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2021年9月22日 星期三

Intelligent Thermal Imaging for Continuous, Automated Detection of Liquid, Oil and NGL Leaks

 用於連續、自動檢測液體、油和 NGL 洩漏的智能熱成像



CHEMICAL PROCESSING


熱像儀可以改善你對設備和產品的監控和故障排除。紅外線 (IR) 攝影機可以補充或取代傳統技術,並提供有關材料存、設備熱損失、產品水分含量等方面的見解。

例如,工廠通常使用液位指示器,來監控儲罐內有多少材料。然而,許多站點越來越多地轉向使用紅外線攝影機,來做同樣的事情。他們希望避免液位計的錯誤指示 - 以及由此產生的產品用完的風險,或者更糟的是,本應為空的儲罐裝得過滿。正如美國前總統雷根所說:

「可以信任,但要驗證。」

典型的熱圖像顯示容器的內容,並提供內部材料的量化驗證。使用者透過將他們的材料和物理學知識,應用於他們使用成像器看到的熱差異,可以推斷出儲罐中的液位。圖 1 清楚地顯示了液位,因為罐包含兩種不同的材料:頂部空間中的液體和空氣。

圖1

圖 1. 熱圖像清楚地顯示了儲罐內的液位。

由於人為演繹因素,考試的意義取決於個人的知識和所需結果的類型。

熱循環

位於外面的儲罐進行熱循環。在白天,它們及其內容物會從太陽和空氣,以及可能發生的任何加工過程中吸收熱量。在夜間,它們將熱量釋放到周圍的空氣中。這種熱循環,和所涉及材料的不同熱容量,會影響熱像儀測量產品水平的準確程度。

未絕緣的儲罐(如圖所示)具有高導熱性。隨著夜幕降臨,頂部空間開始快速冷卻,而液體體積冷卻得慢得多。這使得液體和頂部空間之間的熱梯度,很容易透過熱成像儀顯現出來。通常,一天中的溫差最大兩次 —— 一次在早上,一次在晚上。

在其他時候,由於頂部空間中的液體和空氣,可能接近相同的溫度,因此可能無法使用熱像儀清楚地辨識液位。白天太陽光的反射,也會使觀察熱差異變得困難。

當然,儲罐可容納液體以外的材料。幹散裝材料傾向於堆積在兩側,並且水平非常不均勻。熱像儀使你能夠看到這些不規則性(圖 2)。此外,許多液體含有顆粒,可能會沉澱在罐內,形成一層沉積物。該層通常具有與液體不同的熱特性,因此通常可以透過成像來辨識

圖2

圖 2. 攝影機可以顯示罐內散裝固體的高度不規則水平。

了解儲罐的構造很重要。許多儲罐具有低發射率的閃亮金屬表面或隔熱壁,這使得觀察內部熱差異,變得困難或不可能。在評估熱像儀似乎告訴你的資訊時,了解這些因素非常重要。謹慎使用並應用知識!

例如,查看反應器圖像(圖 3)。色溫條表示深藍色約為 95℉,刻度頂部的紅色超過 200℉。注意蓋子位於容器上的深藍色,顯然很酷。我們真正看到的是,在這個原本塗漆的容器頂部周圍,有一個非常低的不銹鋼輻射環。塗漆部分具有更高的發射率。裸露的不銹鋼,實際上與其接觸的塗漆部分,處於相同的溫度 —— 超過 160°F,足以嚴重灼傷皮膚。

圖 3

圖 3. 除非理解,否則不同的材料和表面塗層,可能會產生誤導。

檢查其他設備

當然,由於熱交換器具有不同溫度下的流的特性,因此適合進行熱成像。紅外線熱像儀可以診斷任何熱交換器的問題。

熱成像還可以處理更廣泛的過程故障排除。例如,一位工藝工程師很難確定,為什麼流的溫度低於預期。當他在外部對流體進行採樣和測量時,它具有適當的溫度。

熱電偶安裝在不銹鋼管線中,用於監測流體的溫度。由於管道全是不銹鋼,材料表面反射性太強,無法用熱像儀直接觀察液位。因此,為了提高發射率,以允許使用相機,工程師在安裝熱電偶的管道區域,周圍貼了一些黑色電工膠帶。

熱像儀顯示,管道中充滿了不到三分之一的液體。熱電偶幾乎沒有與流體接觸,導致溫度測量錯誤。蒸汽鎖產生了不需要的頂部空間。

使用攝影機檢查熔爐和烤箱的熱損失,是相當明顯的。然而,熱成像也可以為冷卻設備提供見解。例如,用於從熟肉餡餅中,去除熱量的新工藝冷凍機,在其外表面上顯示出許多冷凝區域,表明牆壁中的隔熱系統存在空隙。製造商在冷凝物所在的冷凍機金屬側壁上鑽孔,試圖找到空隙但沒有成功。外部冷凍室壁是拋光不銹鋼,具有很強的反光性。熱像師擦乾冷凝區域,在上面貼上黑色膠帶,然後使用攝影機確定最冷的位置。他能夠鑽 2 英寸。在絕緣空隙的確切位置開孔(圖 4)。

圖 4

圖 4. 以其他方式難以精確定位的絕緣層成像精確空隙

更廣泛的功能

如果你了解材料和過程的光譜和熱動力學,可以使用熱像儀分析更多的東西,而不僅僅是溫度。首先考慮材料的熱性能,如何以不同的方式表現出來

例如,成像通常是檢查從化學品到食品,固體產品水分含量的好方法。考慮一條餅乾烘烤線,其中相當均勻的大量產品通過烤箱。從烤箱中出來時,含有較多水分的餅乾看起來更暖和,而含有較少水分的餅乾看起來更冷,因為更多的水分會轉化為較慢的環境冷卻。熱像儀可以觀察烤箱的熱區,並繪製產品的水分分佈圖(圖 5)。

圖 5

可以使用紅外分析儀直接測量表面水分含量。當光線照射到表面時,水分會吸收 1.8 微米範圍內的紅外線輻射。因此,IR 吸光度與實際的表面水分相關。

今天,限制應用的是人的能力,而不是設備。熱像儀正迅速變得更加經濟和易於使用,但相機的好壞取決於使用它的人。

花時間檢查你的工藝,了解你的材料,並考慮希望評估的屬性與熱特性之間的關係。然後,有了完整的圖片,就可以充分利用熱成像儀。



發射率基礎知識

所有物體都會發出 IR(熱)輻射。輻射強度取決於材料表面的溫度和性質。在給定溫度下,發射率為 1 的物體,將提供完美的或所謂的黑體輻射。當然,在現實世界中,沒有完美的散熱器,材料會產生較低的輻射率。當熱像儀觀察到真實物體的熱輻射時,它所看到的一部分是從物體表面反射的,一部分是由物體發射的,還有一部分可能會透過物體。



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