降低高炉热风温度测量系统的故障次数

2014-05-23陈国新魏志威

冶金动力 2014年6期

陈国新,魏志威,姜成,吴东,廉成

（抚顺新钢铁有限责任公司，辽宁抚顺 113001）

1 红外测温仪概述

红外线是电磁波谱的一个部分，这一波段位于可见光和微波之间，根据普朗克辐射定理，凡是绝对温度大于零度的物体都能辐射电磁能，物体的辐射强度与温度表面的辐射能力有关，辐射的光谱分布也与物体温度密切相关，所以说非接触式红外测温也叫辐射测温。在电磁波谱中，我们把人眼可直接感知的0.4~0.75 μm波段称为可见光波段，而把波长从0.75至1000 μm的电磁波称为红外波段，红外波段的短波段与可见光红光相邻，长波端与微波相接。红外测温仪就是利用这一原理制作而成的,温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展,性能不断提高,适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、测温范围广、非接触式测量、使用安全、灵敏度高、不干扰被测温场及使用寿命长等优点。但由于受被测对象的发射率影响,几乎不可能测到被测对象的真实温度,测量的是表面温度。常用测温方法对比见表1。

表1 常用测温方法对比

红外测温与传统的接触式测温相比，具有如下优点：

(1)远距离和非接触测量。红外测温仪是通过测量物体的红外辐射来确定物体的温度，不需与被测物体接触，并可远距离测量，它特别适合于对高速运动体、旋转体、带电体和高温高压物体的温度测量。

(2)响应速度快。红外测温仪不像热电偶、温度计那样，需要与被测物体接触并达到热平衡，而只要接收到目标的红外辐射即可定温，其响应时间在毫秒甚至微秒数量级。

(3)灵敏度高。因物体温度的微小变化就会引起辐射能量较大的变化，易于被探测器测出，故红外测温仪的可测温差很小，可达零点几摄氏度。

(4)准确度高。由于红外测温仪是非接触测量，不破坏物体本身的温度分布，因而所测温度真实准确，测量精度可达0.1℃以下。

(5)测温范围广。红外测温仪可测的温度范围很广，可从负几十摄氏度到正几千摄氏度。

2 红外测温仪基本原理

红外测温采用逐点分析的方式，即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上，并通过已知物体的发射率，将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同，红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同，但基本结构大体相似，红外测温仪由光学系统、红外探测器、电信号处理线路、温度指示器、信号放大器及一些附属设备组成，其附属设备包括瞄准器、电源、整体机械结构等。光学系统分调焦式和固定焦点式，其中还包括滤光片和瞄准器，滤光片有通带型、窄带型和双色型等几种，光学系统的场镜有反射式、折射式和干涉式等几种类型。辐射体发出的红外辐射，进入光学系统，经调制器把红外辐射调制成交变辐射，由红外探测器转变成为相应的电信号。

测温仪的红外探测器一般采用热释电探测器。该电信号经过放大器、信号处理电路、环境温度补偿、干扰信号和系统噪声抑制，并按照仪器内置的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。其结构见图1。

图1 红外测温仪结构

3 H D I R-2 A型红外辐射测温仪应用案例

3.1 设备简介

抚顺新钢铁有限责任公司共有5座高炉，2座580 m3,2座450 m3，1座420 m3,每一座高炉都有一条热风管道，每一条热风管道均有两个高炉热风温度测温点，每台高炉都需要测量热风温度，热风温度的准确是确保是否正常稳定运行的重要指标，以前是用铂铑10-铂热电偶测量，铂铑10-铂热电偶（分度号是S）属贵金属热电偶，直径通常0.5 mm，它长期使用的最高温度可达1300℃,短期可达1600℃。由于它的复制性好，长期较稳定地保证较高的精度，因此，被用作国际实用温标中630.74~1064.43℃范围内的基准仪器。

这种热电偶宜在氧化性及中性气氛中使用，在真空中可短期使用。但在金属蒸汽、金属氧化物、二氧化碳、氢等还原介质中易遭损坏，除非选用可靠的保护管。这种热电偶热电偶电极在高温下会升华，铑分子会渗透到铂极，导致热电势下降和铂电极折断等。

3.2 改造理由

（1）热风温度现采用的测量方式不合理，测温元件消耗大，成本高，大多需修风才能更换。根据2012年数据采集10月、11月、12月平均每个月需要更换测温元件热电偶为4个。

（2）热风温度测量系统故障频繁，维修人员劳动强度大。根据2012年数据采集10月、11月、12月平均每个月需要维修、维护五次。

（3）降低热风温度测量故障次数，可以提高维修人员在工作中的安全性。（现场测量：热风管道处煤气含量多在100 PPM左右）

4 问题分析及改造实施过程

经过认真、仔细系统的分析影响高炉热风测温系统故障的因素主要分为四大方面，现场测量因素、环境因素、人为因素、信号传输因素。

4.1 热电偶问题

热电偶损坏（安装缺陷.质量差）存在的问题是底衬管,安装固定,保护层,偶质量,均有缺陷。

现状说明：热风管道的隔热层因为使用时间长产生脱落现象，对偶的底衬管保护不利，偶的底衬管过长,在热风频吹中造成变形卡坏电偶,电偶安装固定法兰过紧或偏,易造成偶管产生裂痕,遇到送风时易断裂，固定过松易被热风顶出，保护层过短易漏热风烧毁电偶和导线。电偶质量差偶管易碎偶丝易断造成不应有的故障。

改造经过：

针对此问题进行对策拟定：

(1)缩短底衬管,由原0.5 m左右缩短为0.4 m对底衬管周围隔热层进行加厚增补。优点：可以改善衬管变形夹偶隔热层隔热效果差的现状。

(2)设计新衬管取消法兰安装，加斜拉固定。优点：可避免法兰安装易偏现状。

(3)保护层加长,由10 cm加长至20 cm。优点：实施繁琐但效果明显。

(4)更换电偶刚玉管,改用壁加厚的电偶管。优点：效果明显但实施费力。

预计效果：新设计衬管和隔热层加厚与厚壁偶的采用,这些改善可一举排除以上几方面缺陷。

具体实施：在现场热风管道上切孔，加厚隔热层将设计的新衬管，伸入衬管加焊，待焊严密后，安装厚壁电偶,再安装斜拉固定。

效果检讨：改善后,新制作的衬管和采用厚壁偶，又加厚隔热层,避免了原有设计缺点，安装后两个月仅发生故障2次,控制在目标之内。

4.2 测量方式分析

测量方式落后存在的问题是采用接触式测温的方式

现状说明：现热风温度测量采用的是两支为一组采集同一测温点的S型电偶测温,属于接触式测温,电偶直接接触高温的热风,易造成电偶烧损。

改造经过：针对此问题进行对策拟定,改为一支电偶一套红外线组合搭配测温。优点：可节省电偶消耗,降低故障、测温参数易产生不统一。

预计效果：两套测温装置搭配组合后,既能够满足测温精度又减少消耗,降低故障。

具体对策实施过程：高炉修风，以火焊将原有的电偶切割拆卸，新安装衬管，再以电焊将红外线测温仪安装焊接牢固，之后调试。

效果检讨：改善后,两套测温装置搭配组合既能够满足测温精度又减少消耗,降低故障。改善后仅发生故障3次。

改变测量方式后对红外线测温仪的综合评定，及红外测温仪工作原理红外测温仪由光学系统，光电探测器，信号放大器及信号处理.显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。与电偶的接触式测温不同，红外测温仪的最大优点就是：安全、耐用、便捷。