摘要：加氢裂化工艺管道中，使用的不锈钢材质为TP347，而这种不锈钢在高温高压及应力作用下易发生晶间腐蚀和氢致开裂。为了及时发现这类问题，文章对现有的超声导波、声发射、分布式光纤测温等管道监测技术进行了研究，探讨了红外热成像监测技术的可行性。并现场验证红外热成像监测技术的可靠性，为管道故障的自动诊断和预测提供重要支持。
　　关键词：加氢裂化；管道；红外热成像
　　0引言
　　加氢技术是石化工业中的关键环节之一。在特定的温度和压力条件下，重油在催化剂的作用下，通过与氢气发生加氢、裂化和异构化反应，转化为汽油、煤油和柴油等产品。这种工艺具有高轻质油收率、优良产品质量的优点[1]。
　　加氢裂化装置容易发生腐蚀为提高其耐腐蚀性，通常选用具有良好塑性、强度及焊接性能的TP347不锈钢作为加氢裂化装置的主要受压元件。然而，长期在高温、高压和氢气条件下，TP347不锈钢的直径和壁厚往往超过40 mm，这可能导致焊缝中出现局部晶间腐蚀[2]，降低其结合强度和塑性，甚至造成管道报废。加氢裂化工艺管道的工作温度范围为300～450℃,管道的外保温层较厚。在进行常规管道检测时，需要先封闭并移除该保温层，然后才能进行无损检测。因此，实现不停车在线检测成为确保TP347不锈钢管道安全的关键因素。
　　1现有的监测方法
　　1.1超声导波
　　超声导波检测是一种非破坏性检测方法，此方法可最大限度地减少保温层的拆卸，杜绝拆卸对保温层造成的损伤。
　　通过超声波探头和导杆之间的紧固夹具以及导杆和监测管道之间的焊接或夹具连接，将导杆连接到监测管道，实现导杆与被监测管道的干耦合，现场安装简单、稳定性好[3]。在长期的高温环境中监测，传统的超声导波压电换能器经常会出现去极化问题，需要永久安装波导监测装置，实现了基于水平剪切(SH)导波的管道壁厚在线监测，减少换能器重新耦合和定位所引起的误差，提高了监测的准确性和一致性可靠性[4]。然而，超声波导波技术在实际应用中有监测数据的解释高度依赖于专业人员，难以有效识别点腐蚀，对管道附件周围焊缝缺陷的检测率不高等问题。
　　1.2声发射技术
　　声发射监测技术是通过特制的声发射传感器(压电陶瓷或者光纤式)，来捕获由材料加载引发的内部损伤而产生的应力波，并将其转化为设备可采集的电信号。通过对信号的分析，可以判断出被加载的材料内部结构的损坏程度，一般用于监测各种工程装备的状态情况[5]。当前，声发射监测技术已广泛应用于压力容器、高温高压管道的在线监测。但该技术会受到外部异常噪声和电磁噪声的干扰，最后数据的分析处理需要依赖经验丰富的人员。
　　1.3分布式光纤测温技术
　　分布式光纤测温技术是一种基于拉曼散射光的温度效应进行温度测量的技术。其原理是当具有一定能量和宽度的激光脉冲注入光纤时，激光脉冲在光纤中沿光纤传播，同时产生连续向后拉曼散射光。这些反向拉曼散射光的强度会受到光纤上散射点的温度的影响，相应地进行变换。通过处理反向散射的拉曼光，可以计算出实时的温度信息。此外，还可以利用光学时域反射技术来确定温度测量点的位置[6]。
　　分布式光纤测温技术具备测量范围广泛、抗电磁干扰能力强、高灵敏度、使用寿命长、低成本以及系统简洁等优秀特点[7]，已广泛应用于热力管道监测领域。
　　然而，分布式光纤测温技术需要在管道建设的阶段沿管道铺设光纤，外界因素会对预埋的光纤的强度和韧性产生一定影响，并存在容易断裂等问题。
　　1.4负压波与流量平衡监测技术
　　当管道发生泄漏时，会导致该管道的压力下降，同时在其他位置的液体在压差的作用下流向泄漏点，也会导致这些位置的压力下降。这种压力波动的现象会从泄漏点向管道的两端传播，形成负压波[8]。在管道监测领域，负压波法具有响应速度快、定位精度高等优点。然而，单独使用负压波监测技术可能会出现误报。
　　因此，引入流量平衡法作为辅助手段来监测管道的运行状态。这种方法可以有效解决误报率高、无法实时监测管道运行等问题[9]，在一定程度上，可以解决缓慢泄漏难以监测的问题。然而它只能对已经发生的泄漏点进行动态监测。另外，受高温高压环境的影响，传感器容易发生故障，发生故障后停机和更换成本会很高。
　　综上所述，超声导波、声发射、分布式光纤测温等技术在管道监测中均存在一些问题。这些问题包括对监测数据解释的高度依赖性、难以有效识别点腐蚀、容易受外界环境干扰等。此外，这些技术的成本较高，且存在误报。因此，开发一种能快速、可靠地识别管道状态的新技术来有效替代上述监测技术，具有重要的意义。
　　2红外热成像监测技术
　　红外热成像监测技术是一种以预测性维护为目的的技术。它利用目标和测试环境之间有温度和发射率差异所产生的热对比度，来检测物体发出的红外波段信号，转换为图像，通过对图像分析，发现温度场中的异常情况，获取设备的运行状态及管道缺陷信息。
　　红外热成像技术根据被检测物体是否需要加热，分为主动检测和被动检测两种方法[10-11]：主动红外热成像技术则需要对待测物体的局部区域进行加热，使其失去热平衡，当被测区域内部温度场分布不均且处于导热过程中时进行红外检测[12]；被动红外热成像技术利用光敏元件接收被测物体自身发射的红外辐射，获取其特征信息。
　　红外热成像监测技术可以直观地监测高温管道使用过程中表面温度分布，通过建立模型可以快速检查运行条件下管道壁厚腐蚀和管道保温层的质量状况。
　　2.1红外热成像技术用于管道检验的优势
　　红外热成像技术应用于管道检验的优势如下：
　　(1)安全性。红外热成像技术在不接触管道表面的情况下检测，有效避免了传统检测方法中因接触管道表面而产生的安全隐患。
　　(2)高效性。红外热成像技术能在短时间内对大量管道进行检测，对架空管道，无需进行脚手架搭建等辅助工作，大大提高了检测效率。
　　(3)可靠性。红外热成像技术能提供大量的数据和图像信息，减少了操作人员经验误判的可能性。可以对同一管道进行多次检测，具有可重复性和可比性，保证了检测的准确性和可靠性。
　　(4)环保性。红外热成像技术不会对环境造成污染，同时也能减少对保温层的拆卸。
　　(5)适用性。红外热成像技术适用于各种类型的管道检测，包括金属管道、非金属管道、高低温管道等。
　　2.2红外热成像监测技术的局限性
　　红外热成像监测技术的准确性受到环境条件的影响。温度标定容易受被测物体的表面发射率、环境温度、风速等因素的干扰。因此在检测过程应注意几个重要影响因素，如大气衰减、环境、测温距离、物体表面发射率等，应事先做好监测方案及标定，以保证多次监测结果的可重复性。
　　目前红外热成像检测在管道检验中只做定性检测，定量检测还在实验室研究阶段，涉及传热学、数学、物理学等多门学科，需要建立模型，收集数据进行分析形成专家诊断系统。
　　3现场试验
　　采用艾睿光电科技红外热成像仪(InfiRay-S1280)对某炼化公司100万t/a加氢裂化装置高压管道进行监测，监测时气温25℃,大气衰减0.56，测温距离0.5 m，被检物表面隔热层温度30℃、管道内介质温度405℃,铝皮的表面发射率计算为0.18。具体管道参数如表1所示。

对两处管道进行扫查检测，重复扫查后确认R105出口管道存在较大的温度场变化如图1所示，疑似裂纹缺陷，明确泄漏位置，并进行停车检查。

4复核分析
　　红外热成像监测技术发现高压反应系统R105管道焊缝存在缺陷隐患，对该管道进行拆保温后排查，共计排查TP347管道焊缝206道，其中有195道焊缝无缺陷，存在明显裂纹缺陷焊缝共11道，存在表面微裂纹的焊缝缺陷共计34道。通过对这些裂纹缺陷焊缝进行机加车削，单道焊缝机加最深达到35 mm，进行PT无损检测，发现多处裂纹缺陷如图2所示。

5结语
　　通过对比发现，红外热成像监测技术能有效地检测出管道绝热层腐蚀情况、管道泄漏情况以及管道绝热层的质量状态。相比超声导波、声发射检测等技术具有显著的效率和成本优势，它具有非接触式、高安全性、高适用性、高效率等特点，能有效降低检验成本，准确检测出设备存在的温度变化区域，从而针对性地进行修复。
　　此外，目前红外热检测在国内特种设备检验中大多只是定性检测，未来需要在传热学、物理学的基础上设计数学模型，充分利用专家系统对在线运行的压力管道进行长期监测，可以为特种设备的检验提供更加准确、高效的应用前景。
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