紅外熱成像技術在玻璃領域的應用

最新 04-26

0　引言

利用某種特殊的電子裝置將物體表面的溫度分布轉換成人眼可見的圖像，並以不同顏色顯示物體表面溫度分布的技術稱之為紅外熱成像技術，這種電子裝置稱為紅外熱像儀。紅外熱像儀最初應用于軍事，後來被廣泛應用於電力、化工、醫療等領域。

在工業生產中，許多設備常處於高溫、高壓和高速運轉狀態，應用紅外熱成像儀對這些設備進行檢測和監控，既能保證設備的安全運轉，又能發現異常情況以便及時排除隱患。同時，利用熱像儀還可以進行工業產品質量控制和管理。

熔窯、錫槽、退火窯是玻璃生產的三大熱工設備。在長期的生產運行過程中，三大熱工設備的維護均會出現目前技術難以準確監控的問題：窯爐的耐火材料會受到熱損產生「熱漏」，有些「熱漏」現象單憑人的肉眼無法看到，難以掌控其變化趨勢；窯爐池壁受到玻璃液不同程度的侵蝕而變薄時，對於池壁的侵蝕情況的判斷，憑藉的是經驗。錫槽的密封性、退火窯的保溫性能的好壞會影響玻璃的質量。然而目前普遍採用的技術卻難以精準監控生產過程中錫槽和退火窯具體部位的密封狀況和保溫性能的變化情況。

紅外熱成像技術最重要的特點即是通過對大面積掃描成像得出的溫度場變化趨勢的分析，實現對局部的有效觀察和判斷。將該技術運用到熔窯監控中可以很好地彌補紅外點溫儀測溫技術的不足。通過對錶面熱像圖中的異常點（或區域）進行分析，即可找出泄露部位。紅外熱成像技術的運用能夠為準確判斷熔窯耐火材料的燒損狀況、錫槽和退火窯的密封、保溫狀況提供幫助，對熱工設備狀態的反映更加直觀和形象。利用紅外熱像儀的這一特點，將其應用在玻璃生產三大熱工設備的監控中。

1　紅外熱成像技術對三大熱工設備的監測

1.1　熔窯監控

在窯爐耐火材料侵蝕方面，定期對熔窯大碹、脹縫、池壁、蓄熱室碹、斜坡碹、澄清部胸牆、卡脖、投料池池壁拐角、熔化部與卡脖池壁拐角、冷卻部前後拐角等關鍵部位進行掃描和拍攝，通過對錶面熱像圖中的異常點（或區域）進行分析，即可準確判斷窯爐表面「熱漏」情況（圖1和圖2）。

圖1是某玻璃生產線熔窯北3#蓄熱室碹頂的紅外和可見光圖片，從圖1中看到：正常溫度點是181.2 ℃，出現熱漏部位的溫度是315.4 ℃和328.3 ℃，最高達773.8 ℃。

圖1　某玻璃生產線熔窯蓄熱室碹頂

圖2是某生產線小爐斜坡碹碹頂的紅外和可見光圖片，出現熱漏部位的溫度是345 ℃和378.9 ℃，最高達521.2 ℃。

圖2　某玻璃生產線小爐斜坡碹碹頂

圖3和圖4是分別於2016年8月22日和2017年3月6日對某玻璃生產線南3#小爐池壁拍攝的圖片。圖片是按小爐下冷卻風管的排布縱向將3#小爐池壁觀察分為七列，橫向按池壁的高度分為四行，之所以如此細分是為了更精確觀察到每個小爐池壁可以檢測到的耐材部分。

圖3　2016年8月22日拍攝某玻璃生產線南3

#小爐池壁

圖4　2017年3月6日拍攝某玻璃生產線南3

#小爐池壁

圖5是針對該3#小爐池壁第一行液麵線部位的耐材溫度進行的數據分析。系列1表示的是2016年8月22日的數據，系列2表示的是2017年3月6日的數據,在這個時間段內，從數據圖5中可以看到：液麵線部位第一列的耐材溫度上升41.3 ℃，第二列的耐材溫度上升9.3 ℃，第三列的耐材溫度下降67.8 ℃，第四列的耐材溫度上升65.45 ℃，第五列的耐材溫度下降69.175 ℃，第六列的耐材溫度下降1.3 ℃，第七列的耐材溫度下降88.625 ℃。通過對池壁耐材溫度隨時間推遲的縱向分析，結合生產工藝，有效實現對熔窯池壁侵蝕狀況的觀察和判斷。

圖5　某玻璃生產線南3

#小爐池壁液麵線部位20160822和20170306數據分析

1.2　錫槽和退火窯監控

在錫槽方面，通過對錫槽活動邊封和胸牆的掃描拍攝，清晰掌握錫槽的密封狀況；通過對錫槽槽底各區的掃描拍攝，排查槽底異常狀況，為解決玻璃質量缺陷提供科學依據。在退火窯方面，通過對退火窯殼體和輥子四周的掃描拍攝，掌握退火窯的保溫狀態。

圖6為某玻璃生產線錫槽北3#拉邊機活動邊封與胸牆圖片。從圖6可以觀察到，北3#拉邊機活動邊封部位的密封措施不到位，存在局部泄露；圖7是流道與錫槽拐角的焊接處，原本只是鋼結構的連接，採用密封泥加強保護，但仍存在密封措施不到位的問題。

圖8為某玻璃生產線退火窯北5#～6#輥子拍攝圖片。從圖8可以觀察到，退火窯的輥子和殼體之間的密封存在「熱漏」現象；圖9是某玻璃生產線退火窯因工藝需要，安裝輔助電加熱之後，與殼體的密封出現的「熱漏」現象。這種熱漏，造成退火窯邊部散熱量較大，難以保障玻璃帶的邊部溫度，對玻璃質量產生較大影響。

圖6　某玻璃生產線錫槽北3

#拉邊機活動邊封與胸牆

圖7　某玻璃生產線南側流道與錫槽拐角

圖8　某玻璃生產線退火窯北5

#～6#輥子

圖9　某玻璃生產線退火窯北14

#輥子部位電加熱

2　紅外熱成像技術對電器設備的監測

由於電力設備的許多故障模式都是以設備的熱狀態異常表現出來的。熱狀態異常有兩種：一種是設備比正常溫度偏高，一種是設備比正常溫度偏低。而紅外檢測與故障診斷的基本原理就是通過探測被診斷設備的紅外輻射信號，從而獲得設備的熱狀態特徵，並根據這些熱狀態特徵及其規律，做出設備有無故障及故障屬性和嚴重程度的診斷。

電力設備紅外診斷技術的特點：可適時監測，不接觸、不停電、不取樣、不解體。可實現大面積快速掃描成像，圖像顯示快捷、靈敏、形象、直觀，監測效率高，勞動強度低。採用被動式檢測，簡單方便。方便計算機分析，容易實現智能化管理。

圖10為某玻璃生產線助燃風機聯軸器圖片。從圖10可以觀察到，該助燃風機聯軸器的兩端溫度不一致。一端溫度是48.3 ℃，另一端溫度是81.4 ℃。溫度高的一端是風機對輪側，溫度低的一端是葉輪側。風機對輪側是主動端，葉輪側是從動端。主動端是由三角帶提供動力，軸承受到的力比從動端大。所以，主動端溫度比從動端溫度高。