玻璃熔窯運(yùn)行過程中的紅外狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

沈潔 郭利波

（浮法玻璃新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)洛陽浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心洛陽 471009）

0 引言

在玻璃生產(chǎn)過程中，熔窯運(yùn)行的安全性極其重要。由于熔窯長(zhǎng)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(fù)沖刷侵蝕會(huì)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(huì)對(duì)熔窯周圍的工作人員和設(shè)備造成重大損害，還可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)中斷。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，借助設(shè)備診斷技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，在熔窯運(yùn)行中，通過使用儀器監(jiān)測(cè)手段，對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行故障判斷，從而掌握熔窯的運(yùn)行狀態(tài)，找出故障的產(chǎn)生部位和生成原因，對(duì)熔窯下一步的維修提出建議，形成檢測(cè)報(bào)告，參考?xì)v史數(shù)據(jù)，綜合判斷選擇合適的維護(hù)方式，確保熔窯的運(yùn)行安全可靠。

1 玻璃熔窯的紅外技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

玻璃熔窯是玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的熱工設(shè)備。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，窯爐的抗侵蝕耐火池壁會(huì)退化。這種退化表現(xiàn)為內(nèi)表面腐蝕、應(yīng)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(jī)檢查熔窯的燒損情況。目前國(guó)內(nèi)玻璃生產(chǎn)廠家都是憑借技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)熔窯存在的隱患，不利于玻璃熔窯的安全運(yùn)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(shù)對(duì)玻璃熔窯進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)熔窯池壁、大碹等關(guān)鍵部位的運(yùn)行狀態(tài)，快速判斷熔窯存在的安全隱患級(jí)別，并把信息準(zhǔn)確地傳送給保窯技術(shù)人員，使得技術(shù)人員能夠高效選取相應(yīng)的保窯方案，從而達(dá)到延長(zhǎng)熔窯壽命和節(jié)能減排等目的。

自然界任何物體都會(huì)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(xué)系統(tǒng)將景物的紅外輻射聚焦到探測(cè)器上，探測(cè)器將強(qiáng)弱不等的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(shù)是利用目標(biāo)和背景或目標(biāo)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(shí)別目標(biāo)，進(jìn)行溫度測(cè)量和故障檢測(cè)。紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種無損檢測(cè)技術(shù)，基于紅外輻射原理，掃描、記錄、觀察被探測(cè)表面溫度變化，對(duì)被檢測(cè)工件的表面及內(nèi)部缺陷或結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，是一門跨學(xué)科、跨應(yīng)用領(lǐng)域的通用型實(shí)用技術(shù)。

玻璃熔窯的紅外技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是指通過紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)玻璃熔窯池壁和大碹的溫度值來檢測(cè)其運(yùn)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(jié)合歷史數(shù)據(jù)，對(duì)可能要發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)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(shì)，提出控制故障發(fā)展的措施，通過采取加大冷卻風(fēng)量、水包冷卻或綁磚的對(duì)策消除隱患故障，最終使熔窯恢復(fù)正常運(yùn)行。

2 紅外技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的功能

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

（2）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資料的管理和存儲(chǔ)功能。對(duì)每次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行命名，按不同部位進(jìn)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(duì)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(shè)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(duì)圖片進(jìn)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(dòng)選取最大值，生成平均值、曲線圖、柱狀圖等。對(duì)同一部位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定相應(yīng)的判定標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)錄入的信息進(jìn)行加工處理，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(dòng)保存在指定位置?？梢园衙繌埣t外圖片的溫度值同時(shí)輸出到EXCEL表格或WORD文件中，生成WORD或PDF格式的報(bào)告。系統(tǒng)定期對(duì)熔窯指定部位的運(yùn)行狀態(tài)和存在隱患需要擇期維護(hù)的部位打印出報(bào)表，供保窯技術(shù)人員參考使用。

（6）報(bào)警功能。設(shè)定溫度范圍后，超溫報(bào)警。生產(chǎn)工藝人員對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行研判，能夠及時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)下一步的維修工作提出建議，對(duì)熔窯的運(yùn)行進(jìn)行綜合判斷。

3 玻璃熔窯狀態(tài)紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過長(zhǎng)期實(shí)踐檢驗(yàn)，玻璃熔窯狀態(tài)紅外熱成像監(jiān)測(cè)技術(shù)成為玻璃熔窯設(shè)備現(xiàn)代化管理的一種重要手段，為了達(dá)到監(jiān)測(cè)診斷的預(yù)期效果，建立一套完整的監(jiān)測(cè)方法，依靠計(jì)算機(jī)對(duì)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(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

3.1 建立監(jiān)測(cè)預(yù)知體系

明確玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)的部位，如池壁、大碹、蓄熱室保溫、熔窯池底電偶孔等。應(yīng)根據(jù)各部位的結(jié)構(gòu)、功能、使用壽命、發(fā)生故障的概率以及對(duì)生產(chǎn)和安全影響程度的不同，進(jìn)行分等級(jí)分重點(diǎn)監(jiān)控管理。根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)診斷受控部位，實(shí)行ABC分級(jí)管理，A級(jí)為關(guān)鍵部位，B級(jí)為重要部位，C級(jí)為一般部位。依據(jù)各部位重要性的不同，建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方式和管理辦法。狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷是借助數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對(duì)采集的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、加工和分析，并提出分析監(jiān)測(cè)報(bào)告。

3.2 突出重點(diǎn)、落實(shí)監(jiān)測(cè)計(jì)劃

為了進(jìn)一步提升玻璃熔窯的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，需要制定《玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)記錄》，做到一部位一臺(tái)賬，并作為玻璃熔窯運(yùn)行技術(shù)檔案的一部分。明確測(cè)點(diǎn)管理，定部位、定標(biāo)準(zhǔn)、定周期對(duì)熔窯相應(yīng)部位進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握玻璃熔窯的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)狀態(tài)良好的部位，可以適當(dāng)放寬監(jiān)測(cè)周期，而對(duì)狀態(tài)異常的部位，增加其監(jiān)測(cè)頻次，以便查明原因，及時(shí)修復(fù)。

3.3 提高監(jiān)測(cè)水平

玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作深入和提高的關(guān)鍵是監(jiān)測(cè)人員的技術(shù)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(yùn)用紅外熱成像儀進(jìn)行玻璃熔窯相關(guān)部位的監(jiān)測(cè)時(shí)，不同的監(jiān)測(cè)人員可能會(huì)監(jiān)測(cè)出不同的溫度數(shù)據(jù)，主要因?yàn)榧t外熱成像儀檢測(cè)的溫度值受多種因素影響，如技術(shù)人員的拍攝角度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、日照、風(fēng)速、被拍攝物體的表面粗糙度以及與紅外儀發(fā)射率的設(shè)定等。所以玻璃工廠一定要重視狀態(tài)監(jiān)測(cè)人員的專業(yè)培訓(xùn)。

4 玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)效果

應(yīng)用紅外技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，對(duì)玻璃熔窯關(guān)鍵部位進(jìn)行定期狀態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)玻璃熔窯有安全隱患預(yù)兆的部位要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，判斷故障發(fā)生的概率和研究解決方案并實(shí)施，這樣不僅能保障了熔窯的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且在節(jié)能減排方面效果顯著。

4.1 紅外技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)在熔窯池壁的應(yīng)用

圖1是某浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯澄清部池壁。池壁外側(cè)頂部在無風(fēng)冷卻處溫度最高點(diǎn)達(dá)598.4℃，其附近在冷卻風(fēng)的作用下池壁外側(cè)頂部溫度僅358 ℃。通過紅外熱成像檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)，池壁相應(yīng)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。可以看到，漏液部位不是在液面線部位，而是相對(duì)靠近熔窯池壁的部。經(jīng)歷這次事件后，紅外熱成像對(duì)池壁的監(jiān)測(cè)開始不僅僅限于池壁液面線部位，而是對(duì)池壁進(jìn)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(guān)保窯技術(shù)人員排查未發(fā)現(xiàn)冷卻風(fēng)風(fēng)量小等明顯原因，考慮到應(yīng)該是該部位池壁侵蝕嚴(yán)重，之后采取加大該部位分管冷卻風(fēng)風(fēng)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(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)在熔窯大碹的應(yīng)用

圖4是技術(shù)人員用紅外熱成像儀對(duì)我司某生產(chǎn)線的熔窯大碹鼠洞紅外可見光對(duì)照?qǐng)D。

圖4 熔窯大碹鼠洞紅外可見光對(duì)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(cè)圖片肉眼看到該部位燒損嚴(yán)重區(qū)域僅僅是很小的兩個(gè)小洞，但從圖4左側(cè)的紅外圖片可以看出，燒損嚴(yán)重的區(qū)域面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可見光看到的面積。由此可見紅外技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)能夠更早、更及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。術(shù)，還需在實(shí)踐中進(jìn)一步探討和提高。

5 結(jié)語

借助紅外熱成像的狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，能夠方便、快捷和有效地把握玻璃熔窯相關(guān)部位的運(yùn)行狀態(tài)，提升了玻璃熔窯的保窯水平。該技術(shù)在玻璃熔窯的安全運(yùn)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(jì)和社會(huì)效益。玻璃熔窯狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)是一門新興的綜合性技