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红外热像技术在热风炉炉皮温度监测中的试验应用浅析

红外热像技术在热风炉炉皮温度监测中的试验应用浅析

  • 分类:行业新闻
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2019-11-01
  • 访问量:57

【概要描述】热风炉炉皮温度分布并不均匀,高温点多出现在球瓣状炉壳上下两带结合的焊缝处亦或是同一带相邻两块炉壳的焊缝处。炉壳母材处温度较高可能与炉壳内壁面没有清理干净的盲板造成的应力集中或是炉壳内侧耐材缺陷有关。这一监测结果与实际相吻合。

红外热像技术在热风炉炉皮温度监测中的试验应用浅析

【概要描述】热风炉炉皮温度分布并不均匀,高温点多出现在球瓣状炉壳上下两带结合的焊缝处亦或是同一带相邻两块炉壳的焊缝处。炉壳母材处温度较高可能与炉壳内壁面没有清理干净的盲板造成的应力集中或是炉壳内侧耐材缺陷有关。这一监测结果与实际相吻合。

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摘要:文章介绍了红外热像技术在国内某高炉热风炉炉皮温度监测中的试验应用,重点阐述了热风炉炉皮温度红外热像监测方案的制定原则和安装位置的确定。通过现场试验,验证了红外热像技术在热风系统炉皮温度监测中的应用可行性。

 

1 前言

高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程,其稳定顺行至关重要。

作为给高炉提供热风的关键设备,热风炉的工作状况直接影响风温的高低和稳定,其稳定安全运行是高炉稳顺的基础。高风温能给高炉提供充足热量,降低作为热量消耗的焦炭量,同时可以提高鼓风动能,活跃炉缸,促进炉渣脱硫,提高喷吹量等。

然而,因NOx的形成和酸性物在炉壳内壁的冷凝,热风炉炉壳易产生晶间应力腐蚀问题。随着热风炉内拱顶温度的不断提高,此应力腐蚀现象不断加剧,最终使热风炉炉壳局部产生微裂纹,进而引发热风炉炉壳开裂跑风,甚至烧出等安全事故,给热风炉安全生产带来巨大隐患,严重影响高炉的稳定顺行[2,3]。产生裂纹的区域主要在高温段的焊缝区域或高应力集中区域。此现象已在国内外高炉生产实践中不同程度发生过。

国外监测热风系统的主要参数集中在炉壳和管道的表面温度、应力以及膨胀量等。因表面温度监测以其全面性和易实施性,被作为主要的监测目标。监测表面温度一般采用红外热像仪方法来实现。

对于处于运行中的热风炉,因其处于高压密闭和连续生产的特性,所采用的预防措施除了在热风炉工艺操作参数上予以调整外,主要是通过人工点检方式,对热风炉炉壳工作状态进行监测。但鉴于热风炉高温段位置较高,区域面积大,人工点检监测范围有限,且存在监测不连续间隔时间长等问题,已不能满足热风系统实时监测的需要。因此,本文提出了一种将红外热像技术应用于热风炉炉皮温度监测的方法,以便实时掌握炉皮温度变化趋势,及时发现异常现象,保证整个热风炉系统的安全运行。

本文是从热风炉炉皮温度监测角度出发,在阐述红外热像技术用于温度监测优势基础上,研究红外热像技术在热风系统炉皮温度监测中的应用可行性,尝试摸索热风炉炉皮温度实时变化趋势,指导热风炉安全稳定运行。

 

2 红外热像仪原理及应用

红外热像仪是依据红外热成像原理工作的,其由两个基本部分组成,即光学系统部分和红外探测器部分。

红外热像仪测温是利用光学系统将被测目标发出的红外辐射聚集到红外探测器上,探测器把入射的辐射能量转换成电信号,进而被处理成红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应,通过换算获得被测物体不同区域的温度分布。因此,借助红外热像技术可以直接观察到物体表面的温度分布状况。

由于红外线对绝大部分的固体及液体物质的穿透能力差,因此红外热像检测是以测量目标表面的红外线辐射能量为主。

红外热像技术用途广泛。不仅应用在大型工业企业和军工行业,还可以用来探测过热的机械部件或是检测复合材料缺陷等。

红外热像仪能够实现自动保存图像,曲线定期自动导出并保存,数据实时存入数据库。并能自动生成每日监测报告(内含全屏最高温及局部最高温的变化趋势,及当天报警信息),方便快速查看历史报告。

通过实践摸索,红外热像技术在热风系统炉皮温度监测中的应用可被接受和认可。

 

3 热风炉炉皮温度红外热像监测方案

针对某高炉热风炉上部高温段表面可能出现高温点并引起开裂的问题,研究提出了高炉热风炉上部表面温度红外热像监测方案。

监测选用红外热像仪来测量热风炉炉皮温度,该方法可实现非接触远距离监测。

3.1 监测方案制定原则

鉴于热风炉高温段位置较高,区域较大,人工手持热像仪监测劳动强度大,且监测间隔过长,而且存在危险等问题,方案制定原则要求,在热风炉的外围和内部,设置多个红外热像仪固定测量点,并将红外热像仪与可旋转的电动云台有机结合,采用电动云台自动扫描的方法,对各热风炉的高温区域进行连续全覆盖扫描。各点的监测信号统一输入计算机,进行记录和比较,发现异常及时报警。

3.2 红外热像仪安装位置的确定

根据某高炉热风炉布置和周边设施情况,初步设计4个热风炉外围测量点和2个热风炉内部测量点,即设计4个热风炉外围红外热像仪和2个热风炉内部红外热像仪

由于现场会有一些设备在红外热像仪和热风炉炉壳被测区域之间,阻碍热像仪视线,影响扫描区域的完整性,故可考虑设置1~2个可移动的热像仪,对被遮挡但易出现高温点的区域进行定点扫描。或考虑将处于安全区域对应的热像仪临时拆下,用于关键区域的扫描。在实际监测方案实施过程中,可根据现场条件确定准确的安装位置。

依据上述红外热像仪布置情况,利用电动旋转云台的水平方向旋转和垂直方向旋转,可完成对4座热风炉所要监测区域的全覆盖扫描。

然而,需要指出的是,由于热风炉平台,框架,内部设备和管线的阻碍和遮挡,实际监测能覆盖的面积会减少。为保证系统的监控效果,在实际应用时,若有必要,需要对各被遮挡区域进行预先扫描监测和定期人工巡检,以便及时调整红外热像仪的最佳安装位置。

3.3 监测系统配置

考虑到现代大型高炉多采用4座热风炉,或矩形布置或一字型布置,若要实现热风炉炉壳全覆盖扫描,监测系统配置至少应满足以下要求:

1)红外热像仪:6台 ;(2)电动云台:6 台;

3)计算机:1台; (4)系统软件:1套。

 

4 热风炉炉皮温度红外热像监测试验

为了充分论证红外热像技术在热风炉炉皮温度监测中的应用可行性,2016年11月份,利用红外热像仪对某高炉热风炉炉皮温度进行了短时间监测试验,并得到了现场热风炉炉皮温度图像。

某高炉一侧2座热风炉炉皮的温度范围4.3~88.0℃;具体到热风炉炉皮某一带的温度范围-2.0~75.2℃。从热风炉炉皮温度来讲,最高温度都不高于100℃,说明该热风炉炉皮温度在正常范围,运行状态良好。

热风炉炉皮温度分布并不均匀,高温点多出现在球瓣状炉壳上下两带结合的焊缝处亦或是同一带相邻两块炉壳的焊缝处。炉壳母材处温度较高可能与炉壳内壁面没有清理干净的盲板造成的应力集中或是炉壳内侧耐材缺陷有关。这一监测结果与实际相吻合。

在监测试验中也发现,相同温度下,同一设备的不同区域由红外热像仪测量的温度会不同。经过分析,发现原因是由于所监测设备的不同表面材质拥有不同的辐射率,因而所产生的红外辐射能量不同。当整个监测对象用一个固定辐射率来换算温度时,出现一定的测量误差。因此,监测过程,可首先采用接触式表面测温仪,对不同材质的代表区域进行表面测温,并与红外热像仪的测温相比较,确定不同材质区域的接收红外辐射率,校正该位置的表面温度,实现红外热像仪实时准确监测热风炉炉皮温度变化趋势。

将红外成像技术与一直以来确立的设备维护机制有机结合,能够充分利用资源,最大限度降低劳动强度,同时实现实时监测,一旦监测到异常温度报警提示,可迅速采取相应措施,及时进行检修,大大延长热风炉的使用寿命。

现场试验也证明,红外热像仪用于监测热风炉炉皮温度是可行的,其能够实时掌握炉皮温度变化趋势,保证热风系统的安全稳定运行,市场应用前景很大。

 

 

 

 

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