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红外热成像技术在玻璃领域的应用

2018/1/24 17:19:25 来源: 设备邦

利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像,并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术,这种电子装置称为红外热像仪。红外热像仪最初应用于军事,后来被广泛应用于电力、化工、医疗等领域。

在工业生产中,许多设备常处于高温、高压和高速的运转状态,应用红外热成像仪对这些设备进行检测和监控,既能保证设备的安全运转,又能发现异常情况以便及时排除隐患。同时,利用热像仪还可以进行工业产品质量控制和管理。

熔窑、锡槽、退火窑是玻璃生产的三大热工设备。在长期的生产运行过程中,三大热工设备的维护均会出现目前技术难以准确监控的问题:窑炉的耐火材料会受到热损产生“热漏”,有些 “热漏”现象单凭人的肉眼无法看到,难以掌控其变化趋势;窑炉池壁受到玻璃液不同程度的侵蚀而变薄时,对于池壁的侵蚀情况的判断凭借的是经验。锡槽的密封性、退火窑的保温性能的好坏会影响玻璃的质量。然而目前普遍采用的技术却难以精准监控生产过程中锡槽和退火窑具体部位的密封状况和保温性能的变化情况。

红外热成像技术最重要的特点即是通过对大面积扫描成像得出的温度场变化趋势的分析,实现对局部的有效观察和判断。将该技术运用到熔窑监控中可以很好地弥补红外点温仪测温技术的不足。通过对表面热像图中的异常点(或区域)进行分析,即可找出泄露部位。红外热成像技术的运用能够为准确判断熔窑耐火材料的烧损状况、锡槽和退火窑的密封、保温状况提供帮助, 对热工设备状态的反映更加直观和形象。利用红外热像仪的这一特点,可以将其应用在玻璃生产三大热工设备的监控中。

1、红外热成像技术对三大热工设备的监测

1.1熔窑监控

在窑炉耐火材料侵蚀方面,定期对熔窑大碹、胀缝、池壁、蓄热室碹、斜坡碹、澄清部胸墙、卡脖、投料池池壁拐角、熔化部与卡脖池壁拐角、冷却部前后拐角等关键部位进行扫描和拍摄,通过对表面热像图中的异常点(或区域)进行分析,即可准确判断窑炉表面“热漏”情况 (图1和图2 )。

图1是某玻璃生产线熔窑北3#蓄热室碹顶的红外和可见光图片,从图1中可以看到:正常温度点是 181.2℃,出现热漏部位的温度是315.4℃和328.3℃, 最高达773.8℃。


玻璃生产线熔窑


图2是某生产线小炉斜坡碹碹顶的红外和可见光图片,出现热漏部位的温度是345℃和378.9℃,最高达521.21℃。


生产线小炉斜坡碹碹顶


图3和图4是分别于2016年8月22日和2017年3月6日对某玻璃生产线南3#小炉池壁拍摄的图片。图片是按小炉下冷却风管的排布纵向将3#小炉池壁观察分为七列,横向按池壁的高度分为四行,之所以如此细分是为了更精确观察到每个小炉池壁可以检测到的耐材部分。


某玻璃生产线南小炉池壁拍摄的图片


图5是针对该3#小炉池壁第一行液面线部位的耐材温度进行的数据分析。系列1表示的是2016年8月22日的数据,系列2表示的是2017年3月6日的数据。


温度数据分析表


在这个时间段内,从数据图5中可以看到:液面线部位第一列的耐材温度上升41.3℃, 第二列的耐材温度上升9.3℃,第三列的耐材温度下降67.8℃,第四列的耐材温度上升65.45℃,第五列的耐材温度下降69.175℃,第六列的耐材温度下降1.3℃,第七列的耐材温度下降88.625℃。通过对池壁耐材温度随时间变化的纵向分析,结合生产工艺,能够有效地实现对熔窑池壁侵蚀状况的观察和判断。

1.2锡槽和退火窑监控

在锡槽方面,通过对锡槽活动边封和胸墙的扫描拍摄,可以清晰掌握锡槽的密封状况;通过对锡槽槽底各区的扫描拍摄,排查槽底异常状况,能够为解决玻璃质量缺陷提供科学依据。在退火窑方面,通过对退火窑壳体和辊子四周的扫描拍摄,能够掌握退火窑的保温状态。

图6为某玻璃生产线锡槽北3#拉边机活动边封与胸墙图片。从图6可以观察到,北3#拉边机活动边封部位的密封措施不到位,存在局部泄露;图7是流道与锡槽拐角的焊接处,原本只是钢结构的连接,采用密封泥加强保护,但仍存在密封措施不到位的问题。

图8为某玻璃生产线退火窑北5#~6#辊子拍摄的图片。从图8可以观察到,退火窑的辊子和壳体之间的密封存在着“热漏”现象;图9是某玻璃生产线退火窑因工艺需要安装辅助电加热之后与壳体的密封出现的“热漏”现象。这种热漏造成退火窑边部散热量较大,难以保障玻璃带的边部温度,会对玻璃质量产生较大影响。


玻璃生产线退火窑

玻璃生产线退火窑北14°棍子底部电加热


2、红外热成像技术对电器设备的监测

电力设备的许多故障模式通常都是以设备的热状态异常表现出来的。热状态异常有两种:一种是设备比正常温度偏高,一种是设备比正常温度偏低。而红外检测与故障诊断的基本原理就是通过探测被诊断设备的红外辐射信号,从而获得设备的热状态特征,并根据这些热状态特征及其规律,做出设备有无故障及故障属性和严重程度的诊断。

电力设备红外诊断技术的特点有:可适时监测,不接触、不停电、不取样、不解体。可实现大面积快速扫描成像,图像显示快捷、灵敏、形象、直观,监测效率高,劳动强度低。采用被动式检测,简单方便。方便计算机分析,容易实现智能化管理。

图10为某玻璃生产线助燃风机联轴器图片。 从图10可以观察到,该助燃风机联轴器的两端温度不一致。一端温度是48.3℃,另一端温度是 81.4℃。温度高的一端是风机对轮侧,温度低的一端是叶轮侧。风机对轮侧是主动端,叶轮侧是从动端。主动端是由三角带提供动力,轴承受到的力比从动端大。所以,主动端温度比从动端温度高。


某玻璃生产线助燃风机联轴器图片


图11显示某玻璃生产线锡槽槽底的某台风机电机的温度是99.2℃,在排除环境温度高造成的因素之后,与其他电机相比,该电机温度显示较高。图片信息给设备管理和维修人员提出预警,通过分析、查找原因,能够减少设备损失,有效提高经济效益。


某玻璃生产线锡槽槽底的某台风机电机的温度是99.2℃


3、结语

(1)红外热成像技术在玻璃生产领域的应用,以工业检测为目的,可对三大热工设备及全厂电力设备进行预知性检测及研究。

(2)红外热成像技术在玻璃生产三大热工设备的监控应用中,针对熔窑能够解决的问题有:通过温度场的变化情况判断熔窑各部位耐火材料的热损状况和变化趋势;针对锡槽和退火窑能够解决的问题是:通过温度场的变化情况发现锡槽局部热漏点、退火窑保温密封不良的部位。

(3)运用红外热成像技术,对我公司每条生产线建立设备监控档案,结合设备历史状况、 运行工况进行图谱分析,做出设备故障性质的诊断,实现对其长期、稳定的监控。

(4)红外监测与诊断有利于实现电气设备的状态管理向状态检修的过渡。


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