CN103206943A - 炉外检测辐射管变形的方法和装置 - Google Patents

Abstract

炉外检测辐射管变形的方法和装置，涉及一种适用于热处理设备部件检测的方法和装置，尤其涉及用于冶金企业连续退火加热炉的辐射管变形检测，检测装置包括多路采样控制器和数据分析处理单元，多路采样控制器的输入端口可分别通过管路连接到被检测辐射管的进气通道和排气通道，通过采样端口选择元件的控制，选择所述的输入端口中的一路连通到输出端口；气压检测元件的气压检测信号输出端，通过AD转换单元连接到中央处理单元的I/O口，采样得到各路压力数据经中央处理单元分析处理，得到辐射管的流通能力和变形程度的检测值，能够在炉外很方便地检测炉内辐射管是否变形以及变形程度如何，可以准确判断需要更换的辐射管，节约机组定修时间。

Description

炉外检测辐射管变形的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种适用于热处理设备部件检测的方法和装置，尤其涉及用于冶金企业连续退火加热炉的辐射管变形检测的方法和装置。

背景技术

退火炉最主要工艺参数之一就是温度，温度的产生就是通过电加热或燃烧形成的。连续退火机组的退火炉加热段和烘烤炉段，就是利用燃烧器将混合后的空气和煤气点燃供热的。按气体燃烧时煤气和空气的混合方式分类，燃烧器可分为扩散燃烧器和预混合燃烧器。连续退火机组的连退炉加热段通常采用W型辐射管燃烧焦炉煤气加热，燃烧助燃空气与燃烧器处的煤气混合后在辐射管内部燃烧，辐射管长时间受到煤气高温燃烧，时间久了就会变形或者开裂，所谓辐射管变形通常就是圆管瘪掉。这些变形的或者开裂的辐射管只有每次机组定修时才能进行更换。

中国发明专利“辊底式无氧化炉辐射管批量快速测漏方法”(中国发明专利号ZL201010117264.7公开号CN101799350)公开了一种辊底式无氧化炉辐射管在线快速测漏方法，根据燃烧器本体与废气管连接处法兰口的外形尺寸，用石棉垫制作与法兰相配合的密封垫，以及用白铁皮制作防爆片；当炉内温度降至室温后，拆开各个燃烧器的废气管，将制作好的密封垫及防爆片装入燃烧器法兰及废气管法兰之间并拧紧螺栓；打开助燃风机，使各个燃烧器处于点火状态，并保持助燃空气管路系统压力维持在6±0.5KPa；检测人员进入炉内，对每根辐射管的各个部位用肥皂水进行涂刷，并时刻注意涂刷过的地方有无气泡冒出，如有则说明这根辐射管有漏气点。虽然该发明解决了破损破裂的辐射管进行测漏的问题，但没有涉及辐射管变形的炉外检测问题，而且必须停炉后由人工进入炉内进行检测。

中国发明专利“辊底式无氧化炉辐射管在线快速测漏方法”(中国发明专利号ZL201010117275.5公开号CN101799352)公开了一种辊底式无氧化炉辐射管在线快速测漏方法，根据燃烧器本体与废气管连接处法兰尺寸，制作密封垫和防爆片；关闭单个燃烧器，拆开燃烧器废气管，将密封垫及防爆片装入燃烧器法兰及废气管法兰之间并拧紧螺栓；打开煤气管路压力检测孔或助燃空气管路压力检测孔，连接好压力表；将助燃空气管路从黑胶管处断开，从助燃空气管里注入氮气并保持管路压力维持在6±0.5Kpa，停止注入氮气，保持注入口密封；过两三分钟后观察压力表数值与停止注入氮气时的压力值是否有变化，若压力降低则说明辐射管有漏点。虽然该发明通过检测管内的静态气压实现了破损辐射管的炉外在线测漏，但是静态气压检测的方法仍无法解决在炉外检测辐射管变形的技术问题，仍然需要通过进炉检查发现辐射管的受热变形情况。因为等炉子冷到人能进去检查确认时至少要15小时以上，夏天这个时间会更长，这将势必影响定修进度。所以，每次定修之前都要对哪些辐射管需要更换进行预判，确定一些要更换的辐射管，这就需要在机组停机前即在炉外对炉内的辐射管的状况做出判断。

发明内容

本发明的目的是要提供一种炉外检测辐射管变形的方法，解决在炉外检测判断炉内的辐射管变形的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种炉外检测辐射管变形的方法，包括下列步骤：

S1)将多路采样控制器的各输入端口对应连接到辐射管的燃气通道检测点，助燃空气进气通道检测点和废气排气通道检测点；

S2)打开多路采样控制器，通过采样端口选择元件控制，依次对辐射管内各路气体压力进行采样检测；

S3)将气压检测元件采集到的压力数据，进行模数转换，储存到数据存储单元；

S4)中央处理单元读取数据存储单元存储的气体压力平均值，根据预设的流通能力计算公式，计算辐射管的流通能力，通过人机接口单元显示或打印输出；

S5)把步骤S4计算获得的流通能力值与辐射管的流通能力基准值进行比较，判断辐射管变形程度，通过人机接口单元显示或打印输出；所述的流通能力基准值是根据辐射管设计参数计算得出的预设值。

本发明的炉外检测辐射管变形的方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的流通能力计算公式为：

$Z=\mathrm{\α}*\frac{Q_m}{\sqrt{2\mathrm{\Δp\ρ}}}\frac{4}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ϵ}}\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4};$

其中，Z为流通能力；α为校正系数；Q_m为质量流量；Δp为差压；ρ为流体的密度；ε为可膨胀系数，β为直径比；d为节流件的孔径；D为管道内径。

本发明的炉外检测辐射管变形的方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的多路采样控制器的输入端口之一连通到标准大气环境；在步骤S2通过采样端口选择元件控制对大气压力进行采样；在步骤S4进行计算辐射管的流通能力之前，根据大气压力检测值调整所述的校正系数α。

本发明的炉外检测辐射管变形的方法的一种改进的技术方案，其特征在于步骤4还包括记录所述的流通能力检测值的历史数据，并根据所记录的历史数据计算和修正流通能力基准值。

本发明的炉外检测辐射管变形的方法的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的步骤S3还包含对所述的压力数据进行数字滤波抗干扰处理，按照预定的采样时间采样并计算每一路气体压力的平均值，储存到所述的数据存储单元。

本发明的炉外检测辐射管变形的方法，利用节流式差压流量计的原理，通过在炉外检测辐射管的燃气通道、助燃空气进气通道和废气排气通道的气体压力，检测判断炉内的辐射管的状况，实现辐射管的炉外检测和在线检测。

本发明的另一个目的是要提供一种炉外辐射管变形检测装置，采用所述的炉外检测辐射管变形的方法，用于解决在炉外进行辐射管变形检测的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种炉外辐射管变形检测装置，采用上述炉外检测辐射管变形的方法实现在炉外检测辐射管，所述的检测装置包括多路采样控制器和数据分析处理单元，其特征在于：

所述的多路采样控制器包含输出端口、采样端口选择元件和至少两路输入端口；所述的输入端口可分别通过管路连接到被检测辐射管的进气通道和排气通道；所述的多路采样控制器，可以通过采样端口选择元件的控制，选择所述的输入端口之中的一路，使其连通到所述的输出端口；所述的分析处理单元包括气压检测元件、AD转换单元、中央处理单元和人机接口单元，以及程序/数据存储单元；所述的输出端口与所述的气压检测元件连通；所述的气压检测元件的气压检测信号输出端，通过AD转换单元连接到中央处理单元的I/O口，采样得到各路压力数据储存到程序/数据存储单元，并经中央处理单元分析处理，得到辐射管的流通能力和变形程度的检测值，通过人机接口单元显示或打印输出。

本发明的炉外辐射管变形检测装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的多路采样控制器包含5路输入端口，其中，第一输入端口和第二输入端口分别连接主燃气进气通道的前、后差压检测点；第三输入端口连接助燃空气主进气通道检测点；第四输入端口连接废气抽排通道检测点；第五输入端口连接至标准大气压。

本发明的炉外辐射管变形检测装置的一种改进的技术方案，其特征在于所述的采样端口选择元件是包含步进电机的电动多通道切换阀，所述的中央处理器通过I/O口连接到所述的采样端口选择元件，通过其步进电机驱动，同步控制采样端口选择元件，自动切换采样通道。

本发明的有益效果是：

使用本发明的炉外辐射管变形检测方法和装置，能够在炉外很方便地检测炉内辐射管是否变形以及变形程度如何，可以准确判断需要更换的辐射管，节约了机组定修时间，为生产赢得了宝贵的时间。

附图说明

图1是常用的辐射管燃烧器的气道结构示意图；

图2是W形辐射管变形的实物图；

图3是本发明炉外检测辐射管变形的方法的流程示意图；

图4是本发明炉外辐射管变形检测装置的原理框图；

图5是多路采样控制器结构示意图；

图6是节流元件的测量原理图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

连续退火机组的连退炉加热段通常采用W型辐射管燃烧焦炉煤气加热，辐射管加热装置包含主燃烧器、点火器和燃烧器燃烧监视器装置。常用的辐射管燃烧器的气道结构如图1所示，在图1中，辐射管4采用省略画法，炉内部分仅画出靠近炉壁3的局部。煤气通过燃气通道入口1进入，助燃空气通过主鼓风机鼓入辐射管4，经由入口2进入换热装置。被辐射管4内部的高温燃烧废气预热后，再与主燃烧器喷嘴处的煤气混合，并在辐射管4内部燃烧。燃烧气体不进入炉内，在W型的辐射管4的管内全长范围内缓慢燃烧，用辐射管4外壁的辐射热来作为退火机组的加热源，燃烧后的废气通过废气管道5排出。主燃烧器的助燃空气是用风机鼓入的，所以空气流量象煤气流量一样能直接精确控制，从而使空/煤比能严格控制。W型辐射管4的炉内部分如图2所示，辐射管4装在炉内，长时间受到煤气高温燃烧，时间久了就会变形或者开裂。所谓辐射管变形，通常就是圆管瘪掉，参见图2中的b1所标示的局部。这些变形的或者开裂的辐射管只有每次机组定修时才能进行更换。

本发明就是利用节流式差压流量计的原理，提供一种炉外检测辐射管变形的方法，实现在炉外检测判断炉内的辐射管的状况。节流式差压流量计的测量原理如图6所示，节流式差压流量计的计算公式为：

$Q_m=\frac{C}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\mathrm{\ϵ}\frac{\mathrm{\π}}{4}{d}^2\sqrt{2\mathrm{\Δp\ρ}}$

$q_v=\frac{Q_m}{\mathrm{\ρ}}$

式中，Q_m为质量流量(kg/s)；q_v为体积流量(m³/s)；C为流通能力系数；ε为可膨胀系数，β为直径比(β＝d/D)；d为工作条件下节流件的孔径(m)；D为工作条件下上游管道内径(m)；Δp＝p1-p2为两个检测点的差压(pa)；ρ为上游流体的密度(kg/m³)。

由上述公式可知，通过测量辐射管不同部位的气体压力，可以测出辐射管的流通能力，从而根据辐射管内气体流通能力的变化来判断辐射管是否变形。流通能力是一个综合值，用Z表示，它表示单位截面积上通过的气体量，单位为nm3/m2(标准立方/平方米)，其值不能够直接获得，它与辐射管内煤气流量、空气流量、废气流量等有关。采用本发明的装置获得相关数据，经CPU对数据进行处理后，将各相关数据转化为流通能力，并对结果进行判定。图3为本发明的炉外检测辐射管变形的方法的流程示意图，包括下列步骤：

步骤S1

将多路采样控制器10的各输入端口101～105对应连接到辐射管的燃气通道检测点，助燃空气进气通道检测点和废气排气通道检测点；在一个实施例中，多路采样控制器的端口一和端口二分别连接到辐射管的主煤气通道的前、后检测点，端口三连接到助燃空气进气通道检测点，端口四连接到废气排气通道检测点。在改进方案的实施例中端口五连通道标准大气环境。

步骤S2

打开多路采样控制器10，通过采样端口选择元件控制106，依次对辐射管内各路气体压力进行采样检测，包括对大气压力进行采样。

步骤S3

将气压检测元件201采集到的压力数据，通过AD转换单元201进行模数转换，将转换结果储存到数据存储单元205。

步骤S4

中央处理单元203读取数据存储单元205存储的气体压力平均值，根据预设的流通能力计算公式，计算得出辐射管的流通能力Z，通过人机接口单元204显示或打印输出；

在本方法的实施例中，预设的流通能力计算公式为：

$Z=\mathrm{\α}*\frac{Q_m}{\sqrt{2\mathrm{\Δp\ρ}}}\frac{4}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ϵ}}\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4};$

其中，Z为流通能力(nm³/m²)；α为校正系数，其默认值设为1.12；Q_m为质量流量(kg/s)；Δp为差压(pa)；ρ为流体的密度(kg/m³)；ε为可膨胀系数，β为直径比(β＝d/D)；d为节流件的孔径(m)；D为管道内径(m)。

根据本方法的实施例，按照上述步骤对生产现场的辐射管进行实际检测，分别测得主煤气前后压力950Pa、400Pa、主空气压力1100Pa、废气压力2050Pa。根据上述预设的流通能力计算公式进行计算，获得计算结果Z＝5.7，通过人机接口单元的显示屏或打印机输出；实际检测过程中，在计算辐射管的流通能力之前，可以根据大气压力检测值调整所述的校正系数α。

步骤S5

把步骤S4计算获得的流通能力值与辐射管的流通能力基准值进行比较，判断辐射管变形程度，通过人机接口单元显示或打印输出；所述的流通能力基准值是根据辐射管设计参数计算得出的预设值。

从预设的流通能力计算公式可知，对于一种确定型号的未变形的辐射管来说，被测部位的节流件孔径d和管道内径D均为常量；在确定的工作条件下，空气流量和煤气流量都能直接精确控制，除了各被测部位气体压力的压差Δp之外，流通能力计算公式中的所有参数均为常量。因此，作为本发明的炉外检测辐射管变形的方法的改进，在新的辐射管投入运行时，可以使用本发明的装置进行检测，在步骤4记录所测得的流通能力Z作为历史数据，并根据所记录的历史数据计算和修正流通能力基准值。

根据本方法的一个实施例，根据历史数据计算和修正后的流通能力基准值的范围为5～6。流通能力基准值的含义是，如果Z在5～6内，说明被测辐射管无变形，如果数值低于5，说明被测辐射管变形，偏离5越多，变形则越严重。在该实施例中，Z＝5.7，说明单位截面积上通过的气体量为5.7m³/m²，因此，根据历史数据判断，被测辐射管无明显变形。

在生产现场测试过程中，各路端口的压力测试数据对准确判断辐射管的状态具有重要的意义，因此，较好的办法是在前向测试通道上采用的抗干扰措施，其中滤波方法是抑制干扰的一种有效途径。由于采用软件滤波算法不需增加硬件设备，可靠性高，功能多样，使用灵活。根据误差理论，要有效地剔除偶然误差，一般要测量10次以上。作为本发明的炉外检测辐射管变形的方法的进一步改进，可以在步骤S3对采集到的压力数据进行数字滤波抗干扰处理，按照预定的采样时间采样计算每一路气体压力的平均值，储存到所述的数据存储单元205。为了兼顾到检测精度和响应速度，预定采样时间可设为15秒，对一路输入数据以间隔1秒的周期连续采样15次。把15次采集到的A/D值存入一个数组中然后求出平均值和标准差，剔除采样数据中超过2.41倍标准差的可疑值，再求平均值作为测量值，储存到所述的数据存储单元205。

采用上述检测辐射管变形的方法，本发明提供一种的炉外辐射管变形检测装置，其实施例的原理框图如图4所示，检测装置包括多路采样控制器10和数据分析处理单元20，其中多路采样控制器10如图5所示，包含输出端口100、采样端口选择元件106和5路输入端口；其中，第一输入端口101和第二输入端口102分别连接主燃气进气通道的前、后差压检测点；第三输入端口103连接助燃空气主进气通道检测点；第四输入端104四连接废气抽排通道检测点；第五输入端口105连接至标准大气压；多路采样控制器10，可以通过采样端口选择元件106的控制，选择第一至第五输入端口101～105之中的一路，使其连通到输出端口100；分析处理单元20包括气压检测元件201、AD转换单元202、中央处理单元203和人机接口单元204，以及程序/数据存储单元205；输出端口100与气压检测元件201连通；气压检测元件201的气压检测信号输出端，通过AD转换单元202连接到中央处理单元203的I/0口，采样得到各路压力数据储存到程序/数据存储单元205，并经中央处理单元203分析处理，得到辐射管的流通能力和变形程度的检测值，通过人机接口单元204显示或打印输出。

在本发明的炉外辐射管变形检测装置的实施例中，在被检测的辐射管的各路进气通道和排气通道，包括燃气进气通道、助燃空气进气通道和废气排气通道，设置连接多路采样控制器输入端口的检测点，所述的检测点可以是阀门或者配有密封塞的管道口。在进行检测前，把各检测点与多路采样控制器的各输入端口之间通过管路对应连接。检测完成后，关闭阀门或者用密封塞封闭管道口。

在图4所示的炉外辐射管变形检测装置的经改进的实施例中，采样端口选择元件106是包含步进电机的电动多通道切换阀，中央处理器203通过I/O口连接到采样端口选择元件106，通过其步进电机驱动，同步控制采样端口选择元件106，自动切换采样通道。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种炉外检测辐射管变形的方法，包括下列步骤：

S1)将多路采样控制器的各输入端口对应连接到辐射管的燃气通道检测点，助燃空气进气通道检测点和废气排气通道检测点；

S2)打开多路采样控制器，通过采样端口选择元件控制，依次对辐射管内各路气体压力进行采样检测；

S3)将气压检测元件采集到的压力数据，进行模数转换，储存到数据存储单元；

S4)中央处理单元读取数据存储单元存储的气体压力平均值，根据预设的流通能力计算公式，计算辐射管的流通能力检测值，通过人机接口单元显示或打印输出；

S5)把步骤S4计算获得的流通能力值与辐射管的流通能力基准值进行比较，判断辐射管变形程度，通过人机接口单元显示或打印输出；所述的流通能力基准值是根据辐射管设计参数计算得出的预设值。

2.根据权利要求1所述的炉外检测辐射管变形的方法，其特征在于所述的流通能力计算公式为：

$Z=\mathrm{\α}*\frac{Q_m}{\sqrt{2\mathrm{\Δp\ρ}}}\frac{4}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ϵ}}\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4};$

其中，Z为流通能力，α为校正系数，Q_m为质量流量，Δp为差压，ρ为流体的密度，ε为可膨胀系数，β为直径比，d为节流件的孔径，D为管道内径。

3.根据权利要求2所述的炉外检测辐射管变形的方法，其特征在于所述的多路采样控制器的输入端口之一连通到标准大气环境；在步骤S2通过采样端口选择元件控制对大气压力进行采样；在步骤S4进行计算辐射管的流通能力之前，根据大气压力检测值调整所述的校正系数α。

4.根据权利要求1所述的炉外检测辐射管变形的方法，其特征在于所述的步骤4还包括记录所述的流通能力检测值的历史数据，并根据所记录的历史数据计算和修正流通能力基准值。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的炉外检测辐射管变形的方法，其特征在于所述的步骤S3包含对所述的压力数据进行数字滤波抗干扰处理，按照预定的采样时间采样并计算每一路气体压力的平均值，储存到所述的数据存储单元。

6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的炉外检测辐射管变形的方法，其特征在于利用节流式差压流量计的原理，通过在炉外检测辐射管的燃气通道、助燃空气进气通道和废气排气通道的气体压力，检测判断炉内的辐射管的状况，实现辐射管的炉外检测和在线检测。

7.一种炉外辐射管变形检测装置，采用权利要求1所述的炉外检测辐射管变形的方法实现在炉外检测辐射管，所述的检测装置包括多路采样控制器和数据分析处理单元，其特征在于：

所述的多路采样控制器包含输出端口、采样端口选择元件和至少两路输入端口；

所述的输入端口可分别通过管路连接到被检测辐射管的进气通道和排气通道设置的检测点；

所述的多路采样控制器，可以通过采样端口选择元件的控制，选择所述的输入端口之中的一路，使其连通到所述的输出端口；

所述的分析处理单元包括气压检测元件、AD转换单元、中央处理单元和人机接口单元，以及程序/数据存储单元；

所述的输出端口与所述的气压检测元件连通；

所述的气压检测元件的气压检测信号输出端，通过AD转换单元连接到中央处理单元的I/O口，采样得到各路压力数据储存到程序/数据存储单元，并经中央处理单元分析处理，得到辐射管的流通能力和变形程度的检测值，通过人机接口单元显示或打印输出。

8.根据权利要求7所述的炉外辐射管变形检测装置，其特征在于所述的多路采样控制器包含5路输入端口，其中，第一输入端口和第二输入端口分别连接主燃气进气通道的前、后差压检测点；第三输入端口连接助燃空气主进气通道检测点；第四输入端口连接废气抽排通道检测点；第五输入端口连接至标准大气压。

9.根据权利要求7所述的炉外辐射管变形检测装置，其特征在于所述的采样端口选择元件是包含步进电机的电动多通道切换阀，所述的中央处理器通过I/O口连接到所述的采样端口选择元件，通过其步进电机驱动，同步控制采样端口选择元件，自动切换采样通道。

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