毕新忠 张建国 吕书栋

【摘 要】红外热像仪能够检测设备表面不同温度红外波长而形成热图像，可以直观有效地显示油水罐、分离器的物位以及各种电气设备的运行状况。其具有非接触式、利用率高、安全性强、检测准确、操作便捷等诸多优点。因此，使用红外热像仪进行站库装置设备检测是一种可行的手段。

【关键词】油田；站库；红外成像；检测技术；研究与应用

国内对油水罐运行状态评价主要通过对生产运行参数的检测，凭经验进行分析评价。对罐底集泥、内部零部件运行状况等没有直接有效的检测手段，给日常生产带来了很大的影响。目前联合站现有技术无法检测油水罐、分离器等底部集泥情况，加剧了内部构件、填料等腐蚀，影响设备使用寿命和运行效果；无法检测油水罐罐壁、管线等结垢腐蚀情况，发生穿孔泄漏等问题；无法检测电器设备运行情况，造成设备发热烧毁，缺乏有效检测手段与工具。因此，研究使用红外热像仪进行站库装置设备检测是当务之急。

1.红外成像检测原理

自然界中的一切物体由于物质分子热运动，所有物体都会发射电磁波，两物质系统之间或系统内部内能的传递称为传热。传热有三种方式：传导、对流和辐射。根据能量守恒定律，景物与环境之间所发生的热传递应遵从热平衡方程如下式所示：

g+jcnv=qcnd+qcnv+M

式中：g—物体自身发热；jcnv—物质从环境吸收的热量；qcnd—物质通过传导释放的热量；qcnv—物质通过对流释放的热量；M—物质通过辐射释放的热量。

只要物体的温度高于绝对零度，那么该物体总是在不断地发射红外辐射，就有一部分热能转变为辐射能。对常温物体，辐射是主要形式。任何物体，不论其温度高低都发射或吸收电磁热辐射，其大小除与物体材料种类、形貌特征、化学与物理学结构（如表面氧化度、粗糙度等）特征有关外，还与波长、温度有关。红外热像仪就是利用物体的这种辐射性能来测量物体表面温度场的。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律[1]。

W=εσT4

式中：σ—斯蒂芬-波尔兹曼常数；ε—待测物体表面发射率系数；T—待测物体表面的温度；W—物体表面总辐射强度。

因此，不同物体具有不同的温度和发射系数，热像仪接收来自物体的辐射，便可测定物体表面的温度场分布。

2.红外热像仪结构与型号选择

红外热像仪是能够实现热成像测温的精密仪器，它是红外热成像测温的核心设备，因此将能生成红外图像的红外成像系统，称为红外热像仪。红外热像仪是一种二维平面成像系统，热像仪中具体实现由红外光变成电信号、又由电信号变换可见光的转换功能，这是由热像仪的内部组成部件完成的。红外热像仪主要由光学系统、扫描器红外探测器、信号处理电路和显示记录装置等几部分组成。

（1）光学系统。红外光学系统的作用是会聚被测目标的红外辐射，经过光学和空间滤波，将景物的辐射热图聚焦到探测元件的焦平面。

（2）信号处理。在热像仪中，红外探测器输出的信号非常微弱，只有通过充分放大和处理后才能加以显示，因此信号放大和处理电路是热成像装置中的重要组成部分。

（3）显示方法。①光源显示法：视频信号经放大与处理后，其输出信号直接驱动发光二极管、等离子显示板或辉光放电管等光源，使之显示出目标表面红外辐射能量分布情况。

②电视屏幕显示法：把经放大和处理的信号输入到电视显像管中，在荧光屏上便显示出目标的红外图像。对于黑白显像管，将显示出明暗不同的黑白图像，所呈现的不同灰度等级，代表着不同温度。对于彩色显像管，视频信号经分层和编码处理后，输入到管中，其荧光屏上便显示出目标的彩色图像。

油田站库设备体积较大，因此对热像仪的精度要求不严格，所国内生产的红外热像仪同样可以满足现场要求，结合油田需求，确定了手持式热像仪和在线式热像仪。考虑到性能、需求等因素，结合现场设备布置情况，确定了红外热像仪的型号，选择型号为C300手持式热像仪，型号为R30在线检测热像仪，如图2。

与动态热像仪主机连接的安装有动态温度流软件的计算机，可同时实现多任务的并行处理，例如实现动态热像显示，任意区域的实时温度趋势分析、实时温度流数据连续存储。分析软件涵盖了所有常规功能，例如分析框设置、采样帧频、抓图功能、报告导出功能、伪彩设置、框温度分布、区域温度分布、游标调用、报警设置、等温分析。

3.现场技术研究与应用

（1）油水罐与红外成像关联技术研究。开展油水罐不同运行状况模拟和红外成像技术研究。油水罐内部不同构造、罐底泥沙不同高度等状态下，利用红外成像技术，建立罐内温度分布数学模型。利用红外成像技术和温度数学模型，直观地掌握油水罐运行状况，实现科学高效的站库运行管理。

（2）开展电气设备隐患和红外成像技术研究。利用红外成像技术，建立电气设备运行状态检测数据库。利用数据库对电气设备运行中的隐患进行事先预警，避免故障发生。

（3）开展设备、管道腐蚀、泄漏等隐患排查和红外成像技术研究。利用可视化成像技术对设备管道施工质量、腐蚀或结构完整性评估预警，形成管道监控数据库，实现有效地预处理。

（4）开展集输站库热成像技术影响因素研究。对保温油水罐以及油水温差较小等印象因素进行研究，对电气设备导热不同等印象热成像技术研究。

（5）开展油田集输站库专用成像技术软件开发研究。

依据数据模型、热成像数据库，进行油田集输站库专用热成像技术软件开发，应用于油水罐、三相分离器、加热炉、电气设备等，实现热成像技术的录入、数据转换、数据生成、数据分析、监控结论、处理方案功能。

（6）对油田集输站库专用热成像技术软件开发的应用试验再改进。

4.结论

本文论述了红外热成像原理，红外热像仪的结构、型号等特点以及项目内容。红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。通过研究选择了适用于现场的热像仪，选择型号为C300手持式热像仪，型号为R30在线检测热像仪。

结合红外热成像技术，对站库有水罐装置、电气设备等进行热成像技术研究，利用红外热成像技术去检测罐体设备内物位变化、电气设备发热情况以及设备腐蚀情况等，及时掌握集输站库设备的运行状况，编制红外热图分析软件和数据库，利用分析软件和数据库对站库装置设备运行状况进行提前预警，形成集输站库红外成像测试、分析和预警专有技术，有效提高油田集输站库安全经济运行水平。

【参考文献】

[1] 劉晖，陈国华.红外热像检测技术在石化工业中的应用[J]. 石油化工设备， 2010，39（01）：47-53.