玻璃熔窯運行過程中的紅外狀態(tài)監(jiān)測技術

沈潔 郭利波

（浮法玻璃新技術國家重點實驗室 中國洛陽浮法玻璃集團有限責任公司技術中心洛陽 471009）

0 引言

在玻璃生產(chǎn)過程中，熔窯運行的安全性極其重要。由于熔窯長期經(jīng)受高溫玻璃液及其氣氛的影響，尤其池壁受玻璃液反復沖刷侵蝕會逐漸變薄出現(xiàn)孔洞或裂縫，一旦熔融玻璃液從池壁的孔洞和裂縫中泄漏出來，就會對熔窯周圍的工作人員和設備造成重大損害，還可能會導致嚴重的生產(chǎn)中斷。隨著科學技術的進步，借助設備診斷技術應用于生產(chǎn)實踐，在熔窯運行中，通過使用儀器監(jiān)測手段，對設備實時進行故障判斷，從而掌握熔窯的運行狀態(tài)，找出故障的產(chǎn)生部位和生成原因，對熔窯下一步的維修提出建議，形成檢測報告，參考歷史數(shù)據(jù)，綜合判斷選擇合適的維護方式，確保熔窯的運行安全可靠。

1 玻璃熔窯的紅外技術狀態(tài)監(jiān)測

玻璃熔窯是玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的熱工設備。在生產(chǎn)運行過程中，窯爐的抗侵蝕耐火池壁會退化。這種退化表現(xiàn)為內(nèi)表面腐蝕、應力裂紋和材料侵入熔融玻璃液。玻璃生產(chǎn)工藝的不間斷性決定了不可能在生產(chǎn)中停機檢查熔窯的燒損情況。目前國內(nèi)玻璃生產(chǎn)廠家都是憑借技術人員的經(jīng)驗，從池壁外觀察發(fā)紅或裂紋等現(xiàn)象，判斷熔窯池壁是否需要維修。這樣的檢查方法不利于及時準確地發(fā)現(xiàn)熔窯存在的隱患，不利于玻璃熔窯的安全運行、不能滿足玻璃行業(yè)節(jié)能減排的要求。為了解決以上問題，本文提出采用紅外熱成像技術對玻璃熔窯進行狀態(tài)監(jiān)測，通過監(jiān)測熔窯池壁、大碹等關鍵部位的運行狀態(tài)，快速判斷熔窯存在的安全隱患級別，并把信息準確地傳送給保窯技術人員，使得技術人員能夠高效選取相應的保窯方案，從而達到延長熔窯壽命和節(jié)能減排等目的。

自然界任何物體都會向外輻射紅外線。紅外熱成像系統(tǒng)通過紅外輻射的紅外光學系統(tǒng)將景物的紅外輻射聚焦到探測器上，探測器將強弱不等的輻射信號轉換成電信號，經(jīng)過放大和視頻處理，形成可供肉眼觀察的視頻圖像。紅外熱成像技術是利用目標和背景或目標各部分之間的溫度差或輻射差異形成的紅外輻射特征圖像來發(fā)現(xiàn)和識別目標，進行溫度測量和故障檢測。紅外熱成像監(jiān)測技術是一種無損檢測技術，基于紅外輻射原理，掃描、記錄、觀察被探測表面溫度變化，對被檢測工件的表面及內(nèi)部缺陷或結構進行分析，是一門跨學科、跨應用領域的通用型實用技術。

玻璃熔窯的紅外技術狀態(tài)監(jiān)測主要是指通過紅外熱成像儀監(jiān)測玻璃熔窯池壁和大碹的溫度值來檢測其運行狀態(tài)是否正常。通過了解和掌握池壁和大碹的在線使用狀態(tài)，結合歷史數(shù)據(jù)，對可能要發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的故障進行預警、分析和判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因和部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢，提出控制故障發(fā)展的措施，通過采取加大冷卻風量、水包冷卻或綁磚的對策消除隱患故障，最終使熔窯恢復正常運行。

2 紅外技術狀態(tài)監(jiān)測預警系統(tǒng)的功能

（1）圖片數(shù)據(jù)信息的處理功能。對圖片本身的清晰度進行調(diào)整（如圖像的平滑、銳化、增強和RGB的調(diào)整等），對圖片進行旋轉、放大縮小和文字、語音注釋等。在紅外圖片上標注溫度，一張圖片上能夠標注30個溫度值及其以上。

（2）數(shù)據(jù)基礎資料的管理和存儲功能。對每次采集的數(shù)據(jù)進行命名，按不同部位進行保存，記錄以往缺陷的處理方法和現(xiàn)有存在的缺陷隱患。

（3）數(shù)據(jù)錄入功能。對采集的信息數(shù)據(jù)錄入方便和快捷。

（4）數(shù)據(jù)的分析功能。同張圖片信息可以設置不同的紅外發(fā)射率，溫度值要根據(jù)紅外發(fā)射率的不同而合理地變化。對圖片進行拼接，拼接后的圖片可放大、縮小、注釋說明。紅外溫度圖片能夠顯示等溫線（等溫面），自動選取最大值，生成平均值、曲線圖、柱狀圖等。對同一部位的監(jiān)測數(shù)據(jù)制定相應的判定標準，系統(tǒng)自動對錄入的信息進行加工處理，并結合歷史數(shù)據(jù)與設定的標準進行比較。

（5）數(shù)據(jù)輸出功能。每次采集的數(shù)據(jù)信息可自動保存在指定位置?？梢园衙繌埣t外圖片的溫度值同時輸出到EXCEL表格或WORD文件中，生成WORD或PDF格式的報告。系統(tǒng)定期對熔窯指定部位的運行狀態(tài)和存在隱患需要擇期維護的部位打印出報表，供保窯技術人員參考使用。

（6）報警功能。設定溫度范圍后，超溫報警。生產(chǎn)工藝人員對數(shù)據(jù)信息進行研判，能夠及時了解其運行狀態(tài)，對下一步的維修工作提出建議，對熔窯的運行進行綜合判斷。

3 玻璃熔窯狀態(tài)紅外熱成像監(jiān)測技術

通過長期實踐檢驗，玻璃熔窯狀態(tài)紅外熱成像監(jiān)測技術成為玻璃熔窯設備現(xiàn)代化管理的一種重要手段，為了達到監(jiān)測診斷的預期效果，建立一套完整的監(jiān)測方法，依靠計算機對歷史數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫，建立玻璃熔窯的狀態(tài)監(jiān)測預警系統(tǒng)。

3.1 建立監(jiān)測預知體系

明確玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測的部位，如池壁、大碹、蓄熱室保溫、熔窯池底電偶孔等。應根據(jù)各部位的結構、功能、使用壽命、發(fā)生故障的概率以及對生產(chǎn)和安全影響程度的不同，進行分等級分重點監(jiān)控管理。根據(jù)不同的監(jiān)測診斷受控部位，實行ABC分級管理，A級為關鍵部位，B級為重要部位，C級為一般部位。依據(jù)各部位重要性的不同，建立相應的監(jiān)測方式和管理辦法。狀態(tài)監(jiān)測故障診斷是借助數(shù)據(jù)庫技術，對采集的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲、加工和分析，并提出分析監(jiān)測報告。

3.2 突出重點、落實監(jiān)測計劃

為了進一步提升玻璃熔窯的狀態(tài)監(jiān)測技術，需要制定《玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測記錄》，做到一部位一臺賬，并作為玻璃熔窯運行技術檔案的一部分。明確測點管理，定部位、定標準、定周期對熔窯相應部位進行常規(guī)監(jiān)測，及時掌握玻璃熔窯的運行狀態(tài)。對狀態(tài)良好的部位，可以適當放寬監(jiān)測周期，而對狀態(tài)異常的部位，增加其監(jiān)測頻次，以便查明原因，及時修復。

3.3 提高監(jiān)測水平

玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測工作深入和提高的關鍵是監(jiān)測人員的技術水平。由于紅外熱成像儀是一種科技含量高的精密產(chǎn)品，在運用紅外熱成像儀進行玻璃熔窯相關部位的監(jiān)測時，不同的監(jiān)測人員可能會監(jiān)測出不同的溫度數(shù)據(jù)，主要因為紅外熱成像儀檢測的溫度值受多種因素影響，如技術人員的拍攝角度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、日照、風速、被拍攝物體的表面粗糙度以及與紅外儀發(fā)射率的設定等。所以玻璃工廠一定要重視狀態(tài)監(jiān)測人員的專業(yè)培訓。

4 玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測效果

應用紅外技術的狀態(tài)監(jiān)測診斷技術，對玻璃熔窯關鍵部位進行定期狀態(tài)監(jiān)測，對玻璃熔窯有安全隱患預兆的部位要進行跟蹤監(jiān)測，判斷故障發(fā)生的概率和研究解決方案并實施，這樣不僅能保障了熔窯的長期安全穩(wěn)定運行，而且在節(jié)能減排方面效果顯著。

4.1 紅外技術狀態(tài)監(jiān)測在熔窯池壁的應用

圖1是某浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯澄清部池壁。池壁外側頂部在無風冷卻處溫度最高點達598.4℃，其附近在冷卻風的作用下池壁外側頂部溫度僅358 ℃。通過紅外熱成像檢測，發(fā)現(xiàn)異常點，池壁相應位置所致。

圖1 玻璃熔窯澄清部池壁液面線部位耐材狀態(tài)

圖2是某生產(chǎn)線熔窯4 小#爐漏玻璃液后的池壁。漏液處已外貼水包?？梢钥吹剑┮翰课徊皇窃谝好婢€部位，而是相對靠近熔窯池壁的部。經(jīng)歷這次事件后，紅外熱成像對池壁的監(jiān)測開始不僅僅限于池壁液面線部位，而是對池壁進行網(wǎng)格化劃分，全面監(jiān)控。

圖2 熔窯4 小爐漏玻璃液池壁

從圖3可以明顯看出，該小爐池壁第5根分管口位置溫度異常，從色溫圖看該部位明顯發(fā)亮，比其它部位溫度高。與相關保窯技術人員排查未發(fā)現(xiàn)冷卻風風量小等明顯原因，考慮到應該是該部位池壁侵蝕嚴重，之后采取加大該部位分管冷卻風風量的措施，改善局部高溫，減緩池壁侵蝕速度。

圖3 熔窯池壁形貌色溫圖

4.2 紅外技術狀態(tài)監(jiān)測在熔窯大碹的應用

圖4是技術人員用紅外熱成像儀對我司某生產(chǎn)線的熔窯大碹鼠洞紅外可見光對照圖。

圖4 熔窯大碹鼠洞紅外可見光對照

圖4左圖是窯爐大碹某區(qū)域紅外圖片，右圖是該區(qū)域可見光圖片。從圖4右側圖片肉眼看到該部位燒損嚴重區(qū)域僅僅是很小的兩個小洞，但從圖4左側的紅外圖片可以看出，燒損嚴重的區(qū)域面積遠遠大于可見光看到的面積。由此可見紅外技術狀態(tài)監(jiān)測能夠更早、更及時發(fā)現(xiàn)問題。術，還需在實踐中進一步探討和提高。

5 結語

借助紅外熱成像的狀態(tài)監(jiān)測診斷技術，能夠方便、快捷和有效地把握玻璃熔窯相關部位的運行狀態(tài)，提升了玻璃熔窯的保窯水平。該技術在玻璃熔窯的安全運行和節(jié)能降耗方面也起到一定作用，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟和社會效益。玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測診斷技術是一門新興的綜合性技