CN109028992A - 一种炉窑冷却壁泄漏采集单元及装置、冷却壁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炉窑冷却壁泄漏采集单元及装置、冷却壁检测方法，提供一采集冷却壁环境信息的采集单元，通过采集冷却壁环境信息，读取环境信息的突变，进而判断冷却壁是否发生泄漏以及发生泄漏的位置，本方案对冷却液的供应影响较小，采集及检测精度较高，提高了冷却壁泄漏检测精度和便捷性。

Description

一种炉窑冷却壁泄漏采集单元及装置、冷却壁检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种炉窑冷却壁泄漏采集单元及装置、冷却壁检测方法。

背景技术

工业炉窑的运行过程中需要冷却，以保障安全生产，大量工业炉窑采用的是水冷冷却结构，冷却壁通常是此类炉窑的关键设备之一。如炼铁高炉的冷却壁，此冷却壁通常使用铁、铜或钢等铸造而成，壁体内铸入由无缝钢管制作而成冷却通道，或者在轧制铜板内钻出冷却通道。冷却壁的冷却通道内通入高压、高速流动的冷却水，将冷却壁的热量快速带走，维护工业炉窑安全稳定运行。

然而，工业炉窑由于生产条件变化，炉况经常发生波动，冷却壁瞬时热负荷剧烈攀升，可能造成冷却壁破损漏水。冷却水泄漏后一方面危害工业炉窑安全生产，另一方面使得冷却壁冷却能力降低，需及时发现并修复。大型工业炉窑，如大型炼铁高炉，多段冷却壁串联形成约200-300条冷却通道，使用软水、纯水或除盐水密闭循环冷却，单体冷却通道总长度大于50m，冷却水量约20t/h，流速超过2m/s，水压大于0.3MPa。个别冷却通道破损，冷却水泄漏，操作人员很难查找泄漏位置。

现有的检漏方法大多采用下述方案：首先，关闭冷却水进出口阀门，检测一段时间内冷却通道内水压变化，如压力明显变化，通常可判定该通道已经出现漏水点；然后再缩小停水范围，依次检测每块冷却壁通道水压变化情况确定具体漏水点。上述方案费时耗力，效率较低，并且需要长时间关闭冷却水，必要时需长时间停止工业炉窑生产运行，造成较大的经济损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种炉窑冷却壁泄漏采集单元及装置、冷却壁检测方法，用于解决现有技术中冷却壁泄漏检测不便的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种炉窑冷却壁泄漏采集单元，用于检测冷却通道中冷却壁的冷却液是否泄漏，包括：用于采集冷却通道内环境信息的数据采集模块、用于存储环境信息的数据存储模块以及用于承载的壳体，所述数据采集模块以及所述数据存储模块设置在所述壳体上，且所述数据采集模块与所述数据存储模块信号连接。

可选的，所述环境信息为温度和/或压力，且所述数据采集模块包括若干个温度传感器和/或若干个压力传感器。

可选的，所述壳体为球形、椭球形或圆柱形。

可选的，所述壳体具有多个朝向壳体内部凹陷的凹槽或者凹坑，所述数据采集模块设置在所述凹槽或者凹坑内，所述数据存储模块设置在壳体内部。

可选的，所述壳体内部中空，并设有若干个配重块，且所述炉窑冷却壁泄漏采集单元的体积密度与所述冷却液的体积密度相同或相近。

一种炉窑冷却壁泄漏采集装置，其中，冷却通道上至少包括一用于开启或者关闭冷却通道的第一阀门以及一用于释放炉窑冷却壁泄漏采集单元的第二阀门。

一种炉窑冷却壁检测方法，包括：

提供炉窑冷却壁泄漏采集单元以及炉窑冷却壁泄漏采集装置；

将所述炉窑冷却壁泄漏采集单元从所述第二阀门中释放，所述炉窑冷却壁泄漏采集单元沿着冷却液的流向移动并采集所述环境信息；

在所述冷却通道出口捕获所述炉窑冷却壁泄漏采集单元；

读取数据存储模块，获取所述环境信息的突变以及发生所述突变的时间；

根据发生所述突变的时间确定冷却壁发生泄漏的位置。

可选的，所述环境信息包括温度信息和压力信息，当所述温度信息和所述压力信息均同时发生突变时，则判断冷却壁发生泄漏；若否，则判断冷却壁未发生泄漏。

可选的，若环境信息随时间变化的斜率发生阶跃，且阶跃发生后所述斜率与发生阶跃前保持一致，则不判定所述环境信息发生突变。

可选的，若环境信息随时间变化的斜率发生增大或转折，且斜率发生增大或转折后所述斜率与发生增大或转折前保持一致，则判定所述斜率发生增大或转折时，环境信息发生突变。

附图说明

图1显示为本发明实施例的炉窑冷却壁泄漏采集单元结构示意图。

图2显示为本发明的炉窑冷却壁泄漏采集装置实施例一的结构示意图。

图3显示为本发明的炉窑冷却壁泄漏采集装置实施例二的结构示意图。

图4显示为本发明的炉窑冷却壁泄漏采集装置实施例三的结构示意图。

图5显示为本发明实施例的炉窑冷却壁检测方法的流程示意图。

图6显示为实施例四中温度信息随时间变化规律图。

图7显示为实施例四中压力信息随时间变化规律图。

零件标号说明

11 凹槽

12 集成电路板

13 开关

14 电池

15 接口

16 壳体

21 第一阀门

22 第二阀门

23 供水管

24 冷却通道

25 脱气罐

200 主路通道

201 开关阀

210 旁路通道

220 支路通道

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1，针对冷却壁泄漏不便于直接测量的问题，本方案提供了一种炉窑冷却壁泄漏采集单元，用于检测冷却通道中冷却壁24的冷却液是否泄漏，采集单元包括：用于采集冷却通道内环境信息的数据采集模块、用于存储环境信息的数据存储模块以及用于承载的壳体16，所述数据采集模块以及所述数据存储模块设置在所述壳体16上，且所述数据采集模块与所述数据存储模块信号连接。本方案提供一随冷却液流动的采集单元，采集单元随着冷却液流动的过程中采集冷却液的环境信息进而获取环境信息的变化，在未发生泄漏的情况下，环境信息(例如温度或者压力)的变化是随着冷却液的流动线性衰减，当发生泄漏时，环境信息就会发生突变，通过离线的方式，采集单元获取采集单元在冷却通道流动的整个过程中的环境信息，达到采集环境信息的目的，以便于进一步检测冷却壁是否发生泄漏。

具体的，所述环境信息为温度和/或压力，且所述数据采集模块包括若干个温度传感器和/或若干个压力传感器。在实际工况下，通过采集冷却液温度和/或压力的变化情况，进一步地判断冷却壁泄漏情况，温度和/或压力的相应传感器价格低廉、便于采集且精度较高；为了保持采集单元在随流体运动过程中的平稳性，所述壳体16为球形或者椭球形；为了防止数据采集模块设置在壳体16表面易与冷却通道发生碰撞，从而导致传感器损坏或者引起检测误差/噪声，所述壳体16具有多个朝向壳体内部凹陷的凹槽11，所述数据采集模块设置在所述凹槽11内，所述数据存储模块设置在壳体内部，即数据采集模块与采集单元中心的距离应小于壳体半径，其目的：防止采集单元在冷却管道内撞击冷却壁损坏，或造成检测数据不准确。

进一步的，所述壳体内部中空，并可填充惰性气体，减少因环境温度变化造成内压波动以及对密封性能的影响，并设有若干个配重块，且所述炉窑冷却壁泄漏采集单元的体积密度与所述冷却液的体积密度相同或相近(具体地，所述炉窑冷却壁泄漏采集单元的体积密度与所述冷却液的体积密度之比为0.5至1.5或者0.5至2)，适应性地，因此采集单元在冷却通道内随着冷却液的运动速度与冷却液的流速相同或者相近，便于将环境信息与冷却液流动速度、时间进行对应，进而便于标识环境信息发生突变时的时间，确认发生泄漏时冷却壁的位置。

更具体的，采集单元的最大直径为76％D-2mm，其中D是冷却通道内径，根据使用环境不同，壳体承压能力为使用环境压力的1～1.5倍。采集单元表面还设有接口15和开关13，且采集单元内部设有电池14和集成电路板12，所述数据存储单元设置在集成电路板12上，所述电池14与集成电路板12电路连接且为集成电路板12供电，开关13、接口15以及数据采集模块均与集成电路板12连接，开关13包括开、关和清零键，在使用前开启并进行数据清零，在完成采集后进行关闭，为了防止采集单元进水引起的数据丢失，采集单元表面上设置的元器件及接口做防水密封处理，温度和压力记录频率设定为5Hz，温度检测精度为0.05℃，压力检测精度1KPa(表压)，设备存储芯片容量及读取速率满足最低需求，数据格式兼容windows或Mac操作系统，兼容手机IOS和Android系统。

为了与冷却通道相匹配便于释放和捕获采集单元，本方案提供了一种冷却壁泄漏采集装置以及下述实施例：

实施例一

请参阅图2，所述冷却通道上至少包括一用于开启或者关闭冷却通道的第一阀门21以及一用于释放炉窑冷却壁泄漏采集单元的第二阀门22，所述第一阀门21为二通阀门，所述第二阀门22为三通阀门，所述第二阀门22包括用于连通所述冷却通道的第一接口、第二接口以及用于释放所述炉窑冷却壁泄漏采集单元的第三接口，具体的，所述第二阀门为T型三通阀门。

先关闭第一阀门21，打开第二阀门22的第一接口(入水口)和第二接口(出水口)；打开采集单元开关，将采集单元放入第三接口，旋转第二阀门22接通管道；再打开第一阀门21，供水管23提供冷却液，在冷却液的作用力和浮力作用下，采集单元沿着冷却通道及冷却液流动的方向运动，最后进入冷却通道或脱气罐25等装置中，在冷却通道出口捕获采集单元。仅需短暂停止冷却液，该装置和方法简单，所需设备少，对冷却液运行影响较小，能够采集到的冷却壁24环境信息。

实施例二

请参阅图3，所述冷却通道包括主路通道200和旁路通道210，所述旁路通道210与主路通道200并联，按照冷却液的流向依次在所述旁路通道上设置所述第一阀门21以及所述第二阀门22，在主路通道200上设置开关阀201。

先关闭旁路通道210的第一阀门21，打开第二阀门22的第一接口(入水口)和第二接口(出水口)；打开采集单元开关，将采集单元放入第三接口，旋转第二阀门22接通管道；再打开第一阀门21，关闭开关阀201，供水管23提供冷却液，在冷却液的作用力和浮力作用下，采集单元沿着冷却通道及冷却液流动的方向运动，最后进入冷却通道或脱气罐25等装置中，在冷却通道出口捕获采集单元。该方法不需要停止冷却通道的冷却液，对冷却液运行影响较小，采集到的冷却壁24环境信息较为可靠。

实施例三

请参阅图4，所述冷却通道包括主路通道200、旁路通道210以及支路通道220，所述主路通道200与所述旁路通道210并联，所述旁路通道210上至少设置有两个所述第一阀门21，相邻两个第一阀门21之间的通道与所述支路通道220串联，所述支路通道上设有第二阀门22，主路通道上设有开关阀201。

先关闭旁路通道210的两台第一阀门21，打开第二阀门22；打开采集单元开关，将采集单元放入支路通道220中；关闭第二阀门22，打开旁路通道210的两台第一阀门21，关闭主路通道200上的开关阀201，在冷却液的作用力和浮力作用下，采集单元沿着冷却通道及冷却液流动的方向运动，最后进入冷却通道或脱气罐25等装置中，在冷却通道出口捕获采集单元。该方法不需要停止冷却通道的冷却液，对冷却水运行影响很小，采集到的冷却壁24环境信息可靠程度很高。

请参阅图5，本发明提供了一种冷却壁检测方法，用于检测冷却壁泄漏，炉窑冷却壁检测方法包括：

提供炉窑冷却壁泄漏采集单元以及炉窑冷却壁泄漏采集装置；

将所述炉窑冷却壁泄漏采集单元从所述第二阀门中释放，所述炉窑冷却壁泄漏采集单元沿着冷却液的流向移动并采集所述环境信息；

在所述冷却通道出口捕获所述炉窑冷却壁泄漏采集单元；

读取数据存储模块，获取所述环境信息的突变以及发生所述突变的时间；

根据发生所述突变的时间确定冷却壁发生泄漏的位置。

进一步的，所述环境信息包括温度信息和压力信息，当所述温度信息和所述压力信息均同时发生突变时，则判断冷却壁发生泄漏；若否，则判断冷却壁未发生泄漏。因为如果冷却壁发生泄漏，冷却液在冷却通道中的压力以及温度会同时地、相应地发生变化，若温度或者压力其一发生变化有可能为管道中冷却液热负荷集中导致的测量误差或者传感器误差，通过温度和压力两个采集量判断，很大程度地避免了检测错误，进而提高检测的可靠性。

更进一步的，若环境信息随时间变化的斜率发生阶跃，且阶跃发生后所述斜率与发生阶跃前保持一致，则不判定所述环境信息发生突变；若环境信息随时间变化的斜率发生增大或转折，且斜率发生增大或转折后所述斜率与发生增大或转折前保持一致，则判定所述斜率发生增大或转折时，环境信息发生突变。由于在环境信息采集过程中，尤其是压力信息采集过程中，采集单元与冷却壁发生碰撞会产生瞬时的压力阶跃信号，本方案避免了环境信息采集的错误判断，提高了采集的精确性。

根据所述冷却壁检测方法，本方案提供了下述实施例：

实施例四

请参阅图6和图7，以某炼铁高炉为例，当地大气压力0.1MPa(表压)，检测时气温25℃。高炉炉墙内衬为铸铁冷却壁24，壁体内铸入内径为58mm的无缝钢管形成冷却通道，采用软水密闭循环冷却，单条冷却通道内水流速2m/s，水量19m³/h，总阻损0.55MPa，入口水压力0.6MPa(表压)，入口水温30℃，通道高度约35m，总长度约60m，水温升10℃。根据本高炉冷却通道特点，采集单元将记录约150组有效数据，不含工作前后记录的大气温度和压力数据。数据制图后如下图所示，虚线表示正常无泄漏时温度、压力变化规律，实线表示冷却通道发生泄漏时温度、压力变化规律，观察发现，发生泄漏后，冷却水温度快速上升，压力显著下降，曲线明显偏离正常情况下曲线规律，可准确判断冷却通道已经发生泄漏。

冷却通道内水流速2m/s，下面两个图中温度升高点和压力下降点均在第20s发生，因此，泄漏点距离入口长度约40m，冷却通道总长度60m，泄漏点在炉体高度约2/3处，根据冷却系统设计资料，判断泄漏点发生在高炉炉身中部相应的位置，通过对多条冷却通道检测后，比较各条通道的水压、水温，还可分析出本高炉各区域热负荷情况。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种炉窑冷却壁泄漏采集单元，其特征在于，包括：

用于采集冷却通道内环境信息的数据采集模块、用于存储环境信息的数据存储模块以及用于承载的壳体，所述数据采集模块以及所述数据存储模块设置在所述壳体上，且所述数据采集模块与所述数据存储模块信号连接。

2.根据权利要求1所述的炉窑冷却壁泄漏采集单元，其特征在于：所述环境信息为温度和/或压力，且所述数据采集模块包括若干个温度传感器和/或若干个压力传感器。

3.根据权利要求1所述的炉窑冷却壁泄漏采集单元，其特征在于：所述壳体为球形、椭球形或圆柱形。

4.根据权利要求1所述的炉窑冷却壁泄漏采集单元，其特征在于：所述壳体具有多个朝向壳体内部凹陷的凹槽或凹坑，所述数据采集模块设置在所述凹槽或凹坑内，所述数据存储模块设置在壳体内部。

5.根据权利要求1所述的炉窑冷却壁泄漏采集单元，其特征在于：所述壳体内部中空，并设有若干个配重块，且所述炉窑冷却壁泄漏采集单元的体积密度与冷却液的体积密度相同或相近。

6.一种炉窑冷却壁泄漏采集装置，其特征在于：冷却通道上至少包括一用于开启或者关闭冷却通道的第一阀门以及一用于释放炉窑冷却壁泄漏采集单元的第二阀门。

7.一种炉窑冷却壁检测方法，用于检测冷却通道的冷却壁泄漏，其特征在于，包括：

提供一如权利要求1至5任一项所述的炉窑冷却壁泄漏采集单元；

将所述炉窑冷却壁泄漏采集单元放入冷却通道中，所述炉窑冷却壁泄漏采集单元沿着冷却液的流向移动，并采集所述环境信息；

在所述冷却通道出口捕获所述炉窑冷却壁泄漏采集单元；

读取数据存储模块，获取所述环境信息的突变以及发生所述突变的时间；

根据发生所述突变的时间确定冷却壁发生泄漏的位置。

8.根据权利要求7所述的炉窑冷却壁检测方法，其特征在于：所述环境信息包括温度信息和压力信息，当所述温度信息和所述压力信息均同时发生突变时，则判断冷却壁发生泄漏；若否，则判断冷却壁未发生泄漏。

9.根据权利要求7所述的炉窑冷却壁检测方法，其特征在于：若环境信息随时间变化的斜率发生阶跃，且阶跃发生后的所述斜率与发生阶跃前的斜率保持一致，则不判定所述环境信息发生突变。

10.根据权利要求7所述的炉窑冷却壁检测方法，其特征在于：若环境信息随时间变化的斜率发生增大或转折，且斜率发生增大或转折后的所述斜率与发生增大或转折前保持一致，则判定所述斜率发生增大或转折时，环境信息发生突变。