红外热成像无损检测在压力容器检验中的应用

 新闻资讯     |      2019-08-13 12:16


  红外热像技术利用红外辐射原理,通过测取目标物体表面的红外辐射,将被测物体表面的温度分布转换为形象直观的热图像。红外热成像无损检测是红外热像技术在无损检测中的应用,是通过接收材料内部或表面因为缺陷或材料结构不均匀而产生的红外发射形成红外图像表征材料内部缺陷或结构变化的技术。红外热检测与其他的无损检测方法如X射线检测、超声检测等相比具有显示快速、无需物理性接触、易于实现现场检测、安全、应用范围广泛及其他无损检测无可替代的定量、数字化潜力等优点。目前,红外热检测己经涉及了石油化工、核工业、航空工业、电力、电子、材料检测、医学等国民经济的诸多领域卜
  5. 2红外热成像无损检测(检查并测试)简介2.1红外热检测理论红外热检测根据信号来源机理有被动热成像和主动热成像。不锈钢储罐密封性好;密封式设计彻底杜绝了空气飘尘中有害物质和蚊虫入侵罐内,确保水质不受外界污染和滋生红虫。
  2.1.1被动热成像理论固体材料中存在热弹性效应,材料或构件在承受拉伸载荷时引起温降,而承受弹性压缩载荷时引起温升。多年来,却没有人用,由扫描器、监控器、图像数字化单元和磁带机组成。扫描器的短波长镜头可监测
  3. 55.6Lm波长范围内的红外辐射;在室温条件下,测温灵敏度可达0.05*C;扫描一幅可见图像所需时间为0. 4s.由于入射的辐射经锗透镜和双六面体棱扫描投射到探测器上,因此按要求可覆盖试件或部件的选择面积。调焦范围为14cm到无穷远,而且在最小距离处,可以观察到来自0.5mm1像元的应力细节。扫描器接收的辐射信息在监视器上以黑白灰度图像显示,同时也可以经过图像数字化单元将红外图像转变成数字信息,并由磁带机记灵下来。磁带机的最快记录速度为每秒一幅图像。磁带机存贮的数字图像可送入图像处理计算机进行图像分析,可以作为一幅16种颜色线性细分的温度轮廊图显示在高分辨率的彩色监视器上,根据需要还可以提供轮廓上任一点或任何一条线上的温度曲线。
  红外视觉概念,从理论到实践探讨了智能化、自动化红外视觉检测所要解决的问题。
  东北大学的姜月秋与中国科学院金属研究所的黄毅开发了基于Windows平台的红外图像处理软件系统。该软件的基本思想是将两张不同压力条件下获得的图片进行格式解析,将各点颜色值对应为相应的温度,利用各对应点温度的差值生成新BMP格式TESCC图片,然后对该图片进行分析。若压力容器的壁厚不均匀,则出现应力集中区域,即TESCC红外图像区域的温度比其他区域大,被显示为不同于正常区域的颜色,然后设定材料各项参数,计算出该区域的TESCC系数,并根据需要给出鉴定结果,使检测结果更直观地表达出来。
  随着高速、高像元、高灵敏度红外热像仪的出现及计算机数字信号处理技术的发展,涌现了许多新的红外检测技术,如脉冲电视热成像、Lock-in同步热成像技术、脉冲相位热成像、热层析法、热波成像法、双波段红外热像法、热/超声混合激励热成像法等。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。
  3红外热检测在压力容器检验中的应用发展金属材料在疲劳载荷的作用下,要经历裂纹萌生、长大直到发生断裂等阶段,在经受疲劳载荷的材料表面或近表面下潜在的缺陷或不均匀处首先形成应力集中区,成为红外冷发射和热发射源。通过对此类信号监测,可以获得疲劳损伤过程的红外热图像。
  压力容器的红外热检测正是基于运行过程中疲劳损伤的出现而产生红外发射实施检测。红外热检测经历了对金属材料疲劳研究、简单压力容器疲劳实验室研究、在用压力容器现场检测研究的过程。
  3.1金属材料疲劳的红外热检测研究进行了疲劳试验的红外热检测研究。将SA533B1I2制成圆柱形试棒,进行了1000Hz和20Hz循环加载,采用红外热像监测系统对试棒的整个疲劳过程的温度进行了热图记录,发现其经历了试样温度初始上升、温度平衡、温度突然上升及温度下降四个阶段,这与疲劳发展规律(rhythmical)是十分吻合的。
  是疲劳试验过程温度急剧上升阶段的热图,与中颜色深的位置是应力集中的疲劳损伤区,是温差图,明显存在深反应器用钢疲劳试验热像1研宄了标准高速疲劳弯曲试验中几种金属材料的红外发射规律。中给出三种金属材料循环断裂应力增量AS与经过Nf次过载循环断裂温升的关系图。图中反映了疲劳断裂时温升与疲劳断裂应力的过载量如下一种关系:中区域。在疲劳试验过程中进行热图监测。当疲劳打压循环次数N=378次时,应力集中区
  A、B处的红外发射图案明显存在。当疲劳打压次数N= 5316次时,疲劳损伤区的红外发射图案更加明显,除了
  A、B两处有能量突变外,同时出现了另外的
  C、D处有能量突变的红外发射,说明有多处疲劳损伤区域存在。当疲劳循环次数N=5431时,气瓶B区发生泄漏,红外热像及时地捕捉到了这一确切位置。表1是3只4.2LD6AC钢瓶全寿命疲劳试验的结果,表明在气瓶打压考核时所预测的应力集中区,是疲劳过程中产生损伤的位置。研宄结果表明:在全寿命疲劳试验中,气瓶应力集中区及疲劳损伤区的热斑迹始终保持在全寿命疲劳过程中,在疲劳寿命后期热斑迹图案更强;压力容器的疲劳泄漏位置,完全证实了早期预测应力集中区的正确性。
  表1 4.2LD6AC钢气瓶全寿命疲劳结果应力集中区预测筒体与瓶肩交界处:距瓶底88的筒体处筒体与瓶肩交界处:距瓶底110的筒体处筒体与瓶肩交界处:距瓶底100的筒体处全A疲劳泄漏位置54311.2距瓶底1⑴的筒体处66551.0筒体与瓶肩交界处57031.2距瓶底110的筒体处当AT=To时,说明材料经受的疲劳应力等于或小于疲劳极限应力,材料不发生范性变形,也没有明显的红外发射。公式中的B值大小反映了疲劳断裂温升随疲劳过载应力增加而改变的快慢,它与金属的塑性有关,即材料的塑性越好,则断裂的红外发射量也越大。金属材料疲劳损伤红外检测验证了红外热检测理论,为在压力容器检验中应用奠定了基础。
  黄毅111认为,金属压力容器的应力集中部位在经过一定的疲劳周期后,将产生不可逆的温升(> 1°即热斑迹,采用红外热像仪对其进行全方位监测,可得到热像图,从而判断其疲劳损伤状况。黄毅对一个12
  L、材质为37NiCrMoV钢、尺寸为兰168X650LX4.67T的气瓶,按GB9252气瓶疲劳试验方法》试验。试验过程中米用AGAThermovision780红外热成像系统进行监测,红外图像经数字转换后由磁带机自动记录,实验结束后数字磁带用PeHcolor1000图像处理系统进行数据处理,由此获得在疲劳打压过程中的温度场变化。实验结果表明:3.2压力容器的疲劳红外热检测实验室研究在压力容器金属材料红外热检测的基础上,研宄工作者进而在实验室开展了压力容器红外检测工作。徐军等对3只航天生保用4.2L氧气瓶进行全寿命疲劳试验。在疲劳试验前进行31.5MPa水压试验,同时记录IRCE和IRHE结果,分析(Analyse)此三气瓶均存在筒体与瓶1眉处A和简体接近瓶底B处的应力集存在最大应力集中区域,即已经存在着热斑迹;气瓶在整个试验过程中,疲劳损伤区应力始终保持着一个相对高的水平,并且随着疲劳损伤的加深与钝化,其值有变化,但热斑迹却始终保持;当疲劳临近泄漏时,该区的温度相对变化值1增力加直到发生破坏性损伤,热斑迹菌案在不断加强;et疲劳泄漏区的断口和疲劳裂纹长度,完全与红外热图早期探测疲劳损伤区的热斑迹相吻合;压力容器在工况下的热斑迹的探测,可以确定该压力容器的疲劳损伤位置。
  上述实验(experiment)结果表明,红外热检测可以准确地预测压力容器的疲劳损伤位置,进而预测破坏位置。
  3.3石油化工压力容器的红外热检测研究者采用红外热检测技术对石油化工系统的加热器、催化再生器、沉降器、加氢反应器、铂重整反应器、裂解分馏塔、加热炉、锅炉、转动窑和冷却器、蒸汽管线、烟气管道等设备的缺陷进行了大量的研究工作。
  四川化工总厂利用红外热像仪对该厂的换热器进行检测时,测得南封头冷却水温差不正常,推断换热器裂管泄漏。抚顺石化公司应用红外热像仪对120万吨/年催化裂化装置的再生器外壁温度(temperature)检测时,通过分析诊断(diagnosis)出再生器内部衬里出现裂纹、小面积脱落和脱落性减薄等问题;另外该公司还利用红外热成像技术对本公司以及石家庄炼油厂和大连炼油七厂的催化裂化反应器、再生器等作了定期检测,积累了丰富的经验和大量数据。
  沈功田等采用热弹性红外热成像技术,对12m3液化石油气储罐进行在线加压红外成像检测,发现有两处部位出现热斑迹,而这两处正是承受了上万次的低周疲劳载荷的部位,结果表明,红外成像技术适用于压力容器的疲劳部位的检测。天津石化公司(Company)的李涛等对红外热检测在压力容器检验中的应用进行了研究,发现压力容器在打压过程中存在明显的冷发射和热发射现象;红外成像系统所显示的压力容器热图可较准确地显示出破坏发生部位,因而可建立压力容器红外热检测系统,实现压力容器活动缺陷和薄弱区域的检测。杨伦桢等对炼油厂压力罐进行红外热检测,发现压力罐在运行后存在有疲劳损伤;在疲劳损伤区始终存在热斑迹;热斑迹随着疲劳损伤区域面积的扩展而变化;由压力罐疲劳损伤区内的热斑迹可以确定压力罐继续使用时可能发生故障的位置,为维护压力罐提供了可行方案(fāng àn)。实践中红外热检测石化设备损伤或缺陷位置的准确判定,表明红外热检测的实用性。
  石油化工工业采用的是高度自动化系统,设备管理主要采用定期大修制度。目前正在加强各种在线检测手段,(改革定期大修制度逐步向预制性维修制度过渡,而红外热检测技术可以大大促进这种过渡。
  3.4红外热检测在国内压力容器检验中的发展方向目前红外热检测在国内压力容器检验中,大多只是定性检测,定量检测在实验研究阶段居多,能应用于在线运行的压力容器不多。定量检测与实际生产结合不紧密也与红外热检测是一门综合学科有关,红外热检测涉及到传热学、物理学、数学、计算机科学等,因此在传热学、物理学的基础上,设计数学模型,充分利用计算机的计算能力,建立专家系统,对在线运行的压力容器进行长期监控,是研究的一个方向。
  在红外热检测标准方面,我国与国外相比还有一定差距,目前只有基础标准GB/T12604.9-1996无损检测术语红外检测》和应用标准GB 8174-1987设备(shèbèi)及管道保温效果的测试(TestMeasure)与评价》,在压力容器的检测方面还是空白。不锈钢储罐密封性好;密封式设计彻底杜绝了空气飘尘中有害物质和蚊虫入侵罐内,确保水质不受外界污染和滋生红虫。美国无损检测学会却己将其列为正式的特种无损检测方法之一,并己开展无损检测人员的培训和考核工作。因此,在解决红外热检测在压力容器检验应用难题的基础上,建立红外热检测行业或国家标准是研究的另一个方向。
  4结论红外热检测具有基本理论基础和精确的红外监测设备,从理论上和实践上可行。
  材料疲劳损伤过程中的红外发射是红外热检测在压力容器检验中应用的基础。
  红外热检测应用于压力容器尤其是石化行业关键设备检验具有重大的经济意义和社会意义,具有很好的发展前景。