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，並提供有關材料儲存、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. 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. 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，你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，並考慮你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，你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。