Термографический комплекс контроля технологических процессов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Вальке, Алексей Александрович

• Вальке, Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Вальке, Алексей Александрович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ 12 РЕШЕНИЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ

1.1. Физические основы регистрации тепловых излучений

1.2. Промышленные объекты для задач термографического 14 контроля

1.2.1. Термографический контроль вращающихся 14 цилиндрических печей

1.2.2. Задачи термографической уровнеметрии в производстве 17 нефтяного кокса

1.2.3. Термографический контроль свода рекуперативной печи 20 в производстве минеральной ваты

1.3. Аналитический обзор приборов для визуализации 22 тепловых полей

1.4. Разработка специализированных термографических 38 комплексов

1.4.1. Функциональна схема термографического комплекса 38 контроля вращающихся цилиндрических печей

1.4.2. Функциональная схема термографического комплекса 40 контроля коксообразования в производстве нефтяного кокса

1.4.3. Функциональная схема термографического комплекса 41 контроля свода рекуперативной печи в производстве минеральной ваты

1.4.4. Обобщенная функциональная схема строчно- 44 сканирующего преобразователя

1.5. Обоснование выбора селенисто-свинцового фоторезистора 49 в качестве ПИ термографического преобразователя

1.6. Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 57 ИЗОБРАЖЕНИЯ

2.1. Построение геометрической модели термографических 57 преобразований строчно-сканирующих приборов

2.1.1. Прием лучистого потока от нагретого тела

2.1.2. Система сканирования с помощью вращающегося 58 зеркала

2.1.3 Исследование зависимости размеров контролируемого 60 пятна от угла сканирования

2.1.4 Исследование изменения регистрирующей мощности 64 излучения от угла сканирования

2.1.5 Обеспечение линейности шкалы визуализации зоны сканирования

2.1.6 Учет изменения регистрируемого потока от угла поворота плоскости излучающей поверхности относительно нормали к плоскости приемника излучения

2.2. Обоснование выбора интерполяционной функции при построении термографического изображения

2.3. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

3.1. Разработка алгоритма программного обеспечения системы термографического контроля цилиндрических вращающихся печей

3.2. Разработка программного обеспечения системы термографического контроля цилиндрических вращающихся печей

3.3. Разработка алгоритма программного обеспечения системы термографического контроля уровня нефтяного кокса в реакторе замедленного коксования

3.3.1. Алгоритм цифровой фильтрации

3.4. Разработка программного обеспечения системы термографического контроля уровня нефтяного кокса в реакторе замедленного коксования

3.5. Разработка алгоритма программного обеспечения системы термографического контроля плавильной рекуперативной печи

3.6. Разработка программного обеспечения системы термографического контроля плавильной рекуперативной печи

3.7. Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ, РАСЧЕТНЫХ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Контроль процессов обжига сырья

4.1.1 Теплофизическая модель контроля процессов обжига сырья во вращающихся печах

4.1.2. Расчеты толщины футеровочного слоя и температуры на внутренней стенки печи

4.1.3. Интерфейс программного обеспечения термографической системы контроля корпуса вращающейся печи

4.2. Контроль процессов коксования

4.3. Контроль свода плавильной рекуперативной печи

71

72

76

77

77

85

88

92

97

103

104

105

105

111

115

117

4.4. Градуировка термографической системы и поверка 124 диапазона измерения радиационной температуры

4.5. Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Акты внедрения результатов 142 диссертационной работы

Приложение Б. Алгоритмы программного обеспечения

Приложение В. Исходные коды программного обеспечения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термографический комплекс контроля технологических процессов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационных исследований.

Термографическая информация о распределении температур на поверхностях оборудования и конструкций позволяет контролировать различные технологические процессы, а также анализировать состояние оборудования, диагностировать дефекты и принимать решение о необходимости ремонта оборудования или его аварийной остановке. Информацию о распределении теплового поля в настоящее время получают с помощью специальных приборов - термографов (тепловизоров). Несмотря на широкое распространение тепловизоров смотрящего типа, в которых используются многоэлементные приемники излучения, существует ряд задач, когда целесообразно применять сканирующие термографические приборы. Это связано с тем, что из-за неоднородности параметров и характеристик отдельных чувствительных элементов матричных приемников требуется частая калибровка матрицы во время работы, что приводит к усложнению и соответственно к удорожанию приборов такого типа. Наибольшую трудность при этом представляет термостабилизация параметров полупроводниковых ячеек в матрицах. Кроме того, недостатками тепловизоров смотрящего типа является наличие фокусирующей линзы, что накладывает ограничения на применения таких приборов в условиях грязи, пыли брызг металлов и приводит к удорожанию эксплуатации таких приборов.

В настоящей работе приведены разработки строчно-сканирующих термографов, в которых используются одноэлементные приемники излучения. Сканирование в таких приборах осуществляется вдоль строки, а развертка температурного поля создается с помощью перемещения объекта сканирования или самого термографа. Строчно-сканирующие термографы чаще всего применяются для контроля за различными движущимися объектами, например, при осуществлении контроля стенки корпуса вращающихся печей цементного производства. К типу сканирующих приборов относятся тепловизоры: Иртис 2000С, выпускаемый российской компанией «Иртис», MP 150 фирмы «Raytek», используемый в системе CS210 и другие.

Несмотря на то, что в России термографии в последние годы посвящено ряд

работ: Е.В.Абрамова, О.Н.Будадин, В.П.Вавилов, Д.А.Нестерук, В.Г. Торгунаков и др. и на рынке присутствует большое разнообразие отечественных и зарубежных тепловизионных приборов, существуют специализированные задачи термографического контроля, решение которых

требует как приборов, так и программного обеспечения, адаптированных под конкретные технологические процессы. Так, например, в рамках настоящей работы установлено, что по распределению теплового поля на поверхности стенки корпуса реактора замедленного коксования в производстве нефтяного кокса, возможно осуществлять контроль высоты образования коксующейся массы внутри реактора, т.е. решать задачи уровнеметрии. Контроль теплового поля развертки цилиндрической стенки корпуса печи в цементном производстве позволяет не только вести технологический контроль за обжигом клинкера, но и решать задачи дефектоскопии. Термографический контроль футеровок технологического оборудования позволяет продлевать срок его службы и предотвращать аварийные ситуации. Поэтому создание дешевых термографических комплексов, адаптированных под эксплутационные условия технологических процессов, является актуальной проблемой.

С учетом вышесказанного актуальность настоящих диссертационных исследований обусловлена:

Необходимостью создания дешевых комплексов термографического контроля, адаптированных под конкретные технологические процессы, реализующих визуализацию тепловых полей строчно-сканирующими преобразователями и осуществления алгоритмической обработки полученной информации.

Цель диссертационных исследований:

Разработка специализированных термографических комплексов для задач теплового контроля в производствах цемента, минеральной ваты, нефтяного кокса, алгоритмического и программно-технического обеспечения визуализации и обработки изображений тепловых полей.

Задачи диссертационных исследований:

• Обосновать целесообразность применения для первичного преобразователя термографического комплекса приемника излучения на основе РЬ8е фоторезистора.

• Разработать математическую модель, обеспечивающую адекватность геометрии тепловых полей и размеров прогаров футеровок при их визуализации с помощью строчно-сканирующего термографа.

• Разработать строчно-сканирующий термографический комплекс с программным обеспечением, адаптированным для задач теплового контроля процессов обжига сырья в цилиндрических вращающихся печах, обнаружения изменений толщины футеровочного слоя.

• Разработать аппаратно-программный термографический комплекс строчно-сканирующего контроля температуры поверхности стенки реактора, находящегося под избыточным давлением, обеспечивающий технологический контроль за уровнем образования нефтяного кокса.

• Разработать функциональную схему и специализированное программное обеспечение совмещения изображений тепловых полей от четырех строчно-сканирующих преобразователей для термографического комплекса автоматизированного контроля свода рекуперативной плавильной печи в производстве минеральной ваты.

Положения выносимые на защиту:

• Обобщенная функциональная схема термографического комплекса контроля технологических процессов.

• Обоснование выбора для поставленных задач фоторезистора на основе РЬБе в качестве приемника излучения для первичного строчно-сканирующего преобразователя

• Разработанная математическая модель геометрических представлений тепловых полей, полученных при визуализации с помощью строчно-сканирующего преобразователя.

• Разработанный алгоритм динамического анализа тепловых полей, изменяющихся во времени по двум координатам.

• Разработанные алгоритмы термографического контроля процессов коксообразования в производстве нефтяного кокса.

• Алгоритмы совмещения и визуализации общего теплового поля, формируемого при помощи четырех термографических сканирующих первичных преобразователей.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

• Анализ и обоснование целесообразности применения РЬ8е-фоторезистора в качестве приемника излучения для строчно-сканирующего

преобразователя без использования систем охлаждения и оптических элементов.

• Разработаны математические модели геометрических представлений тепловых полей, полученных при визуализации с помощью строчно-сканирующего преобразователя, позволяющие уменьшить искажения при визуализации геометрии дефектов футеровок.

• Предложен новый подход анализа термографического изображения двумерного теплового поля, изменяющегося во времени.

• Разработан специализированный термографический комплекс строчно-сканирующего контроля процессов обжига, адаптированный под тепловой контроль поверхности стенок корпуса вращающихся печей.

• Предложена функциональная схема автоматического теплового контроля свода корпуса рекуперативной печи, при помощи четырех сканирующих первичных преобразователей, в производстве минеральной ваты.

• Исследована возможность термографической уровнеметрии в производстве нефтяного кокса.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

• Разработан комплекс термографического контроля технологических процессов обжига сырья и диагностирования состояния футеровки для цилиндрических вращающихся печей, адаптированный под различные технологические процессы.

• Разработан специализированный термографический комплекс для контроля уровня коксообразования в производстве нефтяного кокса.

• Разработан специализированный термографический комплекс, позволяющий автоматизировать контроль свода рекуперативной плавильной печи в производстве минеральной ваты, при помощи четырех первичных преобразователей.

Внедрение результатов работы

• Термографические комплексы контроля стенок корпуса вращающихся печей обжига внедрены в производстве прокалки нефтяного кокса в ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ»; на печах обжига бокситового сырья в АО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар, Казахстан); в ОАО «БАЛЦЕМ», (г. Балаклея, Украина) на двух печах обжига клинкера в производстве цемента.

• Специализированный термографический комплекс для задач уровнеметрии в процессах коксообразования при производстве нефтяного кокса внедрен на ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ».

•Комплекс термографического контроля свода рекуперативной плавильной печи внедрен на ОАО «АКСИ» (г. Челябинск).

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Динамика систем, механизмов и машин», III Международная научно-техническая конференция (Омск, 1999), «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» III международный технологический конгресс (Омск, 2005), «Динамика систем, механизмов и машин», VI Международная научно-техническая конференция (Омск, 2007), «Температура 2004», II Всероссийская конференция по проблемам термометрии (Подольск, 2004)и др.

Публикации

По материалам диссертационных исследований опубликовано 21 печатная работа, из них 6 тезисов доклада и 12 статей (в изданиях из списка ВАК - 5 статей), два свидетельства отраслевого фонда алгоритмов и программ об отраслевой регистрации разработки и свидетельство о регистрации электронного ресурса.

Личный вклад автора

Автором разработаны алгоритмическое и программно-техническое обеспечение для задач теплового контроля при обработке сигналов от строчно-сканирующих преобразователей. Разработка функциональных схем систем термографического контроля и внедрение проводилось при непосредственном участии автора. Автору принадлежит математическая модель геометрических представлений тепловых полей, полученных при визуализации с помощью строчно-сканирующего преобразователя и программные продукты для разработанных термографических комплексов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из

введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Диссертация изложена на 142 листах основного текста, содержит 73 рисунка, 4 таблиц и 3 приложения.

Во введении обоснована актуальность разработки программно-аппаратных комплексов визуализации тепловых полей, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость результатов, представлены структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются физические законы регистрации тепловых излучений, приборы для визуализации тепловых полей, их структурные схемы и технические характеристики. Представлено описание промышленных объектов для задач термографического контроля. Приведены обобщенная функциональная схема строчно-сканирующего преобразователя и требуемый протокол обмена данными между аппаратной частью и компьютером. Сформулированы требования к программной части термографического комплекса визуализации тепловых полей. Обоснован выбор в качестве приемника излучения в строчно-сканирующем преобразователе РЬБе-фоторезистора.

Вторая глава посвящена созданию математических моделей визуализации теплового поля, полученного после обработки информационных сигналов от сканирующего пирометрического преобразователя. Получена аналитическая зависимость размеров контролируемого пятна от угла сканирования. Предложен алгоритм линеаризации изображения зоны сканирования. Произведен анализ и выбор интерполирующей функции улучшения качества термографического изображения.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов работы программного обеспечения и разработке самого программного обеспечения. Описаны алгоритмы работы программного обеспечения систем термографического контроля цилиндрических вращающихся печей, контроля уровня нефтяного кокса в реакторе замедленного коксования, контроля свода плавильной рекуперативной печи. Показана структура и описаны основные модули программного обеспечения, а также рассмотрена его программная реализация.

Показаны алгоритм определения уровня коксующегося продукта в реакторе замедленного коксования и алгоритм совмещения изображения теплового поля полученного с помощью четырех первичных преобразователей.

В четвёртой главе приведены результаты моделирования, расчетов и практического применения систем термографического контроля технологических процессов обжига сырья в цилиндрических вращающихся печах, термографического контроля свода рекуперативной печи. Представлена работа программного обеспечения для определения высоты коксующихся продуктов с помощью системы термографического контроля температуры по высоте корпуса реактора. Приведены интерфейсы отображения термографической информации реализующую работу приведенных алгоритмов и программного обеспечения.

В приложении к диссертации приведены алгоритмы и исходные коды разработанного программного обеспечения и акты их внедрения.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКАТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ

1.1 Физические основы регистрации тепловых излучений

Все физические тела при температуре выше абсолютного нуля в результате колебаний атомов и молекул, которые определяются температурой вещества, испускают лучистую энергию. Мощность излучения с единицы поверхности увеличивается с ростом температуры. Энергия представляет собой электромагнитные волны, охватывающие широкую область спектра. Распределение плотности излучения по длинам волн электромагнитного излучения для абсолютно черного тела (АЧТ) описывается законом Планка [61]:

С с2 V1

Vе - V

(1.1)

где - спектральная плотность потока, С] и с2 - константы, X - длина волны, Т - температура тела.

сх = 2 • л • к • с2

И • с

С2=Т

где с - скорость света в вакууме, Ь - постоянная Планка, к - постоянная Больцмана.

На графиках рисунка 1.1 показано изменение относительной спектральной плотности потока излучения АЧТ для трех температур.

4 10 б 10

Х.мки

900 С ------- 600 С---300 С

Рис. 1.1. Изменение относительной спектральной плотности потока излучения

В аппаратных реализациях приборов визуализации тепловых излучений, когда излучение регистрируется на некотором интервале от А,] до Х2 спектральной чувствительности приёмников излучений (ПИ) термографической аппаратуры, поток излучения в соответствии с функцией Планка будет определяться интегралом

«Я, 2

/ ^ \-1

(1.2)

Ф

X Х2

С] • X 5 •

( \ х-т

\

е -V

йХ

Я.1

Поток Ф во всем спектральном диапазоне может быть выражену в соответствии с законом Стефана-Больцмана как:

ГСО

ф =

С,-иг5-

(V1

х-т . Vе - V

дХ = ст • Т

4 (1.3)

где ст - постоянная Стефана-Больцмана, Ф - плотность потока.

Из формулы (1.3) видно, что плотность потока, испускаемого нагретым телом во всем спектральном диапазоне, пропорциональна температуре нагретого тела в четвертой степени.

Из выражения (1.2) видно, что, регистрируя излучение в диапазоне X] - Х2, можно получить некоторую нелинейную зависимость температуры Т от потока излучения Ф. На основе регистрации этих лучистых потов потоков и базируются аппаратные средства визуализации тепловых полей.

1.2. Промышленные объекты для задач термографического контроля 1.2.1. Термографический контроль вращающихся цилиндрических

Обжиг сырья в цилиндрических вращающихся печах, является важным компонентом технологических процессов производства различных материалов, например, в производствах алюминия, цемента, извести, кокса и других материалов. При этом контроль за соблюдением температурного режима при обжиге сырья влияет на качество выпускаемого материала. Поэтому тепловой контроль обжига сырья, является одной из важнейших задач в производстве различных материалов.

При обжиге сырья используются цилиндрические вращающиеся печи диаметром несколько метров (2.5 - 7) и длиной несколько десятков метров (50 - 250). На рисунке 1.2. показана цилиндрическая вращающаяся печь обжига клинкера в цементном производстве [57].

печей

¿3

Рис. 1.2. Цилиндрическая вращающаяся печь обжига клинкера в цементном производстве

Печь состоит из течки для подачи шлама (1), цепной завесы (2) находящейся внутри печи, бандажей (3), привода печи (4) с венцовой шестерней (5), опорных роликов (6), орошающей установки (7) и холодильника (8). Стенка такой печи представляет собой двухслойную структуру. Внешний слой состоит из стального корпуса печи. Второй слой состоит из огнеупорной футеровки. Футеровка делается обычно из огнеупорного кирпича. Структура стенки печи показана на рисунке 1.3.

1

2

-V

Х\

1 - стальной корпус печи. 2 - футеровка.

Рис. 1.3. Структура стенки вращающейся печи.

Обычно печь по длине разделяется на несколько зон, в зависимости от температуры газового потока и тех физико-химических превращений, которые испытывает материал при обжиге. При этом в каждой зоне должна быть строго определенная температура. От соблюдения теплового режима печи зависит качество полученного материала. При этом важнейшей составляющей в тепловом балансе печи составляют потери тепла через корпус печи, которые можно определить, измеряя температуру на поверхности корпуса печи.

В связи с этими требованиями термографический контроль стенки корпуса вращающейся печи позволяет решать следующие задачи:

• вести технологический контроль за процессами обжига по зонам длины печи;

• определять тепловые потери;

• определять состояние футеровочного слоя печи, наличие зольных колец при работе на угольном топливе, а также толщину обмазки в зоне спекания;

Особенно важно своевременное предупреждение о повреждениях футеровки и сходах обмазки в зоне спекания для принятия своевременных мер для предотвращения повреждений корпуса печи и ее аварийных остановок [35].

Наиболее предпочтительными для теплового контроля таких печей представляются термографические преобразователи сканирующие одну строку, т.к. полная развертка цилиндра печи в этом случае может быть получена за счет вращения печи.

Например в производстве алюминия печь для спекания бокситовой шихты можно разделить на четыре температурные зоны: обезвоживания, кальцинации, спекания и охлаждения. На рисунке 1.4 приведен примерный график изменения температуры газов и шихты по зонам [79]. В первой зоне (температура шихты 50— 300 °С) из шихты удаляется влага, во второй (300—900 °С) — разлагается известняк и начинаются реакции между отдельными компонентами шихты. В третьей зоне температура газового потока достигает 1400—1600°С, а температура материала 1150—1250°С. В этой зоне заканчиваются необходимые реакции и образуется спек. В четвертой зоне, расположенной в нижней части барабана печи перед огневым факелом, температура спекания снижается до 1000—1100°С.

В связи с этим представляется актуальной обратная задача определения температуры внутри печи, через измерения температуры на стенке ее корпуса.

Аналогичные задачи стоят в технологиях производства цемента и прокалки нефтяного кокса во вращающихся печах.

т.-с

1500 1000 500

О

м

Рис. 1.4. Изменения температуры газов (1) и шихты (2) в печах спекания

бокситовой шихты

1.2.2. Задачи термографической уровнеметрии в производстве нефтяного

кокса

В ОАО «Сибнефть - Омский НПЗ» производство нефтяного кокса ведётся на установке замедленного коксования из тяжёлых нефтяных остатков в четырех реакторах. Установка состоит из реакторного блока, блока ректификации и системы транспорта и классификации кокса.

Реактор установки представляет собой полый цилиндр из стали высотой 28 метров и диаметром 5,5 метра. Для уменьшения тепловых потерь стальной корпус реактора утеплен теплоизоляцией, состоящей из минеральной ваты, защищаемой снаружи алюминиевым листом (Рис. 1.5).

Процесс замедленного коксования представляет собой замедленный крекинг тяжелых нефтяных остатков, конечным продуктом которого является кокс. Процесс коксования имеет радикально-цепной механизм, в результате которого идут экзотермические и эндотермические процессы крекинга с образованием углеводородов с молекулярным весом меньше чем исходное сырье и процессы конденсации с образованием кокса. Кроме кокса на установке получают бензин, газойль и газ.

Тегшошоляция

Тяжшьш газойль гудрон, бензин

Рис. 1.5. Реактор установки 21-10/3М

Нагретое в змеевиках печей до 480 - 485 °С сырье (тяжелый газойль, гудрон, бензин), под давлением подается вниз реактора. Температура верха реактора зависит от заданного качества получаемого бензина и может изменяться от 100 до 130 °С. Давление в реакторе поддерживается регулятором давления и составляет 2,8 - 3,4 кгс/см~.

После окончания процесса коксования по штанге, опускаемой через верхнюю горловину реактора, производится замер уровня образовавшегося кокса. После чего производят разрушение монолитной массы кокса в реакторе при помощи гидрорезака.

Весь технологический цикл получения нефтяного кокса длится 64 часа, из них непосредственно коксование занимает 32 часа. Остальное время требуется на различные подготовительные работы.

Как видно из описания, технологический процесс получения нефтяного кокса ведется по времени, а не по уровню заполнения реактора коксующейся массой. Это приводит к тому, что при различном исходном сырье, уровень кокса в реакторе, после окончания процесса коксования, может колебаться в пределах от 14 до 21 метра. Кроме того возможен перелив коксующейся массы через верх реактора, что может привести к аварийной остановке, разрушению реактора и остановке всего технологического процесса.

Поэтому контроль за динамикой уровня коксующегося продукта в реакторах в режиме реального времени необходим для решения следующих задач [40]:

• повышения безопасности ведения процесса;

• обеспечения планового выхода кокса при условии минимизации энергозатрат, либо максимальную производительность установки;

• влияния на качество производимого кокса;

• автоматизации процессов длительности циклов коксования.

В отечественной и зарубежной практике измерение уровня кокса в коксовых камерах производят с помощью радиоизотопных приборов. Проектом ВНИПИнефть на установке замедленного коксования 21-10/ЗМ также был предусмотрен монтаж гамма-прибора типа ГР-7. При этом прибор перемещался по высоте реактора по специальным направляющим на стенке реактора при помощи тросиковой электроприводной системы. Это техническое решение не отвечало требованиям надёжности и не обеспечено сертифицированным техническим обслуживанием, в результате прибор был демонтирован в первые годы эксплуатации установки.

Кроме того, ионизирующие излучения, применяемые для этой цели, по мощности являются потенциально опасными для обслуживающего персонала, а применение радиоизотопных приборов требует специальной сертификации,

дополнительных затрат на транспортировку, эксплуатацию и хранение радиоактивных материалов.

Поскольку в реакторе экзотермический и эндотермический процесс коксования сопровождается изменением температуры по высоте корпуса реактора, в работе предлагается уровень образования кокса контролировать термографическими комплексами по распределению температуры на корпусе реактора [40].

1.2.3. Термографический контроль свода рекуперативной печи в производстве минеральной ваты

В настоящее время в строительной отрасли в качестве теплоизоляционного материала широко применяется минеральная вата, представляющая собой волокнистый теплоизоляционный материал, получаемый из силикатных расплавов на основе минерального сырья: доменных шлаков, смесей осадочных и изверженных горных пород (кварцевого песка, известняка, кальцинированной соды). Одним из ведущих в России производителей минеральной ваты является ОАО «АКСИ» (г. Челябинск).

Производство минеральной ваты состоит из следующих операций: подготовки сырьевых материалов, плавления сырья и получения расплава, переработки минерального расплава в волокна, осаждения ваты (волокон), формирования минераловатного ковра в камере волокноосаждения. Для получения расплавов в условиях промышленного производства применяются специализированные рекуперативные печи, имеющие форму параллелепипеда с размерами основания 10x6 метров и высотой 4 метра. Печь выполняется методом сухой кладки из огнеупорного кирпича прямоугольной (дно и стенки) и клиновидной (свод) формы. На высоте 2,5 метра над сводом печи расположен металлический настил с транспортером подачи сырья. Для получения расплава внутри печи с помощью двух газовых горелок поддерживается температура около 1500°С.

На рисунке 1.6 показана конструкция рекуперативной печи установленной в ОАО «АКСИ».

6 м

Рис. 1.6. Рекуперативная печь в производстве минеральной ваты

Одной из основных проблем, возникающих при эксплуатации рекуперативных печей, является необходимость постоянного контроля целостности свода в процессе работы, поскольку свод этих печей изготавливается по методу сухой кладки, когда прогорание даже одного кирпича может привести к аварийному обрушению всего свода печи.

Согласно регламенту контроль состояния свода печи осуществляется переодически с помощью точечного пирометра путём измерения температуры поверхности свода печи в узловых точках с целью выявления зон перегрева с температурой более 700 °С. На основе полученных данных, вводимых в компьютер оператором вручную, с помощью специального программного обеспечения строится распределение температуры по поверхности свода печи, по которому можно обнаружить дефекты кладки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вальке, Алексей Александрович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авилов В. Д. Использование инфракрасной термографии в обследовании объектов железнодорожного транспорта / Авилов В.Д., Анисимов A.C., Афонин A.B. // Энергосбережение и энергетика в Омской области - 2001 - №1 - с. 72-73.

2. Агуров П.В. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования. / Агуров П.В. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004 - 496 с.

3 Айзенберг Ю. В. Осветительные приборы с люминесцентными лампами. / Айзенберг Ю. В., Ефимкина Б. Ф. - М.: Энергия, 1968. -388 с.

4. Аксютов Л.Н. Анализ моделей для оценки влияния фоновой помехи на вероятность визуального различения объектов / Аксютов Л.Н. // Оптический журнал - 2003 - №9. - с. 24 - 30.

5. Архангельский А.Я. Программирование в Borland С++ Builder 6 / Архангельский А.Я. - М.: «Издательство «БИНОМ», 2003 - 1152с.

6. Бабичев А. П. Физические величины: Справочник. / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; под ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

7. Базаров И.П. Теплотехника. / Базаров И.П. - М.: Высш. шк., 1999. -376 с.

8. Баскаков А.П. Теплотехника: Учеб. Для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, O.K. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. -224 с.

9. Белозеров А.Ф. Современные зарубежные тепловизионные приборы / А.Ф. Белозеров, В.М. Иванов // Оптический журнал - 2003 - №10. -с. 62-71.

10. Богнер Р. Введение в цифровую фильтрацию. / Р.Богнер, А.Константинилис. -М.: Мир. 1977 - 216 с.

11. Болгарский A.B. Термодинамика и теплопередача. 2-е изд., перераб. и доп. / Болгарский A.B. - М.: Высш. шк., 1975. - 495 с.

12. Брамсон М.А. Инфракрасное излучение нагретых тел. / Брамсон М.А. -М.: Наука, 1964-225с.

13. Бронштейн И.Н. Общие свойства конических сечений. / Бронштейн И.Н // Квант. 1975 - №5 - с. 31 - 40.

14. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. / Бронштейн И.Н. Семедяев A.C. - М.: Наука, 1980 -545 с.

15 Буткевич В. Г. Фотоприемники и фотоприемные устройства на основе поликристаллических и эпитаксиальных слоев халькогенидов свинца / В. Г. Буткевич, В. Д. Бочков, Е. Р. Глобус // Прикладная физика. 2001 - № 6-с. 66-112.

16. Вавилов В. П. Тепловые методы контроля композиционных структур и изделий радиоэлектроники. / Вавилов В. П. - М.: Радио и связь, 1984-208 с.

17. Валов Н.И. Оптические головки передающих телевизионных камер цветного телевидения. Справочник / Валов Н.И., Василевский О.Н., Великожон А.Н. и др. Под общ. ред. Василевского О.Н. - JL: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1988 - 109 с.

18. Вальке A.A. Восстановление и обработка изображений в сканирующих системах визуализации тепловых полей./ Вальке A.A. Захаренко В.А. // Омский научный вестник. - 2000 - № 13 с. 117 — 119.

19. Вальке A.A. Компьютерная обработка информации от сканирующих инфракрасных преобразователей. / АА. Вальке В.А. Захаренко // Материалы III международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» - 1999 - с. 166-167.

20. Вальке A.A. Определение площади контролируемого пятна в системе строчного термосканирования. / Вальке A.A. - Омск.: Материалы

научной молодежной конференции «Молодые ученые на рубеже третьего тысячелетия» - 2001 - с. 120-122.

21. Вальке A.A. Применение потоков при приеме информации от сканирующего пирометра / Вальке A.A., Захаренко В.А. // Динамика систем, механизмов и машин: матер. IV МНТК. - Омск, 2002. - с. 265-267.

22. Вальке A.A., Захаренко В.А., Козлов A.B. Применение тепловизионного контроля за уровнем коксования на Омском НПЗ. / Вальке A.A., Захаренко В.А., Козлов A.B. // Омский научный вестник. -2001 -№14. с. 138-139.

23. Вальке, A.A. Система видеоконтроля узлов загрузки регенеративной печи [текст] / A.A. Вальке, Д.Г. Лобов, В.А. Захаренко, Ю.Ю. Пономарев // Динамика систем, механизмов и машин: матер. VII МНТК. - Омск, 2009. - С. 358-361.

24. Вальке, A.A. Система тепловизионного контроля свода рекуперативной печи [текст] / A.A. Вальке, В.А. Захаренко, Д.Г. Лобов, Ю.Ю. Пономарев // Измерение, контроль, информатизация: Матер. 10-й Междунар. науч.-техн. конф. - Барнаул : АГТУ. - 2009. -С. 128-131.

25. Вальке, A.A. Термографический контроль технологических процессов [Текст] / A.A. Вальке, В.А. Захаренко, Д.Г. Лобов, Ю.Ю. Пономарёв. // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве : Труды VI Всероссийской научно-практической конференции -Новокузнецк : СибГИУ, 2007. - С. 122 - 123.

26 Волков В.Г. Тепловизионные приборы нового поколения / Волков В.Г., Ковалев A.B., Федчишин В.Г. // Специальная техника - 2001 - с. 10-17

27. Голованова Л.В. Общая технология цемента: Учебник для средних проф.-техн. училищ. / Голованова Л.В. - М.:Стройиздат, 1984 г. - 118 с.

28. ГОСТ 28243-96 Пирометры. Общие технические требования. М. Изд-во стандартов, 2003. 12 с.

29. ГОСТ Р 8.558-2008 Государственная поверочная схема для средств измерений температуры. - М. : Стандартинформ, 2009. - 24 с.

30. ГОСТ Р 8.619 - 2006. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки.

31. ГОСТ Р 8.619-2006 Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки/ -М.: Стандартинформ, 2006. - 16с.

32. Гук М. Интерфейсы ПК. / Гук М. - Спб.: ЗАО «Издательство «Питер», 1999-416с.

33. Демин В.В. Коррекция геометрических искажений изображения в тепловизорах с использованием сканеров. / Демин В.В., Кошарновский А.Н., Дегтярев Е.В. // Прикладная физика - 2003 - №5 -с. 118-122.

34. Драгун В. JL Тепловизионные системы в исследованиях тепловых процессов. / Драгун В. JI. Филатов С. А. - Мн.: Наука и техника, 1989 - 175 с.

35. Дуда В. Цемент: Пер. с нем. / Дуда В. - М.: Стройиздат, 1981 - 464 с.

36. Захаренко В. А. Информационно-измерительная система по инфракрасному излучению / Захаренко В.А., Вальке A.A. // Датчик 2002 Материалы XIV МНТК - 2002 - с. 222-223.

37. Захаренко В.А. Инфракрасные и световые средства теплового контроля: разработка, исследование, метрологическое обеспечение и внедрение: дис. доктора тех. наук / Захаренко В.А. - Омск : ОмГТУ, 2012.- 182 с.

38. Захаренко В.А. Инфракрасный контроль в технологии производства печатных плат[текст] / В.А. Захаренко, Д.Г.Лобов, A.A. Вальке // Динамика систем, механизмов и машин: матер. VI МНТК. - Омск, 2007. - С. 266-269.

39. Захаренко В.А. Система термографического контроля промышленного назначения. / В.А. Захаренко, A.A. Вальке, A.B. Козлов // Датчики и системы - 2006 - №11 - с. 26 - 30.

40. Захаренко В.А. Система термосканирующего контроля уровня в процессе коксообразования. / В.А. Захаренко, A.A. Вальке, A.B. Козлов // Приборы и системы - 2004 - №4 - с. 55 - 58.

41. Захаренко В.А. Электронные средства пирометрического контроля в промышленности [текст] / A.A. Бабиков, A.A. Вальке, В.А. Захаренко, Д.Г. Лобов // Автоматизация в промышленности. - 2009. - №8. - С. 27 -30.

42. Захаренко, В.А. Восстановление и обработка изображений в сканирующих системах визуализации тепловых полей [текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке // Омский научн. вестник. - 2000. - №13. - С. 117-119.

43. Захаренко, В.А. Информационно-измерительная система по инфракрасному излучению / В.А. Захаренко, A.A. Вальке // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2002» : Матер. 14-й науч.-техн. Конф. - М: МГИЭМ. - 2002. - С. 222 - 223.

44. Захаренко, В.А. Инфракрасные информационные технологии / В.А. Захаренко, A.A. Вальке, A.B. Козлов // Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения: Сб. докл. технолог, конгресса. - Омск: ОмГТУ, 2001. - 4.1 - С. 303 - 305.

45. Захаренко, В.А. Линеаризация геометрии при визуализации тепловых полей [текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке // Военная техника, вооружение и технологии двойного применения : Матер. III Междунар. технолог, конгресса. - Омск: ОмГТУ. - 2005. - С. 61 - 63.

46. Захаренко, В.А. Моделирование температурных полей полей и механических напряжений в системе ANSIS [текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке // Актуальные проблемы электронного приборостроения

(АПЭП-2010): Матер. X междунар. конф. - Новосибирск : НГТУ, 2010. - Т.6. - С. 116-117.

47. Захаренко, В.А. Переносной строчно-сканирующий пирометр [текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке, Д.Г. Лобов // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники : Матер. VI Всероссийской науч. конф., посвященной памяти главного конструктора ПО «Полёт» A.C. Клинышкова. - Омск: ОмГТУ, 2011.-292 с.

48. Захаренко, В.А. Применение потоков при приёме информации от сканирующего пирометра [текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке// Динамика систем, механизмов и машин: матер. IV МНТК. - Омск, 2002. - С. 265-267.

49. Захаренко, В.А. Система термографического контроля промышленного назначения [Текст] / В.А. Захаренко, A.A. Вальке,

A.B. Козлов // Датчики и системы. - 2006. - №11.- С.26 - 29.

50. Захаренко, В.А. Система термосканирующего контроля уровня в процессе коксообразования [Текст] / В.А. Захаренко, A.B. Козлв, A.A. Вальке // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2004,-№4.-С. 55 -58.

51. Захаренко, В.А. Система термосканирующего мониторинга [текст] /

B.А. Захаренко, A.A. Вальке // Методы и средства измерения в системах контроля и управления : Матер. Всероссийской научн. конф.; под ред. Е.П. Осадчего. - Пенза: ПТУ. - 2001. - С. 189 - 191.

52. Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. / Зограф И.А., Новицкий П.В. - Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1991 — 340 с.

53. Исаченко В.П. Теплопередача. / Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. - М.: Энергия, 1975 - 488с.

54 Ишанин Г. Г. Источники и приёмники излучения: Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов / Г. Г. Ишанин, Э. Д.

Панков, A. JI. Андреев, Г. В. Полыциков. - СПб., Политехника, 1991. - 240 с.

55. Каплун А.Б. ANS YS в руках инженера: практическое руководство. / Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. - М.: Едиториал-УРСС, 2003 - 272 с.

56. Кизбун А.И. Теория вероятностей и математическая статистика. / Кизбун А.И., Горяинова Е.Р., Наумов A.B., Сиротин А.Н. - М.: Физматлит, 2002 - 224с.

57. Колокольников B.C. Производство цемента: Учебное пособие. / Колокольников B.C. - М.: Высшая школа, 1967 г. - 303 с.

58. Криксунов JI. 3. Справочник по основам инфракрасной техники. / Криксунов JI. 3. - М.: Сов. радио, 1978. - 400 с.

59. Криксунов J1. 3. Тепловизоры: Справочник. / Криксунов JI. 3., Падалко Г. А. - К.: Техника, 1987 - 170с.

60. Линдли К. Практическая обработка изображений на языке Си: Пер. с англ. / Линдли К. - М.: Мир, 1996 - 512с.

61. Ллойд Дж. Системы тепловидения: Пер. с англ. / Ллойд Дж. - М.: Мир, 1978-414 с.

62. Лобов, Д.Г. Специализированные инфракрасные пирометры для контроля технологических процессов [текст] : дис. ... канд. тех. наук / Д.Г. Лобов. - Омск : ОмГТУ, 1999. - 182 с.

63. Луканин В.Н. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.; Под ред. В.Н.Луканина. - М.:Высш. шк., 2000-671 с.

64. Маляров В.Г. Неохлаждаемые тепловые инфракрасные матрицы. / Маляров В.Г. // Оптический журнал - 2002 -№10. - с. 60 - 71.

65. Маневич В.А. Аналитическая геометрия с теорией изображений. / Маневич В.А., Котов И.И., Зенгин А.Р. - М.: Высшая школа, 1969 -304 с.

66. Нестерук Д.А. Тепловой контроль и диагностика. Учебное пособие

для подготовки специалистов I, II, III уровня. / Д.А.Нестерук, В.П.Вавилов.- Томск:, 2007. - 104 с.

67. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений: Пер. с англ. / Павлидис Т. - М.: Радио и связь, 1986 -396 с.

68 Павлов A.B. Оптико-электронные приборы. / Павлов A.B. - М.: Энергия, 1974 - 360 с.

69 Павлов A.B. Приёмники излучения автоматических оптико-электронных приборов. / Павлов A.B., Черников А.И. М.: Энергия, 1972-240 с.

70. Поскачей А. А. Оптико-электронные системы измерения температуры. / Поскачей А. А., Чубаров Е. П.- М.: Энергоатомиздат, 1988-248 с.

71. Поскачей, A.A. Оптико-электронные системы измерения температуры [Текст] / A.A. Поскачей, Е.П. Чубаров //. - М.: Энергия, 1979.-208 с.

72. Претт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. / Претт У. -М.: Мир, 1982 -Кн.1 -312 с.

73. Претт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. / Претт У. -М.: Мир, 1982 - Кн.2 - 480 с.

74. Р 50.2.012-2001 Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы тепловизионные. Методика поверки [Текст] / -М.: Изд-во стандартов, 2001. - 8с.

75 Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. / Рохлин Г. Н. - М.: Энергия, 1965 - 560 с.

76. Салихов З.Г. Системы автоматического управления процессами обжига материалов во вращающихся печах / Салихов З.Г., Бекаревич A.A. // Автоматизация в промышленности - 2003 - №3 - с. 15-17.

77. Самарский A.A. Вычислительная теплопередача./ Самарский A.A., Вабищевич П.Н. — М.: Едиториал УРСС, 2003. — 784 с.

78. Сафронов Ю. П. Инфракрасные распознающие устройства. /

Сафронов Ю. П., Эльман Р. И. - М., Воениздат, 1976 - 207 с.

79. Сушков А.И. Металлургия алюминия. / Сушков А.И., Троицкий И.А.

- М: Металлургия, 1965 - 517с.

80. Тарасов В.В. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. / Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. - М.: Логос, 2004 - 444 с.

81. Тарасов В.В. Тенденции развития инфракрасных систем «смотрящего» типа / Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. // Специальная техника. - 2004 - № 1 - с.24 - 37.

82. Теллес М. Borland С++ Builder: библиотека программиста. / Теллес М.

- Спб.: Питер Ком, 1998 - 512 с.

83. Фролов А. В. Мультимедиа для Windows. Руководство для программиста. / Фролов А. В. Фролов Г. В. - М.: Диалог-МИФИ, 1996

- 284 с.

84. Шилдт Г. Искусство программирования на С++. / Шилдт Г. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005 - 496с.

85. Шилдт Г. Программирование на Borland С++ / Шилдт Г. - Мн.: ООО «Попурри», 1998 - 800с.

86. Шилин Б.В. Новые достижения в развитии тепловой аэросъемки / Б.В. Шилин, В.Н. Груздев, И.А. Васильев, Д.С. Генералов, В.В. Хотяков // Оптический журнал - 2003 - №10. - с. 77 - 83.

87. Шушкевич Г.Ч. Введение в MahtCAD2000: Учеб. пособие / Шушкевич Г.Ч., Шушкевич С.В. - Гродно: ГрГУ, 2001 - 138 с.

88. Эпштейн М. И. Измерение оптического излучения в электронике. / Эпштейн М. И. - М.: Энергоатомиздат, 1990 - 254 с.

89 Юшин, A.M. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги [Текст] / A.M. Юшин Справочник. В5т.Т.З. - М.: ИП РадиоСофт, 1973 -56с.

90. Яншин В. В. Обработка изображений на языке Си для IBM PC: Алгоритмы и программы. / Яншин В. В., Калинин Г. А. - М.: Мир, 1994-240 с.

91 Gorhenkov A.A., ZaharenkoV.A., Klikushin Yu.N. and Orlov S.A. A system approach to the properties of the ITS-90//Measurment Technigues.

- Springer Science+Buisness Vedia,Inc.2011,10.1007/s 11018-9825-6.

92 Sharkeev Y. P., Vavilov V. P., Skripnyak V. A., Klimenov V. A., Belyavskaya O. A., Nesteruk D. A., Kozulin A. A. Evolution of the temperature field during deformation and fracture of specimens of coarsegrained and ultrafme-grained titanium // Russian Journal of Nondestructive Testing, Issue47, №10 2011, pp701-706

93 S. Marinetti, V. Vavilov. IR thermographics detection and characterization of hidden corrosion in metals: General analysis.// Corrosion science, Vol. 52, Issue3, March 2010, pp865-872

94 Vavilov V.P.,Nesteruk D.A. Active thermal inspection of composite materials with the use of neural networks // Russian Journal of Nondestructive Testing, Issue47, №10 2010, pp655-662

95 Vavilov V. P., Swiderski W. The effects of the partial optical transparency of composites on the results of active thermal testing // Russian Journal of Nondestructive Testing, Issue47, №11 2011, pp719-723

96 Vl.Vavilov, D.Nesteruk, V.Khorev Ultrasonic and inductive IR thermographic procedures as newly-emerged techniques in thermal NDT // Annual Journal of Electronics Vol.6 No. 2, 2012 P.74-77

97 Vl.Vavilov Modeling Thermal NDT Problems NDT // Annual Journal of Electronics Vol.6 No. 2, 2012 P. 1-8

98 V.P.Vavilov, A.O.Chulkov Detecting corrosion in thick metals by active thermal nondestructive testing // Proc. SPIE Vol.8354, 2012.467 P.901-912

99 V.P.Vavilov. Thermal/Infrared Nondestructive Testing. - NDT Handbook Series, Moskow/'Spektr" Publisher, Vol.5, 2009.467 P.