基于红外热成像技术的泄漏检测研究

摘要

压力容器、锅炉、特种阀门以及压力管道等均需承受极端条件的温度、压力载荷，被统一归类为承压特种设备。其泄漏隐患将对经济和人民财产安全带来巨大威胁，故而承压设备在出厂前的压力泄漏检测试验环节的重要性毋庸置疑。当前的依靠人眼、压力表等简陋的方法，安全性差、效率低，在高压气泄漏检测试验中容易产生安全事故，并且现有检验仪器和系统不能实现自动化和多套并行。因此，摸索一种新型方便、经济又安全的承压设备泄漏检测方法已经刻不容缓。本文基于红外热成像技术为指导，借助红外热成像仪，对泄漏部位遥测感知，通过分析泄漏部位独有的红外特性研究了红外热成像技术应用于泄漏检测的系统设计方法与可行性。
　　本研究主要内容包括：⑴根据红外辐射基本理论以及红外热成像技术测温原理，推导了非制冷型红外热成像仪的测温模型，并针对红外热成像测温问题进行了分析讨论，建立了发射率与辐射温度、真实温度的关系曲线。⑵建立蒸汽泄漏的物理模型，在湿蒸汽模型的基础上在泄漏通道区域引入多孔介质，数值模拟蒸汽发生泄漏时模型外表面的温度分布情况;通过改变多孔介质阻力系数的大小来控制泄漏量的多少，研究了不同泄漏量下外壁面的温度分布;通过非稳态数值分析，探讨了蒸汽泄漏时的流动换热方式。⑶基于热成像仪的测温模型，建立了泄漏检测模型。提出以辐射温度为研究对象进行研究，两种不同加热方式在真实温度近似相同下，建立辐射温度点阵相减方法来消除因发射率不同带来的检测干扰，并强化泄漏的红外特性;验证红外热成像技术应用于泄漏检测的可行性;通过加工真实泄漏点、发射率高的假漏点对泄漏检测模型进行验证;借助MATLAB重新绘制辐射温度分布等温线图，并通过与可见光图像对比可准确判断泄漏点的位置。⑷根据工程实际优化改进泄漏检测系统测试原理，提出了高温高压水蒸气进行两次加热的加热方式;建立了系统工艺流程;实验验证优化改进后的系统测试原理，并进行了泄漏的半定量化分析;建立了面向对象的数据后处理系统，利用ActiveX技术实现VB语言对MATLAB的调用，完成数据处理与伪色彩图绘制。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题提出和研究意义

1．2 泄漏检测技术的发展与现状

1．2．1 常规泄漏检测技术

1．2．2 泄漏检测新技术

1．3 红外热成像技术的发展与现状

1．4 本文主要研究的工作内容

2 红外辐射基本理论及热成像测温原理

2．1 红外辐射基本理论

2．1．1 黑体红外辐射规律

2．1．2 实际物体红外辐射规律

2．2 发射率及其变化规律

2．2．1 发射率的定义

2．2．2 物体发射率的变化规律

2．3 热成像测温原理

2．4 红外热成像测温问题及分析

2．5 本章小结

3 蒸汽泄漏过程的数值模拟及分析

3．1 物理模型建立及简化

3．2 计算模型

3．2．1 湿蒸汽模型

3．2．2 多孔介质模型

3．2．3 模型验证

3．2．4 网格无关性检验

3．3 模拟结果及分析

3．3．1 稳态流动换热分析

3．3．2 非稳态流动换热分析

3．4 本章小结

4 红外热成像法泄漏检测的实验验证

4．1 建立泄漏检测模型

4．2 主要仪器

4．2．1 实验件

4．2．2 红外热成像仪

4．3 红外热成像法泄漏检测的可行性验证

4．4 泄漏检测步骤

4．5 检测结果及分析

4．5．1 法向正对目标面检测

4．5．2 与法向夹20度角检测

4．6 本章小结

5 泄漏检测系统建立及工艺流程

5．1 系统测试原理

5．2 泄漏检测系统

5．3 工艺流程

5．4 实验结果及分析

5．5 数据后处理系统

5．5．1 系统组成

5．5．2 用户应用界面的实现

5．5．3 VB调用MATLAB程序的实现

5．5．4 系统使用说明

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢