壓力容器屬于具有爆炸危險(xiǎn)的特種承壓設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著高溫、高壓、易燃、易爆、劇毒以及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)等諸多環(huán)境因素的作用。熱彈壓力容器普遍用于航天和國民經(jīng)濟(jì)的各部門。但對于壓力容器在工作狀態(tài)下的實(shí)際應(yīng)力分布情況以及早期預(yù)測潛在的缺陷，各種常規(guī)方法都無能為力。因此壓力容器的安全監(jiān)測、預(yù)防技術(shù)一直是國際上研究的熱門。英美兩國曾對熱彈性效應(yīng)進(jìn)行過嘗試性研究，但至今還局限于實(shí)驗(yàn)研究。

　　無論是特檢行業(yè)還是石化領(lǐng)域，溫度控制與監(jiān)測比比皆是：例如設(shè)備的磨損、疲勞、裂紋、破裂、變形、腐蝕、剝離、滲漏、堵塞、松動(dòng)、熔融、絕緣老化、油質(zhì)劣化、粘合污染、異常振動(dòng)等等，這些狀態(tài)絕大多數(shù)都直接或間接與溫度變化相關(guān)，這些溫度變化有不少是不能使用常規(guī)的接觸測溫方法監(jiān)測的，而采用紅外熱像儀檢測技術(shù)，則可使問題迎刃而解。

　　預(yù)埋缺陷試塊熱紅外圖像

　　紅外熱像儀是通過非接觸探測紅外熱量，將其轉(zhuǎn)換生成熱圖像和溫度值的一項(xiàng)技術(shù)。研究表明，紅外熱像儀能夠?qū)⑻綔y到的熱量精確量化，能夠?qū)Πl(fā)熱的故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確識別和嚴(yán)格分析。由于紅外熱成像技術(shù)能夠進(jìn)行非接觸式的、高分辨率的溫度成像，可提供測量目標(biāo)的眾多信息，彌補(bǔ)了人類肉眼的不足，因此已經(jīng)在諸多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

　　應(yīng)用與現(xiàn)狀：

　　紅外熱像儀是由點(diǎn)到面實(shí)時(shí)顯示被測物體表面的溫度分布,是紅外測溫技術(shù)的重大發(fā)展。美國無損檢測學(xué)會(huì)已將其列為正式的特種無損檢測方法之一,并已開展Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ級無損檢測人員的培訓(xùn)和考核工作。在工業(yè)設(shè)備的無損檢測方面,人們主要是利用紅外熱成像技術(shù)監(jiān)測電氣設(shè)備、動(dòng)力機(jī)械設(shè)備和高溫設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,以及早發(fā)現(xiàn)故障的隱患。

　　目前,紅外熱像儀技術(shù)主要應(yīng)用于高溫壓力容器熱傳導(dǎo)的在線檢測和對常溫壓力容器的高應(yīng)力集中部位檢測。對高溫壓力容器的檢測可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)襯的損傷和內(nèi)部的結(jié)焦、堵塞等異常情況,對常溫壓力容器的高應(yīng)力集中部位的檢測,可以及早發(fā)現(xiàn)早期疲勞損傷情況,這樣既可以直接診斷壓力容器運(yùn)行的狀態(tài),也可以給出停產(chǎn)后壓力容器的重點(diǎn)檢修部.

　　我國對紅外檢測技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70 年代初,通過30年來的努力研究與開發(fā),這一技術(shù)在國內(nèi)已得到越來越廣泛的應(yīng)用。中國特種設(shè)備檢測研究中心、中科院沈陽金屬所、天津石化公司等單位開展了金屬試樣、壓力容器和壓力管道缺陷的熱傳導(dǎo)分析、斷裂力學(xué)和應(yīng)力分析等方面的研究工作,并對液化石油氣儲(chǔ)罐、反應(yīng)器、加熱爐和高溫壓力管道等設(shè)備開展了成功的紅外熱成像檢測應(yīng)用工作。在檢測標(biāo)準(zhǔn)的制訂方面,我國與國外相比還有一定差距,目前只有基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12604. 9 —1996《無損檢測術(shù)語　紅外檢測》和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)GB 8174—1987《設(shè)備及管道保溫效果的測試與評價(jià)》,在壓力容器的檢測方面還是空白。在檢測人員資格認(rèn)可方面,2003年8月國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布的《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測人員考核與監(jiān)督管理規(guī)則》正式將紅外熱成像技術(shù)作為特種設(shè)備(包括壓力容器)檢測的無損檢測方法之一。自此,壓力容器的紅外熱成像檢測工作已正式納入我國的特種設(shè)備安全監(jiān)察法規(guī)體系,得到政府的正式認(rèn)可。

　　典型應(yīng)用：

　　• 典型高溫壓力容器襯里缺陷的紅外熱成像檢測

　　在石油化工企業(yè)中,許多反應(yīng)釜壓力容器處在高溫高壓條件下工作。為了保護(hù)壓力容器外殼在高溫狀態(tài)下免遭內(nèi)部工作介質(zhì)的腐蝕,往往在高溫壓力容器內(nèi)部加上防腐和隔熱內(nèi)襯材料。然而這些襯里在生產(chǎn)過程中長期受高溫高壓高速流動(dòng)介質(zhì)的沖刷,極易損壞。若襯里發(fā)生鼓包、裂紋、掏空、脫落等情況,一方面介質(zhì)可直接腐蝕壓力容器器壁,另一方面襯里熱阻減小,壁溫升高,會(huì)使器壁鋼材強(qiáng)度下降,從而導(dǎo)致裝置變形、傾斜甚至倒塌。采用紅外熱成像技術(shù)在壓力容器的運(yùn)行時(shí)對壓力容器進(jìn)行在線檢測,可以及早發(fā)現(xiàn)襯里的損傷,及時(shí)采取補(bǔ)救措施,排除生產(chǎn)過程中的安全隱患。

　　高溫壓力管道在石油化工廠和電站得到廣泛應(yīng)用,時(shí)有泄漏和爆炸事故的發(fā)生。引起壓力管道泄漏和爆炸事故的主要因素包括腐蝕、介質(zhì)沖蝕、焊縫中的焊接缺陷開裂、應(yīng)力腐蝕開裂、材料劣化和閥門破裂等。大量事故統(tǒng)計(jì)顯示,腐蝕和介質(zhì)沖蝕是引起壓力管道泄漏和爆炸事故的主要原因,約占總事故的50%。因此,采用有效的無損檢測方法及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力管道母材上由腐蝕和沖蝕引起的局部壁厚減薄缺陷,并將這些管道進(jìn)行更換,是確保壓力管道安全運(yùn)行的重要手段。X(或γ)射線、超聲和紅外熱成像檢測技術(shù)均適合于壓力管道壁厚減薄的檢測,而紅外熱成像檢測由于具有非接觸、快速區(qū)域掃描和對人無傷害的優(yōu)點(diǎn),在高溫壓力管道內(nèi)部蝕坑和壁厚減薄缺陷的在線檢測方面具有潛力。

　　• 再生器襯里缺陷的紅外熱成像檢測

　　再生器是煉油廠催化裂化裝置中的核心設(shè)備,而催化裂化裝置在煉油工藝過程中又占有十分重要的地位。在催化裂化裝置中,再生器用于催化劑燒焦再生,是保證連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備,其運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣直接關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。再生器的工作條件極其惡劣,它的襯里要承受700℃的高溫和高速流動(dòng)介質(zhì)的沖刷,因此,在催化劑再生過程中,再生器首先遭到破壞的是襯里,襯里的損壞對裝置的長期運(yùn)行將帶來直接威脅。調(diào)查表明,它是造成設(shè)備停工停產(chǎn)的最主要原因之一,所以,襯里狀態(tài)是再生器運(yùn)行狀態(tài)的重要標(biāo)志。

　　• 金屬疲勞損傷的熱斑跡

　　金屬壓力容器在工況應(yīng)力的疲勞打壓過程中,由于紅外冷發(fā)射(IRCE) 和紅外熱發(fā)射( IRHE)的效應(yīng),在其應(yīng)力集中區(qū)有明顯的紅外發(fā)射能量變化。經(jīng)過一定周期后,其疲勞損傷區(qū)將產(chǎn)生不可逆的溫度增升。

　　有多個(gè)金屬壓力容器疲勞破壞的結(jié)果證明,壓力容器疲勞損傷區(qū)在工作壓力條件下,始終有熱斑跡存在,這種熱斑跡隨著疲勞裂紋的擴(kuò)展,其形貌和軌跡雖有所變化,但由它標(biāo)志疲勞損傷區(qū)的確切位置不改變,特別到疲勞損傷后期的熱斑跡圖案,已經(jīng)可明顯地看到裂紋的走向和尺寸大小。對疲勞泄漏區(qū)的斷口分析證明,熱彈性應(yīng)力紅外圖像早期檢測疲勞損傷區(qū)的熱斑跡的正確性。

　　• 液化石油氣儲(chǔ)罐的熱彈性紅外成像檢測

　　由于紅外成像檢測必須在加載過程中進(jìn)行,因此檢測時(shí)須對液化石油氣儲(chǔ)罐進(jìn)行加載試驗(yàn),在加載前的狀態(tài)為空罐,在加載前用紅外熱像儀掃查,查找易產(chǎn)生應(yīng)力集中部位的區(qū)域是否有溫度不一致的情況,加載過程中對這些部位進(jìn)行跟蹤觀察,記錄應(yīng)力集中部位的溫度變化情況，檢測結(jié)果及分析。

　　在加載前對空罐進(jìn)行紅外熱成像掃查,發(fā)現(xiàn)是否有溫度不均勻部位,加載期間,逐漸在儲(chǔ)罐的一個(gè)封頭上發(fā)現(xiàn)兩處焊縫部位的溫度高于母材溫度,由此對此部位進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

　　總結(jié)

　　為了進(jìn)一步服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，更好的保障特種設(shè)備安全，近年來，各省特檢院科研人員通過驗(yàn)證紅外熱像儀技術(shù)的應(yīng)用精度和可靠性，取得了大量可靠的數(shù)據(jù)和前沿資料，在探索該技術(shù)在特種設(shè)備檢驗(yàn)領(lǐng)域的新用途方面邁進(jìn)了一大步。中國特種設(shè)備檢測研究中心、河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院試驗(yàn)結(jié)果證明,紅外熱像儀檢測技術(shù)是高溫壓力管道內(nèi)部腐蝕和沖蝕缺陷的可靠方法,該方法檢測出的最小缺陷尺寸遠(yuǎn)小于管道安全運(yùn)行所允許缺陷的尺寸,滿足管道的檢測要求。