在用壓力管道檢測中紅外熱成像技術的應用

劉林勇

（棗莊市特種設備檢驗研究院，山東 棗莊 277100）

目前，原油輸送、電力運輸?shù)阮I域都需要應用壓力管理設施。然而，在壓力管道長期運行的過程中，極有可能受到各種內(nèi)外因素的影響導致管道壓力發(fā)生變化。久而久之，就會造成腐蝕、焊縫焊接開裂等嚴重后果，由此加大了泄漏問題、爆炸事故的發(fā)生機率。在這各情況下，有必要采用先進科學、安全可靠的檢測技術對在用壓力管道實施真正意義上的無損檢測。面對這一需求，紅外熱成像技術憑借其整體優(yōu)勢呈現(xiàn)出較高的應用水平，值得針對其技術應用策略進行全面系統(tǒng)的探究。

1 在用壓力管道檢測中紅外熱成像技術概述

紅外熱成像技術作為一種新型無損檢測技術，雖然其誕生與應用時間相對較短，卻在實際應用中表現(xiàn)出檢測速度快、精度高、無需接觸管道、操作簡便等一系列其他無損檢測技術無可比擬的整體優(yōu)勢，可以說實現(xiàn)了真正意義上的無損檢測。物理學相關理論告訴我們，任何一種物體都具有發(fā)散和吸收電磁熱輻射的特性。而各種物質(zhì)之間所不同的是，會受到溫度變化、物體形態(tài)以及各種自身特有因素的影響對于電磁熱輻射表現(xiàn)出不同的發(fā)散和吸收程度。在應用紅外熱成像技術對在用壓力管道進行無損檢測時，就是借助管道的輻射特性，在紅外熱像儀顯示屏上呈現(xiàn)出管道表面溫度以及外形輪廓狀態(tài)，而且這種檢測不僅僅局限于可見范圍內(nèi)，針對不可見部位同樣可以在紅外波段方面有所收獲，使在用管道設施的檢測范圍獲得大幅提升。在實際檢測的過程中，需要應用紅外探測設備、紅外熱像儀、成像裝置以及數(shù)據(jù)分析技術?，F(xiàn)階段，在針對被檢測物體表面總輻射度進行檢測時，主要遵循的是“斯蒂芬-波爾茨曼定律”，其計算公式為：S=εσT4。式中，S表示被檢測物體表面總體輻射度，σ所代表的是斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù)，ε表示gn被檢測物體表面相對應的平均發(fā)射率，T表示待測物體表面溫度。隨著我國紅外熱像儀檢測精度的不斷提高，在實際應用過程中表現(xiàn)出較高的溫度分辨率和檢測精度。在其自帶顯示屏上，可以非常清晰的呈示出在用管道表面溫度，協(xié)助工作人員優(yōu)質(zhì)高效的完成在用壓力管道檢測任務。

2 紅外熱成像技術應用原理

依據(jù)力學相關理論知識，已知在物質(zhì)分組運動過程中會出現(xiàn)紅外線熱輻射現(xiàn)象。而紅外線檢測設備就是基于這一物理特性，接收物質(zhì)熱輻射信號，再運用成像技術將熱輻射信號轉換成電信號，從而將被檢測物質(zhì)的各項數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在顯示屏，使人們能夠快速、準確的了解被檢測物質(zhì)當前狀態(tài)。通過這一成像過程可以看出，紅外探測設備、成像設備以及分析系統(tǒng)是紅外熱成像技術的關鍵要素。從理論角度上看，凡是0℃以上的物質(zhì)，均會發(fā)生熱輻射現(xiàn)象，也可以將其視為熱輻射源。但是，如果這種物質(zhì)內(nèi)部存在某種質(zhì)量缺陷，極易導致其內(nèi)部熱輻性質(zhì)發(fā)生變化，或者出現(xiàn)某異?，F(xiàn)象。以在用壓力管理為例，極有可能受到溫度變化的影響，導致管道壁厚發(fā)生變化，逐漸演變成腐蝕、焊縫焊接開裂等嚴重后果。要想針對此類問題進行提前防范，可以運用紅外熱成像技術能夠?qū)υ谟脡毫艿辣砻鏈囟冗M行檢測，根據(jù)檢測結果即可得知壓力管道內(nèi)部是否存在質(zhì)量缺陷，并有針對缺陷位置進行準確判斷，以便于及時采用應對措施，避免問題進一步惡化，防范油氣泄漏、管道爆裂等事故的發(fā)生。通過對紅外熱成像技術應用過程進行深入研究，總結出以下幾項技術特征：（1）紅外線探測儀器的焦距不僅達到20cm以上，還可以無線延伸。這一技術特性，決定了在應用紅外熱成像技術時，非需接觸被檢測物體表現(xiàn)，即可完成檢測任務，由此實現(xiàn)真正意義上的無損檢測。（2）紅外線探測儀器本身具有較強的抗干擾能力，其檢測結果不會外界環(huán)境因素的影響。（3）紅外熱成像技術具備較高的分辨率和檢測精確。（4）紅外熱成像技術的檢測范圍比較大，不僅可以同時針地動態(tài)以及靜態(tài)物質(zhì)進行溫度實時檢測，還可以針對可見范圍和不可見區(qū)域的溫度變化進行精準測量?；谏鲜黾夹g特點，紅外熱成像技術在無損檢測中擁有較大的發(fā)展空間。

3 紅外熱成像技術的檢測對象及范圍

對于那些直接暴露外在的可見檢測區(qū)域，運用紅外熱成像儀進行溫度檢測，可以非?？焖贉蚀_的呈現(xiàn)溫度值和熱隱患。而對于那些被遮擋的檢測區(qū)域，只要可以借助某一種媒介，同樣可以使用紅外熱成像儀對其表面溫度進行有效檢測，從而協(xié)助檢測人員判斷被檢測對象是否存在熱隱患問題。除此之外，紅外熱成像技術在火災情況偵測、設備或線路故障檢查以及真?zhèn)无q認等領域內(nèi)也表現(xiàn)出強大的技術優(yōu)勢。在針對壓力管道進行溫度檢測時，可以根據(jù)檢測溫度的變化幫助管道維護人員判斷檢測部位是否存在氣孔、夾渣以及未熔合等隔熱性缺陷，還可以針對局部區(qū)域管壁是否存在減薄、未填滿以及咬邊等缺陷問題。對于氣孔、夾渣以及未焊透等缺陷問題，通常都由于焊接質(zhì)量原因所造成的，可采用射線、超聲波以及渦流等方式對其做出進一步檢測。而壓力管道在長期運行過程中，難免會存在一些腐蝕、沖刷等問題，由此導致管道局部厚度減薄。針對這一問題，可以采用超聲波對管壁厚度進行檢測與測量。如果壓力管道線路較長，或者存在施工條件上諸多限制，則適合采用紅外線成像技術對其進行局部減薄檢測，可以在很大程度上降低檢測難度，使壓力管理檢測工作得以高效推進。另外，從紅外熱成像技術的應用范圍上看，可以針對常見的壓力管道、壓力容器進行有效檢測，在檢測過程中，及時、準確的反映出熱缺陷問題。

對于在用壓力管理而言，主要存在夾鎢、未填滿、局部變薄、單面沒有焊透等較為常見的導熱性缺陷，以及未熔合、氣孔、夾渣、裂紋及根部沒有焊透等隔熱性缺陷問題。而不論是導熱性缺陷，還是隔熱性缺陷，都具有相應的應對解決措施，通過紅外熱成像技術做出準確判斷之后，管道維護人員便要以針對具體問題采取相應的解決措施，使問題得到妥善處理，達到減少管道運用故障的目的。對于那些長期運輸帶有腐蝕性、易燃易爆物質(zhì)的壓力管理而言，在其管壁上必然會出現(xiàn)一些腐蝕部位，而遭到磨蝕性破壞管壁必然會局部變薄。在針對此類壓力管道進行無損檢測時，極有可能工作條件較為復雜，或者檢測環(huán)境較為惡劣，常規(guī)超聲檢測技術顯然難以滿足實際工作要求。唯有采用紅外熱成像技術，方可既精準又快速的反映出壓力管道的真實狀態(tài)，為管道維護工作提供可靠的參考依據(jù)。

4 在用壓力管理表面的熱輻射情況

在用壓力管道的表面溫度會依據(jù)其自身輻射能力的不同而表現(xiàn)出些許差異?；谶@一特性，在應用紅外熱成像技術時，其檢測結果也必然存在一定的差別。通常情況下，如果壓力管道存在缺陷，其表面輻射熱量的分布情況就會發(fā)生變化。此地，需要管道維護人員針對壓力管道熱表面輻射分布情況進行復核確認，進而明確下一步管道維護工作的重點，并且協(xié)助管道維護人員針對性制訂缺陷問題修復方案，避免引發(fā)更加嚴重的后果。如果經(jīng)過紅外熱成像技術檢測，發(fā)現(xiàn)管道外壁與內(nèi)壁之間的熱量輻射基本相同，便可以判斷壓力管道并不存在熱缺陷。如果發(fā)現(xiàn)管道外壁與內(nèi)壁之間熱量分布情況存在偏差，即可判斷壓力管道存在熱缺陷。在鎖定缺陷位置時，同樣通過對壓力管道外部、內(nèi)部之間的差異進行檢測。在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)某個部位存在熱量堆積現(xiàn)象，則需要采用正面檢測方式對缺陷部位進行復查，進一步確認缺陷程度及規(guī)模。如果壓力管道缺陷部位的處溫度較低，則需要采取背面檢測方式進行復查。這種方式具有更強的針對性，可以保障檢測結果的有效性，幫助檢測人員更加準確的鎖定隔熱缺陷位置。

5 紅外熱成像技術的檢測依據(jù)

在運用紅外熱成像技術對在用壓力管理進行檢測時，首先要了解誘發(fā)壓力管道外壁溫度變化的主要因素，例如壓力管道壁厚，管道內(nèi)不同流體及流速等等，都會對壓力管道內(nèi)外給熱系數(shù)造成影響。對于接受檢測的壓力管道而言，在檢測過程中所顯示的流體特性、流體溫度、管道材料等均屬于定值。基于這一前提，當壓力管道壁厚出現(xiàn)異常情況時，管道表面溫度也會發(fā)生相應的改變，由此判斷壓力管道是否存在缺陷及具體的缺陷位置。此后，管道維護人員便可以結合國外內(nèi)相關研究成果以及以往積累的工作經(jīng)驗，采取適合有效的管道修復措施，避免管理運行故障及事故的發(fā)生。

6 在用壓力管道紅外熱成像技術的應用方法

目前，比較常用的紅外熱成像儀型號為HY-2001G，該設備屬于非致冷焦平面型，其響應波段在8～14cm之間，檢測溫度分辨率為0℃。為了更加精簡直觀的描述紅外熱成像技術檢測過程中，開展以下實驗：首先，將各項檢測裝置安排就位。使用管道泵將管道連接成一個小循環(huán)系統(tǒng)，并且在系統(tǒng)當中裝置一個水槽，在將水溫加熱至20～80℃之間，作為檢測介質(zhì)。在壓力管道某一局部預制一些缺陷，作為檢測對象。此后，根據(jù)壓力管道的熱量傳導性質(zhì)，設置實驗參數(shù)，具體包括管道缺陷尺寸、管道厚度以及介質(zhì)和環(huán)境溫差等等。在選擇實驗部位時，建議選擇不被陽光直射的區(qū)域，并且實驗對象表面不要涂漆。之所以這樣建議，因為當實驗環(huán)境溫度較高時，紅外熱成像儀的靈敏度會有所下降，從而導致檢測結果不夠精準可靠。而缺陷尺寸對于紅外熱成像儀檢測靈敏度也具有一定的影響，據(jù)大量檢測實踐證明，當缺陷深度越大或者管道壁厚比愈高時，檢測敏感度越高，檢測結果愈加真實有效。另外，在檢測實驗中，實驗人員分別針對流體低流速和高流速兩種情況的檢測結果進行了對比。對比結果是，在低流速情況下的檢測靈敏度和檢測精準均高于高速流。上述實驗方法及檢測結果對比分析，可以在一定程度上反應出紅外熱成像技術的應用方法與技巧。但是，更多的技術應用路徑，還需要在今后的檢測實踐中，還需要相關技術人員、管道維護人員結合實際檢測需求和現(xiàn)場具體情況進行持續(xù)不斷的探究與研究，做好工作經(jīng)驗總結，探索更加先進科學的檢測手段，確保壓用壓力管理無損檢測水平的持續(xù)性提升。

7 結語

隨著我國基礎設施的不斷完善以及工業(yè)化水平的大幅提升，越來越多壓力管道設施投入使用，這些壓力管道在為人們?nèi)粘Ｉ?、工業(yè)化生產(chǎn)做出巨大貢獻的同時，也面臨著磨蝕、沖擊磨損、老化等問題。如果上述問題發(fā)現(xiàn)不及時，必然會引發(fā)管道泄漏、燃燒爆炸等嚴重后果。因此，在針對壓力管道進行無損檢測方面，一直都給予高度重視。將紅外熱成像技術引進到在用壓力管道檢測工作中，雖然存在應用時間短、經(jīng)驗不夠成熟、運用成本較高等問題，但相信憑借其強大的技術優(yōu)勢與發(fā)展?jié)摿?，必將在今后的壓力管道無損檢測中發(fā)揮出更高的作用價值，呈現(xiàn)出普及應用的良好局面，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。