紅外熱像儀在消防中的作用

紅外熱像儀在消防中的作用

在大面積的森林中，火災(zāi)往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。這是毀滅性火災(zāi)的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災(zāi)苗頭。 然而用飛機(jī)巡邏，采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，把火災(zāi)消滅在最初。 加拿大林業(yè)學(xué)院早在1975年就開始進(jìn)行森林防火試驗(yàn)，從飛機(jī)上檢查尚未起燃地潛在火源，加拿大森林研究中心利用直升飛機(jī)采用AGA750便攜式熱成像儀，在一個(gè)火災(zāi)季節(jié)中發(fā)現(xiàn)15次隱火。 谷物糧倉往往會發(fā)生自燃現(xiàn)象，這種自燃現(xiàn)象往往時(shí)間長、來勢猛、損失大。目前一般采用溫度計(jì)測量其糧倉地溫度變化加以防范。采用熱像儀可以準(zhǔn)確判定這些火災(zāi)的地點(diǎn)和范圍，做到早知道早預(yù)防，早撲滅。采用熱像儀方便簡單，速度快，撲滅及時(shí)。

紅外熱像儀還可以用來探測電氣設(shè)備的不良接觸，以及過熱的機(jī)械部件，以免引起嚴(yán)重短路和火災(zāi)。
1980年至1983年四年中，我國利用自制的熱像儀對華北電力網(wǎng)內(nèi)的20座發(fā)電廠、8座變電站和24條高壓線的10000多個(gè)插頭進(jìn)行了過熱檢查，發(fā)現(xiàn)不正常發(fā)熱點(diǎn)500多處，嚴(yán)重過熱為100處，由于及時(shí)處理，未發(fā)生火災(zāi)事故。

在國外，美國保險(xiǎn)公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在所有電氣設(shè)備隱患中的25%以上是引發(fā)火災(zāi)的主要原因，都是由于插頭接觸不良引發(fā)的，所以美國國家防火協(xié)會的《電氣維修手冊70B》規(guī)定，在任何電氣插頭按照規(guī)定的力距被緊固之后，只要這個(gè)力矩值不變化，以后就不應(yīng)當(dāng)再進(jìn)行緊固。所以制造良好，安裝正常的電氣插頭，根本不需要定期緊固，只有發(fā)現(xiàn)其功能異常和其過熱才要去處理。
對于所有可以直接看見的設(shè)備，紅外熱成像產(chǎn)品都能夠確定所有連接點(diǎn)的熱隱患。對于那些由于屏蔽而無法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳導(dǎo)到外面的部件上的情況，來發(fā)現(xiàn)其熱隱患，這種情況對傳統(tǒng)的方法來說，除了解體檢查和清潔接頭外，是沒有其它的辦法。斷路器、導(dǎo)體、母線及其它部件的運(yùn)行測試，紅外熱成像產(chǎn)品是無法取代。然而紅外熱成像產(chǎn)品可以很容易地探測到回路過載或三相負(fù)載的不平衡。

美國MAI公司對許多已經(jīng)進(jìn)行過一般電氣預(yù)防性設(shè)備做紅外熱成像產(chǎn)品檢查，發(fā)現(xiàn)其中不少已接受過維修的設(shè)備仍然存在電氣故障。例如一個(gè)重要電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，這個(gè)公司對其電氣設(shè)備每兩年進(jìn)行一次停電維修。在這停電運(yùn)行期間，進(jìn)行設(shè)備清掃，對所有連接點(diǎn)緊固和斷路器的跳閘試驗(yàn)。并對高、低壓開關(guān)裝置安裝進(jìn)行測試。在傳統(tǒng)維修之后進(jìn)行的紅外熱成像產(chǎn)品檢查，仍然確定了一些隱患。在不同設(shè)備上發(fā)現(xiàn)的嚴(yán)重隱患有19個(gè)，一般隱患有179個(gè)。這些嚴(yán)重隱患是指被測設(shè)備的表面溫度超過NEMA或UL的最大設(shè)計(jì)溫度。大多數(shù)隱患是在電動機(jī)控制設(shè)備上發(fā)現(xiàn)的，另外也在開關(guān)裝置和動力盤上發(fā)現(xiàn)一些隱患。又例如一個(gè)聯(lián)邦政府辦公用建筑物內(nèi)一個(gè)主要電動機(jī)控制中心發(fā)生火災(zāi)之后，每六個(gè)月對設(shè)備進(jìn)行一次預(yù)防性維修。在這次火災(zāi)之后進(jìn)行過兩次維修，又進(jìn)行一次紅外熱成像產(chǎn)品檢查，其結(jié)果是：嚴(yán)重隱患預(yù)防維修之前為3個(gè)，而預(yù)防維修之后還是3個(gè)。所以紅外熱成像產(chǎn)品檢查的必要性是顯而易見的。

此外，使用紅外熱成像產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法的清掃和緊固可以節(jié)省大量費(fèi)用。這種節(jié)約有兩個(gè)原因：首先是紅外熱成像產(chǎn)品檢查進(jìn)行的十分快，而不像傳統(tǒng)的方法那樣花費(fèi)大量人力去進(jìn)行設(shè)備的清掃和緊固。另外紅外熱成像產(chǎn)品檢查在進(jìn)行時(shí)，不要求設(shè)備停電，而只是在找出隱患后，在進(jìn)行修理時(shí)才要求短時(shí)間停電。并且為修理個(gè)別隱患的停電只是局部性的，停電時(shí)間很有限，甚至可能安排在計(jì)劃停電時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修理。下面是幾個(gè)例子。

1），美國的一個(gè)《資產(chǎn)管理公司》推行一個(gè)包括所有電動機(jī)控制設(shè)備、照明、動力盤和開關(guān)裝置的完整維修項(xiàng)目（不包括斷路器跳閘試驗(yàn)）。其收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工作量而定，一個(gè)典型的辦公大樓（250,000平方英尺，10層）平均維修費(fèi)用為6,500美元。同樣的大樓進(jìn)行紅外熱成像產(chǎn)品檢查，只要一天便可以完成對所有電動機(jī)控制，配電盤和開關(guān)裝置的檢查（并包括各種機(jī)械設(shè)備），其紅外熱成像產(chǎn)品檢查服務(wù)費(fèi)大約為600美元到800美元。因此，紅外熱成像產(chǎn)品的費(fèi)用僅是傳統(tǒng)方法費(fèi)用的1/10。

2），一個(gè)《電子設(shè)備制造廠》在簽定紅外熱成像產(chǎn)品檢查合同之前，是采用4天停電，由3個(gè)組5個(gè)電工進(jìn)行傳統(tǒng)維修，工人每天工作為12小時(shí)，以便清潔和緊固所有開關(guān)裝置、電動機(jī)控制設(shè)備和動力盤中的連接點(diǎn)。這些工作的人工費(fèi)用為30,000美元。對于同樣設(shè)備的紅外熱成像產(chǎn)品檢查也進(jìn)行了4天，并在2個(gè)工廠工人協(xié)助下完成，其費(fèi)用只有3,000美元。

3），一個(gè)大型《辦公/旅館/售貨商業(yè)綜合樓》每三年進(jìn)行一次高、低開關(guān)裝置的傳統(tǒng)維修，在維修期間花在清潔和緊固工作上的費(fèi)用至少有20,000美元。而對同樣設(shè)備進(jìn)行紅外熱成像產(chǎn)品檢查則只用12小時(shí)，花費(fèi)僅2,000美元，發(fā)現(xiàn)了12隱患，其中兩個(gè)為能引發(fā)火災(zāi)的嚴(yán)重隱患。

4），通過紅外熱成像產(chǎn)品檢查和分析，一家《美國小型工廠》每年將耗費(fèi)由160個(gè)減少到40個(gè)工時(shí)。如按25美元/小時(shí)的費(fèi)用（包括加班）計(jì)算每年節(jié)省120小時(shí)，也就是可以節(jié)省3000美元。
根據(jù)美國的上述經(jīng)驗(yàn)，用紅外熱成像產(chǎn)品檢查代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修中的定期清掃和緊固工作，可以節(jié)約費(fèi)用50%—90%，并可有效防止火災(zāi)的發(fā)生。例如在1985年7～8月期間，華盛頓郵報(bào)根據(jù)幾乎每天都發(fā)生的許多電氣設(shè)備停電事故，在頭版上描述了這些事故造成的火災(zāi)、人身傷亡、財(cái)產(chǎn)破壞和在生產(chǎn)、稅收方面的損失。例如其中當(dāng)?shù)匾患衣灭^的一次設(shè)備停電事故，就造成了六百五十萬美元的損失。為了避免上述停電事故，許多商業(yè)和工業(yè)組織常?；ㄙM(fèi)很多錢執(zhí)行預(yù)防性維修工作。不幸的是這些工作不但經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不了存在的隱患，而且還可能造成新的電氣隱患。所以電氣設(shè)備的紅外熱成像產(chǎn)品檢查，在很多方面可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)防性維修工作。

美國《設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)控制技術(shù)》第375號公報(bào)指出：無論是新的或者舊的建筑物，都能從紅外熱成像產(chǎn)品檢查中受益。美國有近50個(gè)公司提供紅外熱成像產(chǎn)品檢查服務(wù)，為客戶的所有電氣設(shè)備、配電系統(tǒng)，包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器、以及所有的配電線、電動機(jī)、變壓器等等，作紅外熱成像檢查，以保證客戶的所有運(yùn)行的電氣設(shè)備不存在潛伏性的熱隱患，有效的防止火災(zāi)的發(fā)生。美國保險(xiǎn)公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也已經(jīng)表明，對所有電氣設(shè)備進(jìn)行紅外熱成像產(chǎn)品檢查，可使不安全因素大大降低，并且節(jié)省大量保險(xiǎn)費(fèi)的支出。下面是一些需要進(jìn)行紅外熱成像產(chǎn)品檢查的設(shè)施。

1），各種電氣裝置：可發(fā)現(xiàn)接頭松動或接觸不良，不平衡負(fù)荷，過載，過熱等隱患。這些隱患可能造成的潛在影響是產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火。它們的平均修理費(fèi)用為1萬到5萬美元；更換需要8萬—10萬美元，工期為幾個(gè)星期到幾個(gè)月。

2），變壓器：可以發(fā)現(xiàn)的隱患有接頭松動，套管過熱，接觸不良（抽頭變換器），過載，三相負(fù)載不平衡，冷卻管堵塞不暢。其影響為產(chǎn)生電弧、短路、燒毀、起火。重繞需要經(jīng)費(fèi)1萬到5萬美元，更換為8萬—14萬美元，工期為幾個(gè)星期或幾個(gè)月。

3），電動機(jī)、發(fā)電機(jī)：可以發(fā)現(xiàn)的隱患是軸承溫度過高，不平衡負(fù)載，繞組短路或開路，碳刷、滑環(huán)和集流環(huán)發(fā)熱，過載過熱，冷卻管路堵塞。其影響為有毛病的軸承可以引起鐵芯或繞組圈的損壞，有毛病的碳刷，則可以損壞滑環(huán)和集流環(huán)，進(jìn)而損壞繞組線圈。還可能引起驅(qū)動目標(biāo)的損壞。電機(jī)重新繞組圈（5000馬力）需要5～10萬美元，更換需用10萬～20萬美元，工期幾個(gè)星期到幾個(gè)月。

4），電氣設(shè)備維修檢查，屋頂查漏，節(jié)能檢測，環(huán)保檢查，安全防盜，森林防火，無損探傷，質(zhì)量控制，醫(yī)療檢查等等也很有效益。
此外，就是在北京也有一個(gè)使用熱成像進(jìn)行電氣設(shè)備收費(fèi)檢查的事例：加拿大駐中國大使館新館使用前，曾于1992年9月委托香港一家公司，用美國生產(chǎn)的熱成像設(shè)備，對新館內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行一次防火及熱隱患全面檢查，并支付了4,000美元的熱像檢查服務(wù)費(fèi)。實(shí)際上，不計(jì)算準(zhǔn)備工作時(shí)間，真正用于檢查的時(shí)間只有一天。
同樣，紅外熱成像產(chǎn)品在火災(zāi)和爆炸事故調(diào)查中也十分有用。紅外熱像在火災(zāi)等事故的法律事務(wù)方面，特別是圍繞著與生命或財(cái)產(chǎn)損失有關(guān)的復(fù)雜技術(shù)問題上，已愈來愈重要。因?yàn)榛馂?zāi)和爆炸造成的損失，常常涉及熱隱患、熱傳播等情況，而這些情況都可以用紅外熱成像產(chǎn)品快速地觀察和記錄，所以紅外熱像是一種強(qiáng)有力的形象證據(jù)，能使非專業(yè)人員也一目了然，并對損失能做出公正的裁決和審判。以下是幾個(gè)火災(zāi)和爆炸事故調(diào)查中利用紅外熱像的實(shí)例。

美國的地方政府和保險(xiǎn)公司常常要求分析人身和財(cái)產(chǎn)損失的原因。相應(yīng)的調(diào)查可能發(fā)現(xiàn)不了刑事犯罪行為，如兇殺或縱火。但調(diào)查能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及損壞狀態(tài)，以及如何避免將來再發(fā)生這些問題。在已燃燒的建筑物上的熱圖像常常能使人們了解到如何產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸的真實(shí)情況。并且從實(shí)驗(yàn)上再現(xiàn)失火、爆炸或設(shè)備損壞過程，以補(bǔ)充對事件的理解。紅外熱成像提供了一種分析和再現(xiàn)由熱造成的事故的非常好的目測手段。實(shí)驗(yàn)性的火災(zāi)、爆炸和設(shè)備損壞的紅外和視頻錄像，使人們能對其原因有更深入的理解。
在美國，每年爆炸事故引起數(shù)百萬美元的財(cái)產(chǎn)損失，偵破專家調(diào)查和分析這些事件，確定可能的原因時(shí)，常利用重現(xiàn)事件的方法去理解爆炸機(jī)理。如用紅外熱成像產(chǎn)品攝取一組照片，來顯示在一輛汽車中發(fā)生的爆炸，用以模擬恐怖主義分子或縱火犯造成的事故。這些紅外熱圖像中白色代表熱、黑色代表冷，用來人為的重現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，分析事故，確定事故的類型和原因。下面有幾個(gè)實(shí)例。

1），一輛試驗(yàn)用汽車中，在司機(jī)座位上放有一筒一加侖的汽油，在它的下面放置一磅炸藥，炸藥用電子儀器遙控引爆。紅外熱像錄像能記錄爆炸后大約0.04秒時(shí)試驗(yàn)車輛的情況，顯示出從汽油中發(fā)出的火球，以及事故后發(fā)出的輻射范圍，和隨后爆炸的發(fā)展。這種只有應(yīng)用紅外熱成像才能獲得的熱分布圖顯示出爆炸時(shí)和爆炸后熱傳導(dǎo)范圍。由重放熱像錄像很容易辨認(rèn)燃爆碎片的拋射軌跡，而重放可見光錄像常常查不到這些軌跡。在車輛外表上殘留的熱圖像能指出高溫分布區(qū)，它常常被作為查找事故源的線索。

2），另一個(gè)類似試驗(yàn)，是以廢棄的房屋為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。在這個(gè)試驗(yàn)中，將0.25磅的C4炸藥放在一罐一加侖的汽油下。結(jié)果顯示了試驗(yàn)房屋的最初狀態(tài)，最初的熱狀態(tài)和隨后發(fā)生的一系列情況，其中爆炸后3秒鐘的熱狀態(tài)，爆炸發(fā)出的殘余熱和它最初引起火源，及在幾分鐘后進(jìn)一步擴(kuò)大為火災(zāi)都可看到。
在美國分析失火原因和火源的程序與爆炸事故分析是類似的，熱圖像的識別能幫助人們確定失火原因，為起火點(diǎn)的詳細(xì)檢驗(yàn)提供事故原因的信息。下面有幾個(gè)實(shí)例。

1），例如，紅外熱像錄像可以顯示在一輛汽車內(nèi)失火過程。丙酮和聚苯乙烯混合在一起，形成一個(gè)球型塑料團(tuán)，它位于引擎室內(nèi)駕駛桿附近，并被引燃。紅外熱像錄像可以顯示出大約3分鐘后的火勢，在防護(hù)玻璃窗的局部發(fā)熱是明顯的。并可以顯示熱燃?xì)馔ㄟ^火墻進(jìn)入乘員室，從窗戶發(fā)出的較高的輻射證實(shí)了這個(gè)狀況。此外紅外熱像錄像顯示從引擎室泄漏的揮發(fā)性氣體，顯示出揮發(fā)性液體泄漏和燃燒的過程。此外通過紅外熱像錄像還可顯示火區(qū)火焰正在熄滅。用熱圖像能清晰地描述了失火過程的各個(gè)階段，它正被用在火災(zāi)調(diào)查人員的訓(xùn)練中。

2），在一座廢棄的房屋中進(jìn)行失火試驗(yàn)的紅外熱像錄像，能顯示一個(gè)消防員正在放置引燃液體混合物和搖晃一個(gè)柜中存放的氯化物粉末，以及隨后火勢的發(fā)展，建筑物內(nèi)自上而下形成的熱氣流，從這些紅外熱像錄像可以看出，從柜中著火點(diǎn)傳導(dǎo)熱的速度是非常的快。

3），由于機(jī)械或電器設(shè)備制造問題引起的火災(zāi)和爆炸是調(diào)查人員經(jīng)常關(guān)心的問題。例如在一座房屋中，因加熱器故障引起火災(zāi)，里面一個(gè)人因煙霧致死。當(dāng)對一個(gè)落地式加熱器檢查時(shí)，只要它與引起火災(zāi)的那個(gè)加熱器完全一樣，取得這種加熱器工作時(shí)的熱圖像，便可以看到熱圖像上的熱試驗(yàn)點(diǎn)（hottest）在高溫限制開關(guān)附近，判斷出故障是由銅線引起的，這種故障足以點(diǎn)燃加熱器內(nèi)部的碎片和粉末，以及保護(hù)高限開關(guān)的底盒。在熱圖像上看到的高溫亮點(diǎn)超過了電線絕緣的溫度額定值。電線在這種環(huán)境中，絕緣老化必然導(dǎo)致短路，引起失火，熱圖像不僅提供了定量的溫度值，而且也對故障產(chǎn)生的方式提供了明顯而直觀的描述。

4），一個(gè)已過熱的皮帶牽引輪，這個(gè)皮帶牽引輪力圖驅(qū)動一個(gè)已閉鎖的壓縮機(jī)。從這個(gè)試驗(yàn)中解答的問題是，三角皮帶和皮帶牽引輪之間產(chǎn)生多高溫度可以點(diǎn)燃這個(gè)設(shè)備附近的可燃性氣體。具有燃點(diǎn)溫度為6000 F的可燃性氣體被點(diǎn)燃，附近的一個(gè)壓縮機(jī)發(fā)生爆炸，造成一個(gè)石油加工廠嚴(yán)重?fù)p壞和人員傷亡。使用捍紅外熱像在輪外緣測量溫度，將獲得的信息作為有限元熱傳導(dǎo)分析的邊界條件，計(jì)算結(jié)果表明，風(fēng)機(jī)皮帶牽引輪和皮帶之間的溫度超過8000 F 。這個(gè)溫度是以點(diǎn)燃可燃性氣體，這些可燃性氣體是由于疏忽從工廠的石油加工廠設(shè)備中泄漏出來的。

5），火災(zāi)發(fā)生后，美國調(diào)查人員從目擊者、消防部門、警察和現(xiàn)場搜集證據(jù)。在機(jī)械或電氣設(shè)備可能引起失火的情況中，從過去能量核算或設(shè)備分析得到的紅外熱像資料可能是很有用的。例如一個(gè)具有過熱馬達(dá)和風(fēng)機(jī)皮帶牽引輪的空氣傳送裝置（air hander）的熱圖像。從皮帶和皮帶牽引輪發(fā)出的熱很快穿過該設(shè)備外邊的金屬外殼，以后如果懷疑這個(gè)空氣傳送裝置可能引起火災(zāi)，這個(gè)設(shè)備幾乎損壞的紅外熱圖像可以是闡述失火原因觀點(diǎn)的重要基礎(chǔ)。