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節能監測是節能主管部門在依法實施節能監督過程中，委托節能監測機構，依據國家有關法規和技術標準，對能源利用狀況進行監督、檢測以及對浪費能源的行為提出處理意見等活動的總稱。節能監測工作的一個重要內容是對用能設備的能源利用狀況進行測試。中國海洋石油總公司節能減排監測中心自成立開始，就利用熱像儀對石化企業和海上油田、氣田的用能設備，尤其是鍋爐、加熱爐、熱力管道、空調機組、供配電設備等，開展了測試工作，并積累了一些經驗，本文主要就紅外熱像技術在節能監測中的應用作初步探討。

1紅外熱像技術的原理

任何溫度高于絕對零度的物體，由于自身分子運動而向環境輻射紅外線。紅外線和可見光同屬于電磁波，可見光的波長在0.38-0.78微米之間，紅外線的波長在0.78-1000微米之間。紅外線波段可以進一步劃分為：近紅外波段（0.75-2.5微米）、中紅外波段（2.5-25微米）、遠紅外波段（25-1000微米）。物體紅外輻射的能量大小和波長分布與其表面溫度密切相關，因此測量物體紅外輻射的能量，就能準確測量物體表面溫度和表面的溫度場分布情況。紅外熱像技術在定性和定量測溫方面具有諸多優點，近年來已逐步應用于節能監測、設備運行狀態檢測的領域。但由于紅外熱像儀器價格昂貴，導致其應用還不很普遍。

2紅外成像測溫的幾個特點

紅外成像技術具有以下幾個特點：

2.1測溫響應時間短傳統的測溫儀器如熱電偶等響應時間為秒級，而紅外成像測溫響應時間為毫秒級，近似實時反映溫度的變化；因此可用熱像儀快速、全面掃描被測物壁面，捕捉快速移動的目標，或準確把握溫度場快速變化的情況。

2.2非接觸測量紅外成像測試利用紅外輻射測量熱設備的溫度場，不接觸熱設備壁面，不會破壞其溫度場，因而可獲取更為精確的熱損失數據；另外，紅外成像技術還可以測試不易攀爬的物體，處于對人體有害場所的物體，使操作者遠離危險。

2.3測量結果形象直觀熱像儀可以將被測設備的溫度場以彩色圖像的方式實時、形象的反映出來，并利用等溫線、溫差、線溫分布圖等工具進行分析，準確把握溫度場的分布情況。

2.4測溫范圍寬單臺儀器即可完成-40℃至2000℃之間溫度的測試，并且測溫精度可達±1℃。

2.5大氣、煙霧或火焰等可吸收近紅外線但是3-5微米和8-14微米的紅外線可以透射。因此在無光、煙幕或火焰等場所，也可利用紅外成像技術進行測試。例如運行狀態時鍋爐或加熱爐的爐管檢測。熱像儀可以做定性分析，也可以做較精確的定量分析。

3紅外成像測試的幾個重要影響因素

3.1輻射率根據史蒂芬—波爾茲曼定律，物體向外輻射能量的大小，取決于物體表面的溫度和輻射率。因此正確的獲取物體的輻射率，是測取物體準確溫度的關鍵因素之一。在實際操作中，部分操作人員直接根據物體表面材質，查輻射率表后直接輸入儀器，這種做法在定性分析如檢測保溫損壞部位時，部分場合影響不大；但是在定量測取溫度時，就會有較大偏差。例如，鍋爐、加熱爐或熱力管道保溫外壁為鍍鋅板時，隨其氧化程度、表面附著污垢情況不同，輻射率偏差較大，這種情況下測得的溫度與實際偏差可達幾十攝氏度。如圖1所示熱力管道，左側為輻射率取值為0.96（氧化層較厚），溫度值為95.4℃；右側輻射率取值為0.04（表面光亮），溫度為154.9。

3.2反射表象溫度表象溫度是紅外熱像儀測得的未經任何修正的讀數，包含了所有的入射輻射。反射表象溫度是指所有通過被測物體反射后進入熱像儀形成的表象溫度。對于高輻射率的物體，表象溫度接近于被測物的真實溫度；而低輻射率的物體，表象溫度會接近于與周圍環境的的表象溫度。因此對于輻射率較低，但其反射的對象的溫度較高時，該溫度的正確設置尤其重要。例如被測物為外壁光滑的非氧化金屬板材（典型的完全不透明但輻射率較高材料，輻射率最低可至0.05；而氧化層較厚的金屬材料，輻射率可高至0.95），周圍有溫度明顯高于被測物的物體；此時熱像儀測得的輻射能既包括被測物的輻射能，也包含了被測物反射的高溫物體發射的輻射能。這種情況下，如未對反射表象溫度進行修正，測得的溫度值將出現較大的偏差，甚至導致完全錯誤、乃至荒謬的評價結果。

3.3其他影響因素除輻射率和反射表象溫度對測量結果有重大影響外，距離、環境的相對濕度、大氣溫度等因素也影響著測量結果的準確度，上述項目的數值也應該經其他儀器測定后，輸入熱像儀，由熱像儀根據測試原理計算修正。

4紅外成像在節能監測中的典型應用

4.1加熱爐、鍋爐節能監測傳統的加熱爐、鍋爐熱損失檢測方法是利用點溫計或熱流計進行測試：方法一：在爐體外壁選取部分部位，利用測溫儀表（如FLUKE54II數字測溫儀），使其測溫探頭接觸需測部位，測得溫度值，再做計算得出散熱量。方法二：在爐體外壁選取部分部位，利用熱流計測量，將其探頭貼合需測設備的表面，直接讀取熱流量，再計算該區域的散熱量。上述兩種方法均需與被測物直接接觸，操作人員距被測物1米以內，對測量準確性有以下幾個不利影響：直接接觸測量，破壞了被測物的溫度場；測試人員與被測物距離較小，影響被測物的流場，影響其對流換熱強度，因而計算壁面平均溫度和熱損失時誤差較大。另外，點溫計和熱流計均屬點式檢測，對于某些大型設備，可能漏檢高溫點，對某些位置較高難以接觸部位難以檢測。紅外成像儀測量是一定距離內的非接觸式測量，可完全避免上述不利影響。利用熱像儀可快速掃描整個爐體，并將圖像存儲于機身存儲卡內，再利用專業軟件進行分析。這樣既可得到爐體的溫度場分布情況，為計算散熱損失提供數據支持；又可以直觀的發現保溫缺陷部位，避免漏檢情況(圖2為某石化公司的大型加熱爐對流室的熱成像圖，保溫缺陷部位明顯)。另外，某些特殊型號的熱像儀還可以透過火焰和煙氣，在不停爐的情況下檢測加熱爐內爐管是否結垢或由于磨損變薄，為加熱爐的節能、高效和安全運行提供科學依據。總之，熱像儀應用于加熱爐監測，無論故障診斷、檢修，還是技術改造，均可提供嚴謹的數據支持。

4.2管道節能監測企業輸送蒸汽、原料或產品的熱物流管道，通常利用保溫材料包裹，以減少有效熱量向環境的散失。隨著運行時間增長，管道保溫層一些部位隨之老化、失效。而上述管道多為架空敷設，常規巡查方法操作不便；對距離較長的管道保溫失效部位難以及時發現。而利用熱像儀，就可以快速檢測整條管道，避免遺漏。另外，如果管道結垢或由于磨損管道變薄，由于結垢或變薄部分導熱系數會顯著減小或增大，熱像儀也可檢測出這種差異，及時預警，避免能源的浪費、事故的發生。

5總結

工業企業中許多關鍵設備運行在較高的溫度范圍，其運行狀態的是否優良以及經濟性均和保溫性能直接相關。保溫失效將增加設備的散熱損失、增加能源消耗、推高產品成本，甚至造成設備的損壞乃至整個生產線停車，裝置的啟停造成能源的極大浪費。因此保證裝置長周期運行也是節能降耗的重要舉措。紅外成像技術應用于節能監測工作中，可以全面、準確、高效的對相關設備進行節能評價，特別是使得對大型設備保溫狀況全面評價成為可能。紅外成像技術還可以及時預警設備故障，為工業設備的安全、節能高效、長周期運行提供了技術保障。