红外热像仪在天然气集气站防火监控中的应用.docx

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红外热像仪在天然气集气站防火监控中的应用

红外热像仪在石化防火监控中应用

红外热像仪检测技术有着远距离、非接触、大面积、直观快速检测的优点，可用于多个领域。

凭着其实时视频成像、操作简便、成本低等优势，主要应用于航空航天、军工、特检、材料研究等领域。

红外热像法检测和超声波成像检测法相辅相成，可用于特种设备安全、航空航天及复合材料检测等。

在石化企业，通常由于生产需要，会有很多管路，如蒸汽、热水等，各种工业溶液，其上通常覆盖各种的保温材料，以确保其节能的要求，而由于这些管路通常架设在厂房上部或室外，没有任何维护措施，随着时间的推移，可能保湿层甚至其管道壁有破损或变薄的情形发生，通过热像仪，你可以非常容易发现热点区域，从而采取措施，减少能量的浪费和保证正确的工艺温度。

同时你也可以了解到保温层的破损状态，从而精确地计算出所需要的人力，物力，从而大大地缩短维修的工作量和时间。

图1远处拍摄到的红外热图

一、在石油石化行业的具体应用

在化工行业中，红外诊断技术通常用于以下几个方面。

1管道

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。

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2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。

图3热像仪可以检测法兰连接处的泄漏

3锅炉（或加热炉）

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4热像仪用于加热炉的检测

4供电设备

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。

通过红外热像仪设备，你可以清楚地了解热点分布，大小，以及其具体情况，甚至可以根据这些设备日积月累的状态档案了解到问题的原因及严重性，并且及时采取行动最大限度地延长设备的使用寿命。

它是一个动态的检修过程，可以根据设备的不同使用状况，从而制定出最经济的维修时间表。

图5发电机运转红外图

5公共设施领域

 红外热像仪可在公共设施领域提前发现发电、输电及配电过程中的异常现场，避免因重大故障的发生而造成的服务中

断。

 图6红外热像仪用于输电线路中的检测

在红外图像中,输电线路中的不良接触点清晰显示为一个热点。

不良接触点会导致电阻值变大，电流超温，从而很容易被红外热像仪探测到。

如果不加注意，电路连接可能随时发生断路，继而引发断电故障。

6泄漏出气体检测

图7炼油厂中的VOC泄露事故。

炼油厂需要在尖端技术的帮助下确保环境和业务的绝对安全。

事实上，修复泄漏部件，防患于未然使用红外热像仪已成为众多油气领域企业标准的行业惯例。

同时，红外热像仪也可用于识别挥发性有机化合物（VOC）泄漏源，从而确保及时修复泄漏部件。

最先进的VOC检测手段可确保企业改善作业安全、提高生产效率并最大限度杜绝各种泄漏隐患。

二、红外成像在石化工作环境防火监控中应用

1、热成像应用于石化防火监控的优势

自然界中的一切物体的温度都高于绝对零度，都会有红外辐射．这是由于物体内部分子热运动的结果。

其辐射能量正比于自身温度的四次方成正比，辐射出的波长与其温度成反比。

红外成像技术就是根据探测到的物体的辐射能的大小。

经系统处理转变为目标物体的热图像，以灰度级或伪彩色显示出来，即得到被测目标的温度分布从而判断物体所处的状态。

石油化工工作环境背景温度一般在--40～60摄氏度，而区域可燃物产生的火焰的温度为200～1200摄氏度，两者温度相差较大。

在热图像中很容易将可燃物的燃烧情况从地形背景中分离出来。

根据热图像的温度分布，我们不仅可以判断火的性质还能探测出火的位置、火场面积、从而估计火势。

①热成像能更早发现潜在火源

由于红外热成像仪是反映物体表面温度而成像的设备，因此除了夜间可以作为现场监控使用外，还可以作为有效防火报警设备，在大面积的工作环境中，火灾往往是由不明显的隐火引发的。

这是毁灭性火灾的根源，用现有的普通方法，很难发现这种隐性火灾苗头。

而应用红外热成像仪可以快速有效地发现这些隐火，并且可以准确判定火灾的地点和范围，透过烟雾发现着火点，做到早知道早预防，早扑灭。

图8夜间热成像的伪彩色功能显示房子各部分的温度不同

②热成像能穿透尘雾发现火情

图9S160系列红外热成像仪透过烟雾发现火情与可见光对比

③热成像更有利于分析火灾发展趋势

图10热成像技术能够分辨出不同温度的火焰，为火灾趋势分析提供依据。

2、集气站现场的环境介绍：

图11集气站工作环境

如上面四图，集气站为长25米，宽15米的矩形工作区域，里面安装天然气压缩机组，强吸分离器，污水灌，闪蒸分液罐，燃气发电机，生活污水处理设备等都是容易起火并造成重大损失的，需采用合适的防火预警系统。

集气站防火预警具体要求：

1）需要具有明火识别功能；

2）识别距离2至25米；

3）需要提供明火识别的报警输出接口；

4）能提供整套系统软件可以在后端直观检测；

许继防火专用监控式热像仪S160能完全满足集气站防火预警的要求，及时发现火情，避免火灾，爆炸等灾害产生。

 三、热像仪测温特点

1、热像仪与传统的检测工具相比较，具有自己鲜明的特点：

　　●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。

　　●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。

●通过以太网实现远端的图像和温度传输，可实现画中画功能，并可实现单客户端对多台监控设备的实时观测。

●根据用户设定，可实现温度的自动颜色和声音报警。

●提供开发软件SDK包，能够和各行业综合软件进行无缝链接，用户也可根据需要进行二次开发。

●软件可实现远端温度点监测设定，温度趋势分析，报警设定，云台控制，图像采集等功能。

●近端提供可见光，红外双路视频输出，根据石化行业需求专门开发了RS485温度传输接口，用户可预设探测点实时传输该点温度信息。

　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。

2、除此之外，红外热像仪还具有

1.检查十分迅捷方便，而不像传统的方法那样花费大量人力去进行设备的清扫和紧固。

2.检查时，无须设备停电，而只是在找出隐患后，在进行修理时才要求短时间停电。

3.许多隐患必须在运行时才会表现。

四、前端设备介绍——基于集气站环境防火专用监控式热像仪S160

图12防火专用监控式热像仪S160

S160集成了红外热像仪，彩色摄像机，可同时输出两路视频，具有热像仪超温检测功能，白天热成像检测到高温目标，同时可见光摄像机检测到火源时，云台停止巡航，并向远程监控主机发送报警信息，报警信息包括：

机器ID，云台水平和俯仰角度，超温区域的坐标（左上角和右下角）。

夜间由于环境干扰较少只需要热成像检测到超温目标即可认定有火情。

1、热像仪测温报警功能

红外图像反映了物体表面的温度分布，温度越高，红外辐射能量就越多，相应的数字图像值就越大，由于着火点的温度远大于环境温度，通过实时检测红外图像，便能及时发现高温目标，输出报警信息给云台，同时在画面上标识出超温区域。

2

图13微小的作火点

2、报警信息传输

发现火情后，云台停止巡航，将报警信息再加上机器ID，报警时的俯仰和水平角度打包后通过RS485传给视频服务器，视频服务器通过网络传给上位机报警软件。

停顿一段时间后，云台重新开始巡航监控。

3、主要技术指标

1、整机配置及相关指标

配置

摄像机

一体化摄像机

热成像

非制冷微测辐射热计焦平面阵列

电源

DC12V±20%DC24V±20%

接口

RS485、视频输出×2、DC12V电源、DC24V电源

技术指标

监视范围

不低于1km

功耗

≤100W

重量

29Kg

尺寸（长宽高）

498×360×366mm

环境指标

工作温度

-20℃～+60℃

储存温度

-40℃～+85℃

抗冲击

300m/s211ms

湿度

＜90%RH

2、主要部件相关指标

摄像机参数

扫描方式

逐行扫描

变焦

36倍光学，12倍数字变焦

有效像素

30万

焦距长度

f＝3.5~122.4mm

信噪比

≥50db

最低照度

0.01Lx

电子快门

1/1~1/10000s

白平衡

自动，宽动态，室内，室外，单键，手动

背光补偿

ON／OFF

视场角

1.7度~57.8度

云台基本功能

俯仰角度

-45°~+45°

预置位

最多80个

线扫速度

0.01~30度/s

热成像

感光器件

非制冷微测辐射热计焦平面阵列

波长

8-14μm

视场角

9.17°×6.87°

调焦

电动调焦，有自动聚焦功能

镜头

25mm，F1.0

火情检测距离

1.77cmx1.77cm火源30米

五、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。