫層厚度,可了解裝置運(yùn)行情況下的襯里損傷程度,從而為制定檢修方案提供參考。③檢測(cè)裂解爐爐管局部“熱斑”:裂解爐是乙烯生產(chǎn)的心臟,爐管內(nèi)結(jié)焦形成爐管熱斑將嚴(yán)重影響其使用壽命。利用紅外熱像儀能過(guò)窺視孔對(duì)爐內(nèi)爐管測(cè)試,可得到熱斑的熱像特征,為維修爐管的實(shí)施方案提供依據(jù)。④對(duì)催化裂化裝置的檢測(cè):催化裂化裝置是煤油廠中的重要裝置。它的核心裝置(催化再生器和沉降器)在生產(chǎn)運(yùn)行中襯里狀況的好壞直接關(guān)系著筒壁的安全,因此需隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和診斷。用熱像儀對(duì)它們進(jìn)行定期的壁溫檢測(cè),分析襯里狀況和可能發(fā)生的故障部位及程度大小、發(fā)展趨勢(shì),并將結(jié)果及時(shí)提供給廠方,為廠方實(shí)施檢修提供依據(jù)。⑤對(duì)熱力管線外壁溫度的測(cè)量:蒸氣熱力管線在煉油廠縱橫交錯(cuò),分布繁多,管線外壁保溫層材料在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)逐漸破損、掉落,管線外壁溫度隨時(shí)升高,造成大量熱損失。茂名石油工業(yè)公司煉油廠應(yīng)用進(jìn)口熱像儀對(duì)蒸氣鍋爐至一催化、二蒸餾、低壓蒸汽的熱力管線進(jìn)行了管線外壁溫度掃描測(cè)量,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù),計(jì)算熱力管線的外壁熱損失情況。由于提供的溫度分析數(shù)據(jù)十分準(zhǔn)確,有關(guān)部門(mén)據(jù)此迅速更換了保溫材料。經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間后再對(duì)外壁溫度跟蹤掃描,發(fā)現(xiàn)熱損失大大減小,取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)在電力工業(yè)中的應(yīng)用
在電力系統(tǒng)中,電氣事故大都不是一下子發(fā)生的,其間有一個(gè)變化過(guò)程。由于電氣元部件逐漸出現(xiàn)松動(dòng)、破裂、銹蝕等造成接觸電阻增加,致使電氣元部件溫度升高,出現(xiàn)熱異?,F(xiàn)象。采用熱像儀直接觀察和測(cè)量就可發(fā)現(xiàn)這些異?,F(xiàn)象,掌握潛存故障的位置和嚴(yán)重程度,根據(jù)需要,安排維修,消除隱患,所以熱像儀是發(fā)電廠、輸變電網(wǎng)以及用電工廠的一種有效檢測(cè)儀器。
熱像儀在電力系統(tǒng)中的主要檢測(cè)目標(biāo)是發(fā)電機(jī)組裝置、輸電線路接頭、絕緣部件、變電所設(shè)備、變壓器繞組及油冷系統(tǒng)、高壓線路的保險(xiǎn)絲電路、閘刀開(kāi)關(guān)、斷路開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和終端裝置、電路分配調(diào)度中心、控制臺(tái)及照明配電盤(pán)等。特別是,定期用機(jī)載或車(chē)載熱像儀檢測(cè)輸變電網(wǎng),能早期發(fā)現(xiàn)隱患或迅速診斷出事地點(diǎn),可大大減少經(jīng)濟(jì)損失。
① 用裝有熱像儀的直升飛機(jī)巡查高壓線路:輸電線故障的檢測(cè)對(duì)于輸電線路的安全運(yùn)行十分重要。歷來(lái)采取人工沿途巡視、登塔探測(cè)的方法進(jìn)行檢測(cè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,檢測(cè)效率低。采用機(jī)載熱像儀巡線檢測(cè)是檢測(cè)技術(shù)的革新。西安熱工所和河南電科所曾在直升飛機(jī)上用熱像儀分別對(duì)220kv、330kv和500kv的輸電導(dǎo)線接頭和引流線夾的熱致故障進(jìn)行巡查,結(jié)果表明,熱像儀可以監(jiān)測(cè)溫升僅有2℃的不良接頭,并可用于劣質(zhì)瓷瓶檢測(cè)。在國(guó)外,英國(guó)早在1969年就用直升飛機(jī)查線,加拿大已將直升飛機(jī)巡線作為常規(guī)項(xiàng)目。② 對(duì)發(fā)電機(jī)定子的檢測(cè):在發(fā)電機(jī)內(nèi)部,往往由于絕緣或生產(chǎn)過(guò)程的其它原因引起絕緣損壞,使定子活動(dòng)鋼片接通,而在電機(jī)工作時(shí),這些接通的地方就易形成過(guò)熱點(diǎn)。用熱像儀觀察定子表面的熱場(chǎng),就能確定鐵心缺陷形狀和精確位置檢測(cè)過(guò)程中,一般是根據(jù)熱圖的相對(duì)灰度、缺陷部分的形狀和灰度隨時(shí)間的變化過(guò)程等來(lái)評(píng)價(jià)缺陷的性質(zhì)。此外,根據(jù)定子的熱圖還可檢查發(fā)電機(jī)定子的安裝質(zhì)量,并可為層間絕緣老化過(guò)程提供診斷。
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