紅外熱像儀在消防中的作用

在大面積的森林中，火災往往是由不明顯的隱火引發(fā)的。這是毀滅性火災的根源，用現(xiàn)有的普通方法，很難發(fā)現(xiàn)這種隱性火災苗頭。 然而用飛機巡邏，采用紅外熱成像儀，則可以快速有效地發(fā)現(xiàn)這些隱火，把火災消滅在最初。 加拿大林業(yè)學院早在1975年就開始進行森林防火試驗，從飛機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采用AGA750便攜式熱成像儀，在一個火災季節(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)象往往時間長、來勢猛、損失大。目前一般采用溫度計測量其糧倉地溫度變化加以防范。采用熱像儀可以準確判定這些火災的地點和范圍，做到早知道早預防，早撲滅。采用熱像儀方便簡單，速度快，撲滅及時。

紅外熱像儀還可以用來探測電氣設備的不良接觸，以及過熱的機械部件，以免引起嚴重短路和火災。
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)內的20座發(fā)電廠、8座變電站和24條高壓線的10000多個插頭進行了過熱檢查，發(fā)現(xiàn)不正常發(fā)熱點500多處，嚴重過熱為100處，由于及時處理，未發(fā)生火災事故。

在國外，美國保險公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在所有電氣設備隱患中的25%以上是引發(fā)火災的主要原因，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，只要這個力矩值不變化，以后就不應當再進行緊固。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備，紅外熱成像產品都能夠確定所有連接點的熱隱患。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、導體、母線及其它部件的運行測試，紅外熱成像產品是無法取代。然而紅外熱成像產品可以很容易地探測到回路過載或三相負載的不平衡。

美國MAI公司對許多已經(jīng)進行過一般電氣預防性設備做紅外熱成像產品檢查，發(fā)現(xiàn)其中不少已接受過維修的設備仍然存在電氣故障。例如一個重要電子產品生產廠家，這個公司對其電氣設備每兩年進行一次停電維修。在這停電運行期間，進行設備清掃，對所有連接點緊固和斷路器的跳閘試驗。并對高、低壓開關裝置安裝進行測試。在傳統(tǒng)維修之后進行的紅外熱成像產品檢查，仍然確定了一些隱患。在不同設備上發(fā)現(xiàn)的嚴重隱患有19個，一般隱患有179個。這些嚴重隱患是指被測設備的表面溫度超過NEMA或UL的最大設計溫度。大多數(shù)隱患是在電動機控制設備上發(fā)現(xiàn)的，另外也在開關裝置和動力盤上發(fā)現(xiàn)一些隱患。又例如一個聯(lián)邦政府辦公用建筑物內一個主要電動機控制中心發(fā)生火災之后，每六個月對設備進行一次預防性維修。在這次火災之后進行過兩次維修，又進行一次紅外熱成像產品檢查，其結果是：嚴重隱患預防維修之前為3個，而預防維修之后還是3個。所以紅外熱成像產品檢查的必要性是顯而易見的。

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

1），美國的一個《資產管理公司》推行一個包括所有電動機控制設備、照明、動力盤和開關裝置的完整維修項目（不包括斷路器跳閘試驗）。其收費標準根據(jù)工作量而定，一個典型的辦公大樓（250,000平方英尺，10層）平均維修費用為6,500美元。同樣的大樓進行紅外熱成像產品檢查，只要一天便可以完成對所有電動機控制，配電盤和開關裝置的檢查（并包括各種機械設備），其紅外熱成像產品檢查服務費大約為600美元到800美元。因此，紅外熱成像產品的費用僅是傳統(tǒng)方法費用的1/10。

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

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

4），通過紅外熱成像產品檢查和分析，一家《美國小型工廠》每年將耗費由160個減少到40個工時。如按25美元/小時的費用（包括加班）計算每年節(jié)省120小時，也就是可以節(jié)省3000美元。
根據(jù)美國的上述經(jīng)驗，用紅外熱成像產品檢查代替?zhèn)鹘y(tǒng)維修中的定期清掃和緊固工作，可以節(jié)約費用50%—90%，并可有效防止火災的發(fā)生。例如在1985年7～8月期間，華盛頓郵報根據(jù)幾乎每天都發(fā)生的許多電氣設備停電事故，在頭版上描述了這些事故造成的火災、人身傷亡、財產破壞和在生產、稅收方面的損失。例如其中當?shù)匾患衣灭^的一次設備停電事故，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很多錢執(zhí)行預防性維修工作。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。所以電氣設備的紅外熱成像產品檢查，在很多方面可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預防性維修工作。

美國《設備運行和生產控制技術》第375號公報指出：無論是新的或者舊的建筑物，都能從紅外熱成像產品檢查中受益。美國有近50個公司提供紅外熱成像產品檢查服務，為客戶的所有電氣設備、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、變壓器等等，作紅外熱成像檢查，以保證客戶的所有運行的電氣設備不存在潛伏性的熱隱患，有效的防止火災的發(fā)生。美國保險公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也已經(jīng)表明，對所有電氣設備進行紅外熱成像產品檢查，可使不安全因素大大降低，并且節(jié)省大量保險費的支出。下面是一些需要進行紅外熱成像產品檢查的設施。

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

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，三相負載不平衡，冷卻管堵塞不暢。其影響為產生電弧、短路、燒毀、起火。重繞需要經(jīng)費1萬到5萬美元，更換為8萬—14萬美元，工期為幾個星期或幾個月。

3），電動機、發(fā)電機：可以發(fā)現(xiàn)的隱患是軸承溫度過高，不平衡負載，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)，進而損壞繞組線圈。還可能引起驅動目標的損壞。電機重新繞組圈（5000馬力）需要5～10萬美元，更換需用10萬～20萬美元，工期幾個星期到幾個月。

4），電氣設備維修檢查，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使用熱成像進行電氣設備收費檢查的事例：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，用美國生產的熱成像設備，對新館內電氣設備進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費。實際上，不計算準備工作時間，真正用于檢查的時間只有一天。
同樣，紅外熱成像產品在火災和爆炸事故調查中也十分有用。紅外熱像在火災等事故的法律事務方面，特別是圍繞著與生命或財產損失有關的復雜技術問題上，已愈來愈重要。因為火災和爆炸造成的損失，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品快速地觀察和記錄，所以紅外熱像是一種強有力的形象證據(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。以下是幾個火災和爆炸事故調查中利用紅外熱像的實例。

美國的地方政府和保險公司常常要求分析人身和財產損失的原因。相應的調查可能發(fā)現(xiàn)不了刑事犯罪行為，如兇殺或縱火。但調查能夠發(fā)現(xiàn)設備故障及損壞狀態(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生火災或爆炸的真實情況。并且從實驗上再現(xiàn)失火、爆炸或設備損壞過程，以補充對事件的理解。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。實驗性的火災、爆炸和設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)百萬美元的財產損失，偵破專家調查和分析這些事件，確定可能的原因時，常利用重現(xiàn)事件的方法去理解爆炸機理。如用紅外熱成像產品攝取一組照片，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。下面有幾個實例。

1），一輛試驗用汽車中，在司機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秒時試驗車輛的情況，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。這種只有應用紅外熱成像才能獲得的熱分布圖顯示出爆炸時和爆炸后熱傳導范圍。由重放熱像錄像很容易辨認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），另一個類似試驗，是以廢棄的房屋為試驗目標。在這個試驗中，將0.25磅的C4炸藥放在一罐一加侖的汽油下。結果顯示了試驗房屋的最初狀態(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，及在幾分鐘后進一步擴大為火災都可看到。
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，為起火點的詳細檢驗提供事故原因的信息。下面有幾個實例。

1），例如，紅外熱像錄像可以顯示在一輛汽車內失火過程。丙酮和聚苯乙烯混合在一起，形成一個球型塑料團，它位于引擎室內駕駛桿附近，并被引燃。紅外熱像錄像可以顯示出大約3分鐘后的火勢，在防護玻璃窗的局部發(fā)熱是明顯的。并可以顯示熱燃氣通過火墻進入乘員室，從窗戶發(fā)出的較高的輻射證實了這個狀況。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階段，它正被用在火災調查人員的訓練中。

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

3），由于機械或電器設備制造問題引起的火災和爆炸是調查人員經(jīng)常關心的問題。例如在一座房屋中，因加熱器故障引起火災，里面一個人因煙霧致死。當對一個落地式加熱器檢查時，只要它與引起火災的那個加熱器完全一樣，取得這種加熱器工作時的熱圖像，便可以看到熱圖像上的熱試驗點（hottest）在高溫限制開關附近，判斷出故障是由銅線引起的，這種故障足以點燃加熱器內部的碎片和粉末，以及保護高限開關的底盒。在熱圖像上看到的高溫亮點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，而且也對故障產生的方式提供了明顯而直觀的描述。

4），一個已過熱的皮帶牽引輪，這個皮帶牽引輪力圖驅動一個已閉鎖的壓縮機。從這個試驗中解答的問題是，三角皮帶和皮帶牽引輪之間產生多高溫度可以點燃這個設備附近的可燃性氣體。具有燃點溫度為6000 F的可燃性氣體被點燃，附近的一個壓縮機發(fā)生爆炸，造成一個石油加工廠嚴重損壞和人員傷亡。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分析的邊界條件，計算結果表明，風機皮帶牽引輪和皮帶之間的溫度超過8000 F 。這個溫度是以點燃可燃性氣體，這些可燃性氣體是由于疏忽從工廠的石油加工廠設備中泄漏出來的。

5），火災發(fā)生后，美國調查人員從目擊者、消防部門、警察和現(xiàn)場搜集證據(jù)。在機械或電氣設備可能引起失火的情況中，從過去能量核算或設備分析得到的紅外熱像資料可能是很有用的。例如一個具有過熱馬達和風機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備外邊的金屬外殼，以后如果懷疑這個空氣傳送裝置可能引起火災，這個設備幾乎損壞的紅外熱圖像可以是闡述失火原因觀點的重要基礎。