CN101620009B - 光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，适合于工业炉窑光纤连续测温系统，目的是价格低、隔热散热效果好；本发明采用多晶质高氧化铝含量陶瓷纤维管套在装有光缆束的不锈钢软套管外面隔热材料；将多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯裹扎在多晶高氧化铝陶瓷纤维套管外做隔热材料；再将硅酸铝玻璃纤维布以螺旋方式缠绕高纯陶瓷纤维毯外；光纤探头安装在推焦立杆后部立柱的上部、或中部、下部，光纤探头外面加设风冷钢套，钢套内设有蓝宝石石英玻璃和冷却气吹扫管，石英玻璃挡在光纤探头前面，冷却气从钢套前端吹出；钢套外面再增设一个不锈钢外筒，在不锈钢外筒与钢套之间的间隙中填充有陶瓷纤维耐火浇注料作为保冷墙。

Description

光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法

技术领域

本发明涉及一种光纤测温仪在高温环境下的隔热保冷方法，主要用于工业炉窑连续测温系统的冷却保护。

背景技术

现有的光纤测温探头及光缆通常采用不锈钢软套管保护敷设，若长期在高温环境下使用，需吹入压缩空气冷却来保证使用寿命。但在环境温度＞450℃炉窑中连续工作，如遇到压缩机故障，短时间不能供冷风的情况下，光纤测温探头及光缆束在无任何保护措施的情况下一小时内即被烧损报废。目前国外采用的保冷方法是在长方体方管中敷设多根穿光纤测温探头及光缆束的细管，沿着细管敷设两根冷却风管，长方体方管的外部涂抹耐火材料隔热，该方法费用较高，所用许多材料国内还难以解决。

发明内容

本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种价格低、隔热散热效果好的光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法。

焦炉由上百个焦炭烧结炭化室构成，推焦机是焦炉生产的主要机具，它要连续进出炉壁温度为1200℃炭化室，将炽热的成品焦炭推出，推焦机由钢结构的立杆和横杆及电气传动系统组成，立杆和横杆均为长方体方管，立杆前部接触焦炭烧结块侧立面，由连接的横杆施加推力将焦炭推出炭化室，所以立杆和横杆在推焦作业中要频繁进出高温区域，方管的表面辐射温度高达1000℃以上，方管的内传导也有600℃，光纤式红外测温系统要安装在推焦机上，随推焦机进入炭化室完成测量炭化室炉壁温度任务，首先就是要解决光纤探头及传输光缆的隔热保护问题，为此在立杆后面设置了探头安装立柱，分上、中、下安装6个对准两侧炉壁的光纤测温头，光缆束用带压缩空气冷却吹扫的不锈钢软套管保护，沿推焦横杆方管内敷设，连接到推焦横杆尾部的红外测温仪，测温光信号转换为电信号后通过电缆传送至控制室显示。

本发明采用多晶质陶瓷纤维管、毯、布或浇注料作为光纤测温探头及光缆束的隔热材料，具体方法是：

(1)采用多晶质高氧化铝含量陶瓷纤维管套在装有光缆束的不锈钢软套管外面；该陶瓷纤维管导热系数小、低热容量、低容重，抗热震稳定性优良，化学稳定性好，价格合理，使用温度较高。

(2)将多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯裹扎在多晶高氧化铝陶瓷纤维套管外面；该陶瓷纤维毯使用温度1100℃、导热性低、热容量低、容重低、价格略低，热稳定性优良，化学稳定性好，抗拉强度好。

(3)再将硅酸铝玻璃纤维布以螺旋方式缠绕在高纯陶瓷纤维毯外面；以增加隔热层的整体性和柔韧性，硅酸铝玻璃纤维布耐高温性能优良，导热系数小，热容量低，容重略高，抗热震稳定性好，耐化学腐蚀性能优良，抗拉强度高。

(4)光纤探头安装在推焦立杆后部立柱的上部、或中部、或下部，光缆束及保冷管沿推焦横杆和立杆内敷设，不锈钢软套管内吹入压缩空气，同时轴流风机向推焦横杆和立杆内鼓风，轴流风机安装于推焦横杆尾部，带走由于推焦杆频繁进入炭化室时在推焦杆和立杆内所积的辐射热，减轻光缆束的保冷负担。

(5)光纤探头外面加设风冷钢套，钢套与不锈钢软套管螺纹连接，钢套内设有蓝宝石石英玻璃和冷却气吹扫管，石英玻璃挡在光纤探头前面，冷却气从钢套前端吹出；钢套外面再增设一个不锈钢外筒，在不锈钢外筒与钢套之间的间隙中填充有陶瓷纤维耐火浇注料作为保冷墙；对炭化室炉壁的辐射高温线有较强的隔热、反射作用，避免光纤探头部位直接接受炭化室炉壁的辐射高温线。

本发明适合于工业炉窑光纤连续测温系统。所用多晶质陶瓷纤维材料耐高温，直接受热可长期使用在1200℃以上的高温度条件下，轻质体密度小，气孔率高，气孔孔径和表面积大；热导率低，比热容低，在有压缩空气做冷却介质情况下，散热效果快；蓄热量低，很适合像推焦机这样受间隙高温辐射的机械设备。由于推焦杆尾部的轴流风机不进入炭化室，处于常温、常压下，极时吹扫推焦杆内的辐射热量，起到驱热效果，可使推焦横、立杆内环境温度从450℃降到250℃，光缆束所处的不锈钢软套管内的环境温度以及从光纤头部吹出的冷却风温从250℃降到150℃～180℃，达到进口装置的指标。不仅大大降低了成本，而且陶瓷纤维管较细、较短，因此体积小、可弯曲；便于在复杂结构的工业炉窑现场敷设光缆束。由于突出的隔热、散热效果，对轴流风机和空压机设备的要求不高，即便停机2小时，不锈钢软套管内的环境温度以及光纤头内部环境温度＜250℃，不仅烧损不了光纤测温系统，也为轴流风机和空压机设备的事故维修赢得了时间，降低了使用风险。

具体实施方式

本发明已在太原钢铁集团公司新焦炉炭化室炉壁光纤式红外测温系统试用。本发明多晶质高氧化铝陶瓷纤维套管技术参数见下表1，多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯技术参数见下表2，硅酸铝玻璃纤维布技术参数见下表3，陶瓷纤维耐火浇注料技术参数见表4。

表1：多晶质高氧化铝陶瓷纤维套管技术参数

表2：多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯技术参数

表3：硅酸铝玻璃纤维布技术参数

基本材料	硅酸铝玻璃纤维布
		熔点℃	1760
颜色	白
		导热系数W/(m·K)	0.17(平均温度800℃)
容重Kg/m<sup>3</sup>	600
		最高使用温度℃	550
连续使用温度℃	450
		尺寸mm	长30000×宽300×厚2

表4：陶瓷纤维耐火浇注料技术参数

本发明方法已在太原钢铁公司新焦炉炭化室炉壁光纤式红外测温系统试用。光纤探头在推焦立杆后部立柱的上、中、下安装有6个用蓝宝石隔离保护的冷风套管内，经光缆束传导至推焦横杆尾部，连接到红外测温仪，转换为电信号后通过电缆传送至控制室。此测温数据参与焦炉自动加热模型的运算，数据处理在CokeMaster(汉字)系统中进行。目前测温数据仅用于显示和人工观察分析。在未采用本发明方法前，空压机故障8小时内保护光纤头的蓝宝石玻璃被烧裂，光缆束被烧成粉末状而报废，经济损失约80万元。

Claims (5)

1.一种光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，其特征是：

(1)用多晶质高氧化铝含量陶瓷纤维管套在装有光缆束的不锈钢软套管外面；

(2)将多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯裹扎在多晶高氧化铝陶瓷纤维套管外；

(3)再将硅酸铝玻璃纤维布以螺旋方式缠绕高纯陶瓷纤维毯外面；

(4)光纤探头安装在推焦立杆后部立柱的上部、或中部、或下部，光缆束及保冷管沿推焦横杆和立杆内敷设，不锈钢软套管内吹入压缩空气，同时轴流风机向推焦横杆和立杆内鼓风，轴流风机安装于推焦横杆尾部，带走由于推焦杆频繁进入炭化室时在推焦杆和立杆内所积的辐射热，减轻光缆束的保冷负担；

(5)光纤探头外面加设风冷钢套，钢套与不锈钢软套管螺纹连接，钢套内设有蓝宝石石英玻璃和冷却气吹扫管，石英玻璃挡在光纤探头前面，冷却气从钢套前端吹出；钢套外面再增设一个不锈钢外筒，在不锈钢外筒与钢套之间的间隙中填充有陶瓷纤维耐火浇注料作为保冷墙。

2.如权利要求1所述的光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，其特征是多晶质高氧化铝含量陶瓷纤维管的容重为350Kg/m³，使用温度为1200℃，在平均温度为720℃时的导热系数是0.16W/m·K。

3.如权利要求1所述的光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，其特征是多晶高纯硅酸铝陶瓷纤维毯的容重为160Kg/m³，使用温度为1100℃，在平均温度为500℃时的导热系数≤0.12W/m·K，纤维直径3-5μm。

4.如权利要求1所述的光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，其特征是硅酸铝玻璃纤维布的熔点为1760℃，在平均温度为800℃时的导热系数是0.17W/m·K，最高使用温度为550℃，连续使用温度为450℃。

5.如权利要求1所述的光纤测温探头及光缆在高温环境下的保冷方法，其特征是陶瓷纤维耐火浇注料的体积密度100℃时为800Kg/m³，使用温度为1200℃，在平均温度为500℃时的导热系数≤0.2W/m·K，陶瓷纤维为颗粒状。