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              菲力爾--紅外熱成像的全球領先者

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              FLIR紅外熱像儀監測水泥窯狀況與性能

              如今,水泥在建筑業中起著中流砥柱的重要作用。作為砌筑砂漿與混凝土至關重要的一部分,水泥產品的生產與使用使水泥成為世界上最寶貴、最實用的礦產之一。水泥生產是一個十分復雜的過程,在該過程中其中一步是將水泥的主要成分石灰巖與其他成分置于旋轉爐中混合。這些旋轉爐或水泥窯是水泥廠至為關鍵的資產,能將內含物加熱至高達1,500°C。然而也存在過熱風險,可對水泥窯外殼造成重大損害。為監測細微的加熱過程以防對水泥窯造成潛在損壞,FLIR Systems紅外熱像儀可用于24/7全天候測量溫度。

              如今,水泥在建筑業中起著中流砥柱的重要作用。作為砌筑砂漿與混凝土至關重要的一部分,水泥產品的生產與使用使水泥成為世界上最寶貴、最實用的礦產之一。水泥生產是一個十分復雜的過程,在該過程中其中一步是將水泥的主要成分石灰巖與其他成分置于旋轉爐中混合。這些旋轉爐或水泥窯是水泥廠至為關鍵的資產,能將內含物加熱至高達1,500°C。然而也存在過熱風險,可對水泥窯外殼造成重大損害。為監測細微的加熱過程以防對水泥窯造成潛在損壞,FLIR Systems紅外熱像儀可用于24/7全天候測量溫度。

              個高級計算機系統IRT KilnMonitor®,該系統使水泥生產操作員能夠及時監測、處理并跟蹤來自若干水泥窯的數據。第一家公司INPROTEC IRT是FLIR Systems在意大利的官方經銷商。該公司總部位于米蘭(意大利),在面向工業安全應用的高科技設備領域具有廣泛的專業技術。第二家公司Grayess是專門定制紅外熱像儀解決方案與軟件方面的設計、生產與市場營銷領導者,面向各種廣泛應用。Grayess總部設在美國佛羅里達州布雷登頓。

              IRT KilnMonitor®系統包括FLIR A系列紅外熱像儀,可實時監測水泥窯溫度。除此此外,該系統還包括一個水泥窯可視化模塊(2D與3D)及一個熱像分析模塊。INPROTEC IRT銷售總監Roberto Ricca對FLIR紅外熱像儀的質量十分滿意,因此感到非常高興。“我們設計了該系統,旨在與FLIR A315和/或A615紅外熱像儀相集成。這些產品提供準確的紅外細節數據,對此類應用十分必要。”

              水泥生產

              為了解水泥生產過程中旋轉水泥窯的重要性以及該過程中熱像儀的使用方法,首先我們先看一下水泥是如何生產的。水泥廠通常選址在靠近市場熱點或原材料充足的區域。水泥(石灰石與粘土)的基本成分從上述采石場取得。一般而言,水泥的生產分為兩步:首先,原材料生產出熔塊。下一步是使用水泥熔塊生產水泥。

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              散裝原材料交付后軋碎并均勻混合,然后喂入旋轉水泥窯。水泥窯是一個巨大的旋轉管,長達60至90m,直徑達5m。這座巨大的水泥窯通過其內部1,500°C的火焰加熱。該水泥窯允許其材料緩慢到達另一端,材料在這一邊迅速冷卻至100-200°C。

              四種氧化物以合理的比例生成水泥熔塊:氧化鈣(65%)、二氧化硅(20%)、氧化鋁(10%)與氧化鐵(5%)。上述成分均勻混合,在1,450°C高溫火焰的加熱下將結合起來形成最終產物,即“熔塊”。隨后這些固體顆粒存入大貯倉。

              第二階段是在水泥磨碎機中進行,水泥磨碎機位置可能有別于熔塊廠。石膏(硫酸鈣)與其它的水泥狀惰性材料(石灰石)加入熔塊中。研磨所有的成分,形成優良均勻的粉末:水泥。

              旋轉水泥窯

              旋轉水泥窯內裝有耐火襯里,可將鋼制爐體與水泥窯內的高溫隔離,從而保護鋼制爐體免遭加工材料的腐蝕。該耐火襯里由耐火磚塊或澆鑄的耐火混凝土組成,襯里磨損時則需定期更換。耐火襯里的壽命可通過保養耐火襯里表面加工水泥材料的涂層來延長。襯里的厚度通常在80至300mm之間。典型的耐火層將能夠承受1,000°C或更大的溫度落差。爐體溫度需要維持在低于350°C左右,旨在保護鋼制爐體免遭損壞。這就是紅外熱像儀的用處所在。紅外熱像儀能夠持續監測水泥窯,必要時,能針對潛在的耐火材料故障發出“熱點”早期預警。

              保護水泥窯爐體

              爐體對水泥窯的工作性能尤為關鍵。紅外熱像儀可至少檢測兩種不同的爐體故障點。  

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              首先,在運轉中,一圈水泥涂層在耐火磚表面的爐體內不斷堆積。一方面,這種堆積是有利的,因為水泥涂層的堆積可降低爐體溫度,從而減少熱流失,保護耐火材料。另一方面,熔爐操作員需要意識到該涂層不能堆積太厚,因為如果涂層堆積過后將減小熔爐內徑,從而降低熔爐的生產性能。通過檢測水泥窯殼體上的低溫,紅外熱像儀可使操作員發現該故障。

              第二,不穩定的水泥涂層或涂層材料的突然脫落容易導致耐火材料發生故障,引發耐火磚掉落。隨后保護層受損,厚度降低,爐體內形成熱點,從而導致能量損失,干擾水泥窯運作。為保護鋼制爐體免遭損壞,其溫度應維持在350°C以下。該溫度可由紅外熱像儀輕而易舉進行監測。

              水泥窯監測系統

              IRT KilnMonitor®由INPROTEC IRT與Grayess聯合開發,使用三臺A315紅外熱像儀,每臺熱像儀各監測20m長的旋轉水泥窯。這些視頻流發送至中央控制室內的可視化系統,為操作員提供24/7全天候實時的水泥窯運行與性能狀況。水泥窯的旋轉時間為約30秒,IRT KilnMonitor®與旋轉時間同步,生成熱圖像。

              無論何時只要水泥窯達到不理想的溫度,操作員就能接收到細微的軟件警示,使他們采取合理的補救措施。比如,熔爐熱圖像中的熱點能夠說明耐火磚已與耐火襯里分離,水泥窯保護層正越來越薄。這種情況可能需要熔爐操作員降低熔爐溫度或甚至關閉系統,以預防嚴重損壞,避免巨大損失。

              IRT KilnMonitor®為操作員提供水泥窯運轉與性能的24/7實時視圖。

              精確的熱視圖

              為向控制室操作員提供情況的最佳可能試圖,IRT KilnMonitor®根據FLIR紅外熱像儀提供的信息生成若干不同的視圖模式。

              二維紅外視圖(溫度圖2D) 

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              IRT KilnMonitor®允許操作員選擇其自己的調色板與感興趣的溫度區。操作員可讀取特定點、特定的位置、耐火磚厚度、涂層厚度等信息。該軟件還能使操作員在獨立的窗口模式下在特定的區域進行電子變焦。

              紅外熱像儀與掃描儀

              INPROTEC IRT的Roberto Ricca極其熱衷于FLIR A315紅外熱像儀的圖片質量。當把紅外熱圖像與水泥窯爐體監測的另一大常用技術熱成像掃描儀對比時,熱像儀為終端用戶提供一項更優惠的解決方案,這點顯而易見。

              Roberto Ricca評論道:“使用掃描儀時,理論上一臺掃描機足以監測整個60米長的旋轉水泥窯。然而,使用掃描儀時,掃描機需要放置在特定的距離內,旋轉水泥窯 應該完全可視才行。事實上,這種方法并非總是可行。熱掃描儀體積龐大,在安裝時不是十分靈活。大多數情況下,旋轉水泥窯安裝在專門的生產車間內。考慮到熱 成像掃描儀的最大可視角為120°,通常無法把熱成像掃描儀安裝在距離旋轉水泥窯的恰當位置從而避免障礙物遮擋其視野。比如,眾多旋轉水泥窯的安裝都有一 個二級空氣管,該空氣管將空氣導出旋轉水泥窯之外用作能源。該二級空氣管通常就會成為熱成像掃描儀的障礙物。”

              Roberto Ricca繼續表示道:“相反,紅外熱像儀在放置和安裝方面更小、更輕、更靈活。事實上,紅外熱像儀是在空間受限時更受青睞的安裝解決方案之一。在我們的 系統設計中,我們使用了帶90°鏡頭的FLIR紅外A315熱像儀。在這種情況下,需要三臺紅外熱像儀覆蓋整個60米長的旋轉管,盡管如此,還是比一臺熱 成像掃描儀實惠。”

              運轉水泥窯的整體三維視圖(模擬3D)

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              該視圖為水泥窯“管”表面溫度的熱圖像。水泥窯正以一定的實際速度旋轉。

              水泥窯槽內的三維視圖(水泥窯截面3D)

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              該視圖模式實際是在某個位置切斷水泥窯顯示其內槽(耐火磚與涂層)。

              水泥窯終端的三維視圖(水泥窯終端視圖)

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              水泥窯終端視圖是“水泥窯截面3D視圖”的特殊情況。

              高分辨率

              FLIR A315與A615紅外熱像儀均設計緊湊,價格實惠,可由一臺PC完全控制。熱靈敏度<50mK,可捕捉最佳圖像細節和溫差信息。Roberto Ricca繼續道:“我們絕對需要高分辨率。理想的安裝中,我們通常選擇90°鏡片,因為這樣只需要兩至三臺熱像儀就能覆蓋整個水泥窯長度。對德國客戶,我們集成了帶90°鏡頭的FLIR A315,我們對該熱像儀的承諾是:高圖像質量,高精確細節!”

              “我們對未來將安裝在IRT Kilnmonitor®系統上的FLIR A615紅外熱像儀充滿興趣,因為該熱像儀將為我們提供更高的分辨率。FLIR A615紅外熱像儀的分辨率為640x480像素,能提供更精確的信息,在更遠的距離也能顯示更多細節。事實上,考慮到60米之長的旋轉水泥窯,該熱像儀為我們提供的圖像中,每個像素代表10厘米管長。”

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              熱像儀的可能位置

              IRT Kilnmonitor®所提供若干有價值的總結報告與水泥窯歷史視圖,操作員可用來評估旋轉水泥窯的性能。

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              可能用于界定水泥窯不同區域個別溫度限制的允許溫度范圍分布圖

              該圖像代表水泥窯的歷史信息。每條線代表一條歷史記錄。

              該“最糟圖像”是由眾多水泥窯歷史熱圖像組成的熱圖像。每個點表示自顯示時間起該點的最大測量溫度。

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