紅外熱成像技術在LNG 儲罐珍珠巖補填過程中的應用與實踐

李強

（中石油大連液化天然氣有限公司，遼寧 大連116000）

1 紅外熱成像技術介紹

1.1 紅外熱成像技術檢測原理

紅外熱成像技術可以把由物體所產生的紅外輻射用可見光的圖像的形式顯示出來，在一個平面上顯示物體的各個部分所產生的紅外輻射的強弱。紅外線檢測物體表面溫度分布的變化，熱流注入是均勻的，對無缺陷的物體，正面（受陽光面）和背面（背陽光面）的各自溫度場分布基本上是均勻的，如果檢測對象內部存在缺陷，在缺陷處溫度分布將發生變化[1]。

此次檢測LNG 儲罐為例，罐內存儲著溫度約為-160℃的液化天然氣，罐外為自然環境。內罐壁為耐低溫鋼，外罐為預應力鋼筋混凝土（內壁有碳鋼襯板），內外罐壁之間環隙空間為保溫層。由于罐內外存在著溫度差，當保溫層缺失時，會存在明顯的熱傳遞現象。保溫效果差的區域，熱量傳遞速度較快，其表面溫度低，對外輻射的紅外線能量少，從拍攝的紅外熱圖像上表現為低溫區，保溫效果好的區域，熱量傳遞速度較慢，其表面溫度高，對外輻射的紅外線能量多，從拍攝的紅外熱圖像上表現為高溫區。

保溫層狀況的差異性形成罐壁表面的溫度分布差異。紅外熱成像儀就是通過獲取被拍攝儲罐罐壁表面的紅外輻射能量，繪畫出其溫度分布狀況，形成罐壁表面的具有溫度分布信息的紅外熱圖像照片。需要說明的是紅外熱成像要求天氣狀態良好、能見度較高時進行，如果條件允許, 盡量在夜間檢測以提高檢測準確度[2]。為減少以上因素干擾，本次現場檢測后的數據分析主要參考的是外界條件基本相同的相鄰區域的相對溫差，減小環境影響。

1.2 紅外熱成像儀標準

本次檢測采用的紅外熱成像儀為美國進口的FLIR 紅外熱成像儀T420，該儀器操作簡單，成像質量高，軟件處理功能強大。檢測依據參考CECS 204:2006《紅外熱成像法檢測建筑外墻飾面層粘貼缺陷技術規程》和JGJ/T 277-2012《紅外熱成像法檢測建筑外墻飾面粘結質量技術規程》。

具體參數如下：

表1 紅外熱成像儀技術參數

1.3 紅外熱成像儀檢測方法

在儲罐外壁25 米以上的距離進行儲罐外壁360 度熱成像掃描，以1#填充口為起點，按照填充口序號1-2-3-4-5～48 號的順序依次對每個填充口進行拍照[3]（需有一人站在拍照的填充口處用標尺根據熱成像儀上顯示的溫差位置標示出每個填充口的下沉高度）。如圖所示：儲罐外壁周長263 米，選取48 點拍照，可以覆蓋全部橫向區域。

圖1 紅外成像監測點布置示意圖

圖2 T-1202 儲罐珍珠巖填料口分布圖

2 紅外熱成像技術測算LNG 儲罐珍珠巖下沉高度

以LNG 儲罐T-1203 為例，由于儲罐珍珠巖不均勻下沉[4]，因此平均分為八個檢測區域，通過紅外熱成像檢測每個分布區域溫度最高值和最低值，根據溫度檢測結果，現場實際測量LNG 儲罐結霜最高點和最低點高度。再依據結霜高度的平均值，得出LNG 儲罐珍珠巖下沉平均高度。

圖3 紅外熱成像檢測LNG 儲罐溫度

圖4 LNG 儲罐珍珠巖下沉高度測量

通過以上數據的統計和計算得出T-1202 儲罐珍珠巖平均下沉高度為6.7 米，某接收站三座LNG 儲罐珍珠巖下沉高度基本一致，為補填珍珠巖用量的計算提供重要依據。

3 LNG 儲罐補填珍珠巖用量的計算

根據LNG 儲罐珍珠巖下沉高度，分別計算①、②、③、④部分珍珠巖體積（如圖4 所示）。

圖5 補填珍珠巖區域分布圖

其中，①區域珍珠巖體積計算公式為：

②區域珍珠巖體積計算公式為：

③區域珍珠巖體積計算公式為：

④區域珍珠巖體積計算公式為：

根據計算公式和珍珠巖填充量數據統計表得出單個LNG儲罐補填珍珠巖用量是2758.51m3，而實際填充量是2700m3左右，兩者相差無幾，因此借助紅外熱成像技術可以精確計算補填珍珠巖用量。

4 珍珠巖補填前后熱成像數據分析

根據補填前后熱成像效果圖可以明顯看出，補填后儲罐保冷性能明顯提高。從補填前后溫差分布圖中可以得到，補填前平均溫差為4.9℃，補填后平均溫差為1.19℃。補填后出現個別溫差較大也是由于儲罐壁上的青苔在珍珠巖在線補填完成后逐漸失去所需養分（水份）導致青苔開始干化，干化后的青苔顏色呈黑色吸收熱量較多導致溫差偏大，屬于正常現象，滿足補填要求。

表2 LNG 儲罐紅外熱成像檢測溫度及珍珠巖下沉高度統計表

表3 珍珠巖填充量數據統計表

圖6 珍珠巖補填前后熱成像效果對比圖

圖7 補填前后溫差分布圖

5 結論

本片論文主要介紹紅外熱成像技術，通過紅外熱成像技術在LNG 儲罐珍珠巖補填過程中的應用與實踐，可以測算珍珠巖下沉高度，精確計算補填珍珠巖用量，檢測珍珠巖保冷層保冷效果。某接收站LNG 儲罐珍珠巖補填完畢后，儲罐外觀局部結霜現象逐漸消失，儲罐BOG 蒸發率測試合格[5]，降低儲罐運行能耗，保證LNG 接收站安全平穩運行。