红外热成像技术在真空绝热容器定检中的应用

戚 振* 程和新

（泰安市特种设备检验研究院）

0 引言

真空绝热压力容器是化工行业中常见的低温储存容器，主要用于液氮、液体CO2、液氧、液化天然气等介质存储和运输过程。与一般的压力容器相比，真空绝热容器主体由内胆容器和夹套部分组成，真空绝热空间内填充了真空粉末、多层绝热材料等介质，可实现低温容器的保冷效果。真空绝热容器的内部构造比较复杂，在运行过程中无法通过人孔或检查孔对设备内部进行检验，仅仅通过外观宏观检验无法准确判定夹层、阀门、管路等部件的密封性安全有效。本文结合红外热成像技术，对真空绝热容器定检过程中存在的隐患进行了勘测，有助于提高实际工程应用中检验的全面性和有效性。

1 真空绝热压力容器简介

1.1 结构简介

真空绝热压力容器是由储液内容器和维持真空绝热空间的外壳组成，并且包含完整的安全附件、仪表装置以及满足操作要求的系统，应用于存储冷冻液化气体的压力容器[1]。在存储过程中的液化气体临界温度一般不高于-50 ℃，常见液化气体工作温度如表1所示。

表1 常见液化气体工作温度

真空绝热压力容器绝热方式主要包括高真空多层绝热、真空粉末绝热及真空复合绝热。在定期检验工作中较常见的为真空粉末绝热压力容器，该类设备具有夹套内密闭空间，填充多孔微粒绝热材料（如珠光砂）并抽真空形成绝热。

1.2 检验简介

目前定期检验中的常规检测项目主要包括资料审查、宏观检验（结构、外观、几何尺寸等）、壁厚测定、真空度测量（未加装 真空测试装置，必要时需对设备日蒸发率进行测量）、无损检测（磁粉/射线）、安全附件检查（安全阀、爆破片等）。由于真空绝热容器的构造较复杂，容器内部无法进行常规检验，并且常规的无损检测只能局限在夹焊缝和接管角焊缝部位，检测意义比较局限性。为了更加有效并且全面地对真空绝热压力容器进行无损检测，借助红外热像仪作为补充检验手段是十分有必要的。

2 红外热成像原理

高于-273.15 ℃（绝对零度）的物体，都在向外辐射红外线，这是一种波长范围为0.78～1 000μm的电磁波。红外热成像技术可以由点到面接收物体的电磁波辐射[2]，显示整体结构的温度分布情况，并且该技术将物体的温度分布转换成直观的图像形式。目前市场上的热成像系统，一般能接受7.5～14μm波长的红外线，温度测量范围为-40～1 200 ℃，测量精度为±1.5%。采集镜头能将设备场景重现到微测辐射热计阵列，热成像系统的镜头将热辐射重现到探测器元件，探测器元件通过吸收热辐射的方式对阵列温度变化情况进行分析，从而显示出物体表面温度的分布及变化，最终得出温差分布和温度梯度变化的情况。

另外，固体材质存在热弹性效应[3]，当材料或构件本身受到拉伸载荷时，物体内大谐振子的能量会降低，释放能量使固体温度降低；当材料或构件承受弹性压缩载荷时，物体本身的能量会增大，导致物体温度升高。由于压力容器受到自身结构、焊接条件、工作压力等因素影响，材料内部产生线弹性应力变化，从而引起温度变化。另外，当设备内存在缺陷（如裂纹、未焊透等）导致应力集中时，也会产生温差变化。通过红外热成像技术显示其温差变化，从而更具针对性地对缺陷部位进行检验，排除安全隐患。

真空绝热容器内胆液化气体温度较低，在夹层内部绝热空间完好的情况下，设备整体温度分布均匀，不会存在较大的温差。但是当设备内部绝热层、管路系统或阀门等出现泄漏或真空度降低等情况时，红外成像设备会出现温差显示，从而发现隐患部位，为定期检验工作提供参考。

3 红外热成像技术的应用

在真空绝热压力容器的运行过程中，液化气体和周围环境存在巨大的温差，在贮存过程中存在冷量损失，夹层绝热空间保温效果对内胆液化介质汽化损失有重要影响[4]。当保温效果良好时，红外热成像显示的温度分布均匀，不会存在较大的温度变化。根据红外热成像技术可以将真空绝热压力容器分成四个检验部分：（1）对容器的壳体结构进行整体检测，查找温差异常的部位；（2）对容器焊缝丁字口、接管角焊缝、封头过渡段等应力集中部位进行局部检测，观察温度波动情况；（3）对容器底部接管法兰、阀门等密封部位进行检测；（4）对容器管路系统进行检测，观察温差变化情况。通过以上步骤找出温差异常的位置，估算该部位的面积，结合设计图纸等资料分析产生温差的具体部位及原因，结合定期检验中的检验方法，对缺陷进行定位和定性分析。

4 检验过程中的问题

（1）采用珠光砂保温的设备，常会由于施工质量无法保证和维护工作不到位等原因，导致珠光砂装填量不足、珠光砂粉化、干燥处理不完善等问题[5]。在使用过程中，由于设备真空度下降和珠光砂粉化及沉降，导致保温效果降低的问题，可以通过红外热像仪进行有效勘测，并且出现问题部位会呈现出颜色较深的现象。上述问题在实际工业应用中经常出现在立式容器的顶部位置（封头与筒体环焊缝以下部位）。

（2）真空绝热设备底部管路较多，周期运行存在温差变化，可能导致管路保温性能下降和气体泄漏，红外热像仪可根据气体泄漏时引起外界环境温度变化情况来探测管路的密封性能。针对管路保温层的破损情况和减薄现象，可通过热像仪发现冷量释放区域，从而采取措施，减少能量浪费，保证工艺温度。

（3）对真空绝热容器罐体外部的阀门、阀芯、法兰等连接处进行外观常规检测时，很难发现表现在密封面接触部分的前期渗漏，通过热像仪可以清晰观测到细微的温度变化，避免设备内部介质对人员、环境造成伤害。

5 总结

采用红外热成像技术作为真空绝热容器定期检验工作的辅助检测手段，可以更加全面和有效地对真空绝热设备整体结构进行检测，弥补了常规无损检测的不足，在实际工业应用中可以有效地发现泄漏、跑冷、缺陷等问题，确保设备安全运行，避免设备内部介质对人体、环境造成伤害。