红外检测在工业锅炉受热面结垢厚度检测中的技术要点

工业锅炉是工业生产的核心热能设备，其受热面（如水冷壁、过热器、省煤器）的结垢问题直接威胁运行效率与安全——结垢层的热阻会使受热面表面温度升高，不仅增加燃料消耗（结垢1mm可导致热效率下降2%~5%），还可能引发爆管事故。传统检测方法（如停机抽样、超声波）存在停机损失大、抽样代表性不足等缺陷，而红外检测作为非接触式实时技术，能实现大面积快速检测，但需掌握关键技术要点以保证结果准确。本文围绕红外检测在工业锅炉受热面结垢厚度检测中的核心环节展开，详解实操要求与注意事项。

检测前的设备校准与工况稳定控制

红外检测的准确性首先依赖设备校准。红外热像仪的核心参数是辐射率（ε），需根据受热面材质精准设定——碳钢（氧化后）的辐射率约0.8~0.9，合金钢（如12Cr1MoV）约0.75~0.85，若辐射率设定误差0.05，温度测量误差可达5℃~8℃。校准需用标准黑体炉（温度覆盖锅炉工作范围200℃~600℃），将热像仪对准黑体炉发射面，调整辐射率至测量值与标准温度一致。此外，镜头透射率需定期校准：若镜头积灰导致透射率衰减10%，需将测量温度乘以1.1修正。

工况稳定是检测的前提。锅炉需在额定负荷（±5%）下连续运行2小时以上，确保受热面温度场稳定——负荷波动10%会导致温度变化5℃~8℃，混淆结垢与热负荷的影响。检测前需确认给水温度、蒸汽压力、烟气温度等参数稳定，避免因工况波动引入误差。

受热面表面清洁也不可忽视。若表面有积灰、油污，其辐射率（约0.6~0.7）与金属差异大，会导致测量温度偏低。需用压缩空气吹扫受热面，清除表面附着物，确保检测面为金属或结垢层的真实表面。

热源与背景干扰的排除策略

周围环境的热辐射是常见干扰。例如，相邻受热面的热传导会使检测点温度偏高——若相邻管子温度差超过5℃，需用陶瓷纤维板隔离相邻受热面，或选择远离炉门、观察孔的区域（这些位置背景温度波动大）。炉内火焰的直接辐射也会干扰测量，需避开火焰直视区域，或选择锅炉低负荷时段（火焰强度较弱）检测。

空气中的介质吸收会衰减红外辐射。锅炉现场的粉尘、水汽（如烟气含尘量超过10mg/m³）会导致辐射能量衰减15%以上，需开启镜头吹扫装置（用干燥压缩空气）清除镜头前的粉尘，或在吹灰后1小时内检测（此时烟气含尘量最低）。

环境温度的影响需修正。若检测环境温度（如炉顶平台）超过40℃，热像仪内部温度升高会降低探测器灵敏度，需用半导体制冷保持热像仪工作温度在25℃~35℃，或记录环境温度，后续用公式T修正=T测量-(T环境-25℃)×0.5（α取0.5）消除影响。

温度场均匀性控制与检测点选择

受热面温度场均匀性是结垢厚度计算的基础——结垢层的热阻导致表面温度升高，若温度场不均匀（同一管子两端温差超过10℃），会混淆结垢与热传导差异的影响。需先用红外热像仪扫描整个受热面，选取温度标准差（σ）≤3℃的区域作为检测点（σ越小，温度场越均匀）。

检测点需避开热传导异常部位。水冷壁的弯头、焊缝处因结构变化，热传导系数比直管段高10%~15%，会导致温度异常；过热器的管卡部位因接触热阻，表面温度比相邻区域高5℃~8℃，这些部位均不能作为检测点。应选择直管段中间部位（距离弯头1.5m~2m），确保温度仅由结垢层热阻决定。

检测点数量需满足代表性要求。每面水冷壁需选择至少5个均匀区域，每个区域取3个检测点（同一管子不同位置），例如10t/h锅炉的水冷壁有80根管子，需选10根管子，每根取3个点，共30个检测点，覆盖整个受热面。

结垢厚度与温度差的校准模型建立

红外检测的核心是通过“结垢面与清洁面的温差（ΔT=T_s-T_c）”计算结垢厚度，公式为d=λ×ΔT×R/q（λ为结垢热导率，R为管壁热阻，q为热流密度）。但不同结垢成分的热导率差异大——硅酸盐结垢λ≈0.8W/(m·K)，碳酸盐λ≈1.5W/(m·K)，因此需建立针对具体锅炉的校准模型。

校准模型需通过实验验证。选取与受热面材质相同的清洁试样，制备不同厚度（0.5mm、1mm、2mm、3mm）的结垢样品（成分与锅炉实际结垢一致，通过化学分析获取），置于模拟工况试验台（q=500~1000kW/m²，介质温度300~500℃），测量不同厚度下的ΔT，绘制ΔT-d曲线，拟合数学模型（如硅酸盐结垢的模型为ΔT=12.5d+1.8）。

例如，某电厂过热器检测中，用校准模型计算结垢厚度为2mm，与实际解剖结果（2.1mm）误差仅4.8%，满足工程要求。若未建立校准模型，直接用通用公式计算，误差可能超过20%。

动态工况下的检测技巧

工业锅炉常处于变负荷运行，需引入负荷修正系数。负荷变化会改变热流密度（q与负荷成正比），因此ΔT需修正为ΔT修正=ΔT测量×(q额定/q实际)。例如，锅炉在80%负荷运行，q实际=0.8q额定，则修正系数为1.25，若ΔT测量=20℃，修正后为25℃。

负荷波动需控制在±15%以内，若超过20%，需等待负荷稳定后再检测，否则修正误差会超过10%。启动或停炉过程中不能检测——启动时温度变化率达5℃/min，热传导未稳定；停炉时结垢层与管壁的温度梯度消失，测量值无法反映真实结垢。

数据处理与误差修正

原始数据需用热像仪软件处理，提取“区域平均温度”（如10×10像素）而非单点温度，减少局部干扰（如灰尘导致的单点温度异常）。例如，区域平均温度的误差可从±5℃降至±2℃。

需去除异常值。通过温度直方图判断：若某点温度偏离平均值超过3σ（σ为标准差），则为异常值（如温度比平均值高15℃，可能是镜头积灰反射火焰辐射），需删除并重新选点。

还需修正辐射率误差。若实际辐射率（ε实际）与设定值（ε设定）不同，真实温度T真实=T测量×(ε设定/ε实际)^(1/4)。例如，ε设定=0.8，ε实际=0.85，则T真实=T测量×0.988，需将测量值乘以0.988修正。

设备参数的优化

红外热像仪的分辨率需匹配检测需求。检测小直径管子（如φ38mm省煤器管）需用高分辨率（640×480像素）热像仪，清晰显示温度细节；检测远处受热面（如炉顶过热器，距离5~10m）需用长焦镜头（100mm焦距），确保检测区域充满视场。

帧率需选30fps以上，捕捉稳定温度值——受热面温度可能有±2℃的波动，高帧率能平均波动，提高测量准确性。镜头需定期清洁（每周用专用纸擦拭），避免灰尘影响透光率。