Способ определения толщины футеровки теплового агрегата

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4928919/02 (22) 22.02.91 (46) 15.11.93 Бюл йя 41-42 (76) Занцев Владимир Константинович; Гусев Владимир Иванович (54) СПОСОЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА (57) Изобретение относится к области определения толщины футеровки тепловых агрегатов и.может использоваться в различных отраслях промышленности для определения степени износа футеровки нагревательных обжиговых, плавильньис роторных печей Существо изобретения заключается о том, что осуществляют теплоотвод от заданных контролируемых локальных участков 1 внутренней поверхности футеровки 3 путем установки за такими участками теплоотводящих элементов 4 с заданны-. (is) RU (и) 2003021 Ц (5Ц 5 Г27021 04 ми характеристиками теплостойкости и теплопроводности и с термодатчиками 5, установленными с переменным шагом ЬХ по длине Х теппоотводящих элементов. Путем изменения, например, параметров подачи газа в тепловой агрегат, расхода топливных добавок или изменением параметров энергоподачи формируют тепловое возмущение на границе 1 футеровки 3. По результатам температурных измерений, проводимых с помощью термодатчиков 5, определяют время запаздывания т распространеэ ния экстремума температурного возмущения по длине Х теплоотводящих элементов, строят зависимость т =f(xj и находят х, при котором f(x )=О, что э ri и соответствует- положению поверхности футеровки.

2 з:п.ф-m, 3 ил.

70О3021

10

i i Vi I !8!1 !(с, 1:;..Gбр-:тение о.носигся к способам on-!

«;:;,8)!8;11,| л ro;,I(«.II«ы футеровки тепловых ar-!! å .:.-; —., -Оь и ь:u:=!<à r использоваться в, . . 1)I;;:!! .!1.|> ; 01; аслях Г!!)Омышленности (MB"

О 08 1!ал:!ургия, нефтеперера1 !:! -1 Ц неф ехимическая, ,! .", i. Г -l АЗОВ И ДР.) ДЛЯ ОПРВД8Л8НИЯ

; " | 1 . !" « (.") лРl Геу)Овк(! 1!ВГу>евательныу .,,! 0(«Ь!Х, n!ia ..ИЛ I« .ilX, РатОРНЫХ ПЕЧЕЙ.

j 1э "Gcloi«cflGco5 ОПРеделени)1 толЩины (!)У1.-,:11),:; тег!Ловых агре!атов, преимуще(>т!Gii!« > роl оу>ных печеЙ, состоя|ций В ис«10 I I . ; 0 в а H j!!i ш."1 блона, в водимОГО с пc1:1(1:1!ь!О веуггнкальной штанги в контролиГ)".(".1 чо "|ол(>сть i".ПЛОВОГО а! регата, Выдви

i j 1:j ." !"i i. p i l iJ Й л и f 8 и к и LU а б л 0 н а и

iJi I l!8 18i":: Ч| i! i 1«1/)И !! !1! 1 1 !1З«!(!Са 110 М("т«(аМ На,; 10!3!! .I:II.! I I8Ä OCT à I Kof4 Из аесп!Огo СПО::„1«,--, 1 01, 1 481;G l-;<10>I(HOCI-Ii OGP8Д,ЛВНИЯ

1i i !(i I I !)у !Оро 1ки ВО В|эемя работы гепл0 ьui,ó .111>!. Гата. !«ень!Ооеаг«точ!!Ость получае" !

1ь:х:,,:езул ii;IIGIJ а также большоо время и

1-!J," .", 8: :.!(0(Г «P io (Gc068I Io,fir! гепловых а! «ОГВ; 0 ;; ioio! ЬШОГО (J5b8f45. .- « 868CT!11. TBroi<8 Cflo(. Обы о!«ределени)1

10(II!jl!H! ii) !8!)Овките!1(!Ового агрегата при по;.:,О«ци Оадноах-. Ивных изотопов, при этом износ фу«0! 08|<и О!|ределя!ОГ пО у>азно|=ти величин ,«(1311Ь«У.!:; Ë и Этало««3 И ) ЛемеНТЗ (ЬУТ8РОВКИ С одинаковой ! равномерно или экспоненциальl10 у асГ!реД(!18HHG!1 )дель!«ОЙ1 ОЬЬ8мной актиВ"

НГ Сl ЬЮ.

Ос«-!Овным Г«едостатком известных способов яв!!яет я «евысокая точность получа.емых результа-ои, обусловленная

I>0= 0»;.IIocTI.I0 применения лишь для ограниченной толщины материала футеровки, что связано с возрастающим влиянием самопоглощения излучения при увеличении измеряемых толщин (особенно, когда удельная обьемная активность распределена равномерНО), а также с тем, что не учитывают изменение во Гремени свойств футеровки и отличие свойств эталона и контролируемого элемента, Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения толщины футеровки теплового агрегата, включающий измерение температуры в точках по сечению фугеровки. агрегата, опу>еде)18!«ие промежутка времени между изменением темп!>ратуу>НОГО р8жима агрегата и изменением температур в контролируемых! 0 |ках футеровки, onределение толщины футеровки агрегата.

Основнь|м недостатком изВестнОГО способ"., является невысокая точность получаемых результатов, Обусловленная

«решность|О измерения темпеу>атуры в среде огнеупорных материалов, используемых для изготовления элементов футеровки (графитовые, полуграфитовые, углеродистые и др., а также низкоплотные волокнистые материалы, в которых процесс теплопереноса осуществляется одновременным участием кондуктивной, конвективной и радиационной составляющих), Согласно данным погрешность измерения в среде таких материалов может достигать 100, Кроме того, известный способ предполагает резкое (скачкообразное) изменение температурного режима агрегата (н,.Пример, выпуск. металла) и соответствующее ему скачкообразное изменение температуры в контролируемых точках футеровки. В случае плавного изменения тепловых условий на тепловоспринимающей поверхности футеровки и соответствующего изменения температуры в контролируемых точках становится невозможным определить с приемлемой" степен ью точности время распространения температурного возмущения на ходу теплового потока через футеровку, что также снижает точность способа, Цель!о, изобретения является повышеНИ8 ТОЧI!ОСТИ.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения толщины футеровки теплового агрегата, включающем измерение температуры в точках по сечению футеровки агрегата, определение промежутка времени между изменением температурного режима агрегата и изменением температур в контролируемых точках футеровки, определение толщины футеровки агрегата, устанавливают. в футеровки перпендикулярно ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуру не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определя!От функцию. запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой определяют место расположения рабочей поверхности футеровки, Укаэанная цель достигается также тем, что теплоотводящий элемент выполнен из материала, теплостойкость которого соответствует теплостойкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз.

Указанная цель достигается также и тем, что координаты точек измерения температуры по длине х в сечениях теплоотводящего элемента устанавливают по математическому выражению (, = (до() 8; х 6 (О, хл),)j, . -х.

2003021 где хдоп — координаты сечения, соответству-. ющего значению предельно допустимой толщине эксплуатации футеровки.

Благодаря тому, что устанавливают в футеровке перпендикулярно ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуру не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой определяют место расположения рабочей поверхности футеровки, а также тому, что теплоотводящий элемент выполнен из материала, теплостойкость которого соответствует теплостойкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз, а координаты точек измерения температуры по длине х в сечениях теплоотводящего элемента устанавливают по математическому выражению (= x„„e; х е (О, хд, ), . — х. становится возможным исключить влияние погрешности температурных измерений в среде огнеупорных материалов на точность определения толщины футеровки теплового, агрегата, что повышает точность способа.

Одновременно, поскольку определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой определяют место расположения рабочей поверхности футеровки, становится возможным с приемлемой степенью точности проводить измерения и в случае медленного изменения температурного режима . теплового агрегата, Сравнение заявляемого технического решения с. прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие залвляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие признаку "изобретательский уровень".

Проверка работоспособности способа позволяет считать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленнаяя применимость".

На фиг.1 приведена тепловая схема ус-. тройства для реализации .предложенного способа; на фиг.2 — графическая зависимость, поясняющая определение границы футеровки; на фиг.1 и 2 обозначено: 1— начальное положение внутренней (тепловоспринимающей) поверхности контролируемого участка футеровки; 2 — текущее положение границы футеровки; 3 — футеровка; 4 — теплоотьодящий элемент; 5 — термодатчики; 6 — кожух теплового агрегата; xi— координата установки i-го термодатчика.

10 Способ поясняется конкретным примером его реализации на: KMK "Криворожсталь" при диагностировании состояния футеровки фурменных каналов доменной печи ДП-9 с построением функции запаздывания т3 3 = f(x) распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента и определения толщины футеровки.

В футеровке 3 канала перпендикулярно ее поверхности, как это показано на фиг.1, устанавливали теплоотводящий элемент 4, снабженный ХА термопарами 5, В качестве теплоотводящего элемента использовался стержень из графитового материала, коэффициент теплапроводности которого Л = 70

Вт/м.К (коэффициент теплопроводности шамотного материала футеровки канала

2-8 Ят/м K)

Для измерения температуры по сечениям теплоотводящего элемента использовались четыре ХА термопары. расстояние установки которых от тепловоспринимающей поверхности составляло: x> = 75 мм; х = 150 мм; хз = 200 мм; х4 = 225 мм. Таким образом, шаг установки термопар составлял

75 мм; 50 мм; 25мм.

Такие условия вводят с целью обеспечения возможности одновременного измерения температур в заданных сочетаниях футеровки 3 и использования этих результатов для вычисления ее износа; выравнивания интенсивности износа теплоотводящих элементов 4 и футеровки 3 (эа счет установки теплоотводящих элементов, изготовленных из материалов, теплостойкость которых соответствует теплосгойкости футеровки); снижения интенсивности перерегулируемого теплообмена с боковых поверхностей теплоотводящих элементов 4 (за счет того, что коэффициент теплопроводности материала теплоотводящих элементов не менее чем в 10 раз превышает коэффициент теплопроводности футеровки 0,1 обеспечивается близкой к одномерному тепловой поток через теплоотводящие элементы): повышения точности определения толщины футеровки по мере приближения текущего положения границы футеровки к предель2003021

Т(т, О ) = A coS m r, (1)

20 где Т вЂ” температура;

А -- амплитуда; м — частота; -- время; .

Возмущающий сигнал, представляю- 25 щнй собой температурное изменение в тепловом агрегате, распространяется в глубину футеровки 3, а реакция на такое возмущение в каждой точке измерения х йо сечению футеровки выражается в изменении темпе- 30 ратуры Т через определенное время у (время запаздывания), зависящее от расположения точки измерения относительно внутренней поверхности стенки футеровки 3. При этом профиль температуры на 35 футеровке 3 описывается следующим уравнением теплопроводности дТ д Т вЂ” - а —,, (2) 40 где Т вЂ” температура футеровки на расстоянии х от внутренней поверхности футеровки; а = — — коэффициент температуропро- 45

А рс водности;

А — коэффициент теплопроводности;

Q — удельная плотность;

С вЂ” удельная теплоемкость.

При условии (1) решение уравнения (2) имеет вид

Т (r, х) = Aexp(— x CoS(m r — х. —, 2а 2а

55 .Время запаздывания, характеризующее приход максимума сигнала в точку Х, получим иэ условия

mr — х =О

2а ной допустимой при .ее эксплуатации (эа счет уменьшения шага Лх установки термодатчиков в направлении. распространения теплового потока q до сечения с координатой хдоп, соответствующего значению пре- 5 дельно допустимой толщине эксплуатации футеровки), При подаче газа, а также изМенении парамегров подачи на границе футеровки проходило тепловое возмущение. При этом не 10 ,ребуется обеспечивать резкое (скачкообразное) изменение температурного режима агрегата, Достаточно формирование медленно периодического возмущения. В этом случае на внутренней поверхности футеров- 15 ки 3 формируются граничные условия, которые имеют ьид

Отсюда имеем з (Х)— х

2ва (3) Соотношение (3) показывает зависимость времени запаздывания от параметров, его on редел я ющих.

При подаче газа, а также изменении параметров подачи на границе футеровки проходило тепловое возмущение, Измеряют температуру не менее чем в трех точках по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля т, = f(x) по длине теплоотводящего элемента и путем экстраполяции, как это показано на фиг.2, находят хп, при котором r3 = f(x ) = О, что соответствует положению поверхности футеровки.

Результаты термометрирования для рассматриваемого случая реализации представлены на фиг,3.

В качестве критерия для регистрации времени распространения температурного поля принималось изменение темпе Уатуры в месте установки термопары на 1,5 К, что превышает погрешность проводимых термопарных измерений. Определяя, как это показано выше, координаты точки Хп, для которой время запаздывания равно f(X ) = О. получено, что износ футеровки составил

Ах =26 мм.

Для определения достоверности результатов измерений, полученных предложенным способом, в футеровке канала одновременно проводились измерения по длине теплоотводящего элемента из полуграфитового материала, снабженного термопарами с шагом установки Лx = --5 мм. В этом случае износ футеровки контролировали на основании данных о прогаре и выходе из строя температурных датчиков при известных координатах их расположения. На основании полученных данных установлено, что износ футеровки составил Л x = 25 мм.

Таким образом, различие результатов непосредственных измерений и результатов определения .толщины футеровки предложенным способом составляет д = 1 мм.

Таким образом становится возможным непрерывный оперативный контроль одновременно теплового состояния футеровки и положения границы ее износа.

Одновременно,. поскольку становится возможным исключить влияние погрешности температурных измерений в среде материала футеровки на точность получаемых результатов, повышается точность способа.

2003021

Кроме того, поскольку определяют время запаздывания т, распространения экстремума температурного возмущения по длине х теплоотводящих элементов, становится возможным устранить погрешности иэмере- 5 ний, характерные для медленно меняющихся процессов распространения теплового возмущения по толщине футеровки.

Предлагаемый способ, устраняющий влияние таких неопределенностей, позво- 10 ляет снизить погрешность получаемых результатов до уровня погрешности непосредственных измерений температуры

5%)

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА, включающий измерение температуры в нескольких точках по сечению футеровки агрегата, определение промежутка времени между изменением температурного режима агрегата и изменением температур в контролируемых точках футеровки, оценку толщины футеровки агрегата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, устанавливают в футеровке перпендикулярно к ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуры.не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой onПредлагаемый экономический эффект от предложенного способа. позволяющего с высокой точностью проводить непрерывные оперативные измерения толщины футеровки теплового агрегата, выражается в увеличении срока службы q,теравки, межремонтного пробега теплового агрегата (нагревательных, обжиговых, плавильных, роторных печей), снйжения затрат на их обслуживание и ремонт. (56) Авторское свидетельство ГССР

% 282363, кл. F 27 О 1/16, 1971. ределяют место расположения рабочей поверхна" ги футеровки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем. что теплоотводящий элемент выполняют из материала, теплостойкость которого соответствует теплостайкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз.

3. Способ по пп, 1,и 2, отличающийся тем, что координаты точек измерения температуры по длине Х в сечениях теплоотво, Ъ дящего элемента устанавливают по математическому выражению (=Хлоп e "; x Е Р,Хлоп), где Хоп - координаты. сечения, соответстс ./ вующего значению предельно допустимой толщины эксплуатации футеровки. 1

Ф ° °

1 ° Ф °.," ИИИИ ,RRERR ,0ИИИЙ

, ИЮЙ ° НИИИ