Wprowadzenie
     W przemyśle szklarskim istnieje zapotrzebowanie na określanie pewnych, istotnych parametrów cieplnych pracujących pieców i urządzeń oraz przebiegających procesów technologicznych. W wielu przypadkach jest to pracochłonne i czasochłonne, często wręcz niemożliwe, gdyż nie zawsze wystarcza punktowy pomiar temperatury. Również ze względu na specyfikę produkcji (ruch ciągły posuwisty i obrotowy) oraz bezpieczeństwo (wysoka temperatura, napięcie) można stosować jedynie bezkontaktowe metody pomiaru. Wtedy bardzo pomocnym narzędziem okazuje się termowizja, która pozwala uzyskać informacje o rozkładach temperatury na zewnętrznych powierzchniach badanych obiektów. Umożliwia to wykrycie kolejno wszystkich temperatur od najniższych do najwyższych oraz określenie obszarów ich występowania. Możliwa jest obserwacja i rejestracja, a następnie analiza występujących pól temperaturowych.

Badania termowizyjne nowoczesna metoda diagnostyki
     Termografia i termowizja to metody badawcze, polegające na zdalnej i bezdotykowej ocenie rozkładów temperatury na powierzchni badanych obiektów. Metody te oparte są na obserwacji i zapisie niewidzialnego promieniowania podczerwonego, wysyłanego przez każde ciało, którego moc zależna jest od temperatury i przekształceniu tego promieniowania na światło widzialne. Współczesne systemy termowizyjne wyposażone są w najnowsze dostępne dla użytkowników cywilnych kamery termowizyjne, są to w pełni pomiarowe, zminiaturyzowane urządzenia, umożliwiające bezkontaktowy pomiar rozkładów temperatury na powierzchni obiektów, gwarantujący dużą dokładność, a nie wymagający ciekłego azotu do chłodzenia detektora.

Zwiększa to znacznie możliwości wykorzystania tego sprzętu w wyjątkowo trudnych warunkach występujących w przemyśle szklarskim. Zakres mierzonych temperatur zawarty może być w granicach -20 do +2000oC, dokładność pomiaru ±2%, zaś czułość temperaturowa do 0,1 oC.

Kamera termowizyjna, np. firmy FLIR Systems THV-550, pracuje w podczerwieni w zakresie widmowym 3,6 do 5,0 µm i rejestruje promieniowanie podczerwone zgodnie z zadanym poziomem i zakresem temperatury lub dobiera te parametry automatycznie. Wykonując pomiary wykorzystuje się wymienne obiektywy 20o i 40o. Kamera umożliwia cyfrową rejestrację obrazów na specjalnej karcie PCMCIA, której zawartość następnie przenoszona jest za pomocą specjalnego czytnika do komputera. Obserwowane obrazy mogą być rejestrowane, kopiowane i porównywane w pamięci komputera. Zapisane termogramy są następnie poddawane interpretacji i obróbce cyfrowej specjalnym pakietem programów.

Posiadane oprogramowanie daje duże możliwości obróbki obrazów, gwarantujące szczegółową analizę obserwowanych zjawisk jak również diagnostykę. Efektem tej obróbki są barwne obrazy (termogramy) otrzymane na monitorze komputera, z wartościami temperatur przyporządkowanymi poszczególnym barwom. Cyfrowa rejestracja obrazów daje możliwości ich łączenia, analizowania i przetwarzania. Obrazy termalne można sporządzić w formie barwnych wydruków, tworząc obszerną dokumentację. Do każdej mapy termalnej dołączona jest skala temperaturowa obrazująca zakres występujących temperatur. Dodatkowo pokazane są liczbowe wartości temperatury w konkretnych miejscach (punktach), oznaczonych krzyżykami.

Możliwe jest pobranie i wyświetlanie na ekranie komputera pojedynczych obrazów lub ich sekwencji z różnych okresów czasu, a także kolejnych fragmentów tego samego obiektu. Stosować można powiększanie lub zmniejszanie wybranych obrazów oraz łączenie pojedynczych obrazów w większe mapy temperaturowe, co w efekcie daje duże możliwości edycyjne. Pozwala to w sposób przejrzysty przedstawić wyniki badań w formie raportów z kolorowymi wydrukami komputerowymi.

Ocena stanu technicznego pieców szklarskich
     Procesy technologiczne produkcji szkła, w tym przede wszystkim procesy topienia, zachodzą w wysokich temperaturach i wymagają względnie dużego zapotrzebowania ciepła. Zdecydowana większość pieców szklarskich w Polsce, służących do topienia szkła, opalana jest za pomocą paliw gazowych (gaz ziemny wysokometanowy), niekiedy stosuje się ogrzewanie mieszane: płomieniowe połączone z dogrzewem elektrodowym, rzadziej całkowicie elektryczne. Płomieniowe piece topliwne ze względu na stosowany rodzaj utleniacza mogą być zasilane powietrzem, powietrzem wzbogaconym tlenem lub czystym tlenem. Ze względu na sposób utylizacji entalpii spalin piece mogą być regeneracyjne lub rekuperacyjne, zaś ze względu na rozwiązania konstrukcyjne (sposób opalania) poprzeczno-płomienne i U–płomienne.

Pomimo różnorodności branż dla których produkowane jest szkło – od szkła budowlanego i samochodowego poprzez szkło opakowaniowe i gospodarcze do szkła technicznego – oraz wielkości pieców, istnieje szereg cech wspólnych dotyczących problemów eksploatacyjnych. W przypadku topienia szkła płaskiego dominująca rolę odgrywa metoda float, o dobowym wydobyciu masy szklanej 600-1000 Mg/24 h, a znacznie mniejszą ciągnienie szkła metodą Pitsburgh. Z kolei maksymalna efektywność przy produkcji opakowań szklanych osiągana jest dla jednostek o zdolności topienia 250-400 Mg/24 h. Ogromne znaczenie na efektywność produkcji ma optymalny dobór konstrukcji pieca i basenu technologicznego oraz odpowiednia eksploatacja umożliwiająca ich długą i bezawaryjną pracę.

Określenie stopnia zużycia bloków topionych basenów topliwnych
     Zastosowanie termowizji w badaniach cieplnych pieców szklarskich polega na przeprowadzeniu pomiarów rozkładu temperatury na ich zewnętrznych powierzchniach. Na tej podstawie można zlokalizować miejsca cieplejsze, czyli te, w których istnieje największe prawdopodobieństwo awarii. Uzyskane rozkłady temperatury pozwalają wnioskować o stanie technicznym wymurówki ogniotrwałej.

Powadzone w tym zakresie prace można podzielić na dwie grupy:
● służące wykryciu i lokalizacji miejsc zagrożonych w celu podjęcia doraźnych prac zabezpieczających,
● służące ilościowej ocenie stopnia zużycia wymurówki ogniotrwałej celem przedłużenia kampanii.

     Od ponad 30 lat wykonywane w polskim przemyśle szklarskim badania termowizyjne pozwalają uzyskać wiele cennych informacji o stanie technicznym pieców. Miejsce szczególne w tych badaniach zajmują pomiary rozkładów temperatury na powierzchni basenów topliwnych. Ponieważ niszczenie wykładziny ogniotrwałej następuje po wewnętrznej, niewidocznej stronie pieca, istotne jest określenie istniejącej grubości na podstawie temperatury zewnętrznej jego powierzchni. Wykorzystuje się tu zjawisko przepływu ciepła z jednego ośrodka (tj. wnętrze pieca) do drugiego poprzez przegradzającą je ścianę stałą (np. bloki basenu pieca).

Analiza cieplna w tym przypadku polega na określeniu gęstości strumieni cieplnych: przekazywanego od masy szklanej do materiału ogniotrwałego, przewodzonego przez konstrukcje ceramiczną oraz przekazywanego do otoczenia. Przyjmując, że przepływ ciepła jest jednokierunkowy oraz że stan termiczny wymurówki jest ustalony, zachodzi równość strumieni cieplnych i przez porównanie ich wartości otrzymujemy zależność funkcyjną grubości materiału ogniotrwałego (bloku) od jego temperatury zewnętrznej.



     Po przekształceniu otrzymujemy wyrażenie na grubość wymurówki ogniotrwałej:



gdzie:
λ -współczynnik przewodzenia ciepła materiału ogniotrwałego dla zakresu temperatur od Tw do Tz [W/mK],
αz – współczynnik przejmowania ciepła ( konwekcji ) na granicy materiał ogniotrwały - powietrze [W/m2K],
ε - współczynnik emisyjności powierzchni zewnętrznej materiału ogniotrwałego,
σ - stała Stefana - Boltzmana [W/m2K4],
Tw, Tz – temperatura wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni materiału ogniotrwałego [K],
To – temperatura otoczenia [K] (rys. 1-3).

Diagnostyka basenów topliwnych pieców szklarskich
     Stosując technikę termowizyjną oraz przedstawioną metodę oceny stanu materiałów ogniotrwałych wykonano badania na wielu obiektach pracujących w przemyśle szklarskim. Analizując wyniki uzyskane na kilkudziesięciu piecach zebrano liczne doświadczenia lokalizując miejsca gdzie niszczenie materiałów jest najintensywniejsze .

     Pozwala to stwierdzić, że każdorazowo największe zużywanie się materiałów ogniotrwałych występuje na poziomie lustra szkła. W wielu przypadkach stwierdzono intensywne niszczenie materiałów w okolicy kieszeni zasypowych, zwłaszcza na łączeniu ich z basenem topliwnym oraz na blokach narożnych przy przepustach. Częstym zjawiskiem jest intensywne niszczenie górnej płyty przepustu. Silniejsze niszczenie bloków basenu wykazują obszary pieców poprzeczno-płomiennych w strefach topienia, gdzie występują wyższe temperatury oraz korozyjne działanie zestawu jest silniejsze.

Przy wannach U-płomiennych zaobserwowano mocniejsze zużywanie się bloków na ścianie szczytowej pod palnikami oraz w obszarze przeciwległym do zasypu. W piecach z dogrzewem elektrodowym zwiększone zużywanie się materiałów występuje w obszarze elektrod zarówno bocznych jak i dennych. Podwyższone, lokalnie silniejsze zużywanie się materiałów ogniotrwałych stwierdzono także na blokach bocznych w sąsiedztwie obszarów pneumatycznego kłębienia masy dla wanien z bubblingiem (rys 7-9).

c.d.n.


mgr inż. Józef Osiadły
DIAGNOTERM
Kraków



Cały artykuł zamieszczono w częściach w:

- „Świecie Szkła” 5/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 1 )

- „Świecie Szkła” 6/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 2 )

- „Świecie Szkła” 9/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 3 )

- „Świecie Szkła”10/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 4 )

- „Świecie Szkła”12/2009 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 5 )

- „Świecie Szkła” 5/2010 (Zastosowania termowizji w przemyśle szklarskim - Część 6 )

patrz też:

- Pomiary w podczerwieni w hutnictwie szkła , Robert Sowa, Świat Szkła 5/2009

 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

patrz też numer specjalny: Termowizja w przemyśle szklarskim i budownictwie

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.