Способ определения толщины футеровки теплового агрегата

ПАТЕ Комитет Российской федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАН(78) Занцев Владимир Константинович; Гусев Владимир Иванович(64) СПОСОЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА(57) Изобретение относится к области определениятолщины футеровки тепловых агрегатов и.можетиспользоваться в различных отраслях промышленности для определения степени износа футеровкинагревательных обжиговых плавильньо роторныхпечей Существо изобретения заключается офтом,что осуществляют теплоотвод от заданных контролируемых локальных участков 1 внутренней поверхности футеровки 3 путем установки за такимиучастками теплоотводящих элементов 4 с заданны-.(5 Ц 5 Г 27 0 21 04 теплопроленными стводящих араметров топливных ргоподачи ранице 1 ных измеатчиков 5,ространеущения пот зависих )=О, чтоифутеровки. ми характеристиками теплостоикости иводности и с термодатчиками 5, установпеременным шагом ЬХ по длине Х теппооэлементов. Путем изменения, например, иподачи газа в тепловой агрегат, расходадобавок или изменением параметров энеформируют тепловое возмущение на гфутеровки 3. По результатам температуррений, проводимых с помощью термодопределяют время запаздывания т распэния экстремума температурного возмдлине Х теплоотводящих элементов, строямость т =1(х) и находят х, при котором Яэ исоответствует положению поверхности2 з.п.ф-лы, 3 ил.10 1 эоГр":тение оГносигся к способам оп;,еде 8; 1,1 л Голцгны футеровки тепловых агре-я Оь и ыокот использоваться в 1.,1;:,11,.,; О 11 "СЯХ ГРОМЦШЛВННОСТИ (Ма"1,Г Вл ургия нефтеперера, "ац неф) ехимическая, ,.а. ;Всвся и др,) для определения.-) "Геро)ки агревательных :, ,1;)х, плавильн х, роторных печей.113 вестеспособ Определения тОлЩины 1 у 1. )ОВ 1 тегловых агре.атов, преимущеСТ 1381 Н) ОГО О)НЫХ ПОЧЕИ, СОСТОЯГЦИИ В ИС 1 Ол. О ванин шабОна, ВВОДимОГО с поО 1;.,;) ВерткельОЙ штанги в контроли,.1,1.18 1 Г 1 ОСЬ 18 ПЛОВОГО а Р 8 ГВТВ, ВЫДВИ."1;:р;ой линейки шаблона и ,1)1"- Ч"1 :Ы И" . О -1" а". На. сн;)1 ь.едос 1 атком известного спо;:,;:;С 1 81)1)ЭОКНОС ОПРедеЛ 8 НИЯ ;ц )у ,. "11 овки во В)Вмя работыепло 1,О .)1.Гь Г 1, 1 енООВя точность получае" 1,х ревуь; ГГОВ, а также большое время и1)")э: косч)Вб) Г Особенно Для тепловьх арогато большОГО Обьема,.1 звесчь Гакже спОсОбы ОпреДеленияОЛ 1 Ц 1 НЫ фУ Г 8 РОВ".И Т 11 ИИОГО ЯГРегата ПРИ ПО- ео 1. рздноах ивных изотопов, при этом износ ауер.Вки Определяюг по разноСти величин дэ 1 хВЙ эта)Од и эдемета футеровки с ОриВковоравОмерно или зксгоненциаль- :О ) ас 1 раде)8 н О удельной обьемной активнос) ью,ОсОвным недостатком известных способов являет я евысокая точность получаемых реэультатои, обусловленная Воэможностью применения лишь для ограниченной толщины материала футеровки, что связано с Возрастающим влиянием самопоглощения иэлу ения при увеличении измеряемых толщин (особенно, когда удельная обьемная активность распределена равномерно), а также с тем, что не учитывают изменение Во ГГ)емез свойств футеровки и отличие свойств эталона и контролируемого элемента,Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения толщины футеровки теплового агрегата, включающий измерение температуры В точках по сечению футеровки агрегата, определение промежутка времени межд изменени 8 м темп) рату) НОГО режима агрегата и изменением температур в контролируемых точках футеровки, Определение толщины футеровки агрегата.Основньм недостатком известнОГО способа является невысокая точность получаемых результатов, обусловленная ; ., решностьО измзрения температуры В среде огнеупорных материалов, используемых для изготовления элементов футеровки (графитовые, полуграфитовые, углеродистые и др., а также низкоплотные волокнистые материалы, в которых процесс теплопереноса осуществляется одновременным участием кондуктивной, конвективной и радиационной составляющих), Согласно данным погрешность измерения в среде таких материалов может достигать 100,Кроме того, известный способ предполагает резкое (скачкообразное) изменение температурного режима агрегата (нлример, выпуск. металла) и соответствующее ему скачкообразное изменение температуры В контролируемых точках футеровки. В случае плавного изменения тепловых услоВий на тепловоспринимающей поверхности футеровки и соответствующего изменения температуры в контролируемых точках становится невозможным определить с приемлемой" степен ью точности время распространения температурного возмущения на ходу теплового потока через футеровку, что также снижает точность способа,Цельо, изобретения является повышение точности.Указанная цель достигается тем, что в известном способе определения толщины футеровки теплового агрегата, включающем измерение температуры в точках по сечению футеровки агрегата, определение промежутка времени между изменением температурного режима агрегата и изменением температур.в контролируемых точках футеровки, определение толщины футеровки агрегата, устанавливают. в футеровки перпендикулярно ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуру не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента,по которой Определяют место расположениярабочей поверхности футеровки,Укаэанная цель достигается также тем,что теплоотводящий элемент выполнен из материала, теплостойкость которого соответствует теплостойкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз.Указанная цель достигается также и тем, что координаты точек измерения темрературы по длине х в сечениях теплоотводящего элемента устанавливают поматематическому выражениюдо 8, х 6 (О, хлд)8 , - Х.где хдоп - координаты сечения, соответству-.ющего значению предельно допустимой толщине эксплуатации футеровки.Благодаря тому, что устанавливают в футеровке перпендикулярно ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуру не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой определяют место расположения рабочей поверхности футеровки, а также тому, что теплоотоодящий элемент выполнен из материала, теплостойкость которого соответствует теплостойкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз, а координаты точек измерения температуры по длине х в сечениях теплоотводящего элемента устанавливают по математическому выражению= х,е; х е (О, хоп),, - х,становится возможным исключить влияние погрешности температурных измерений в среде огнеупорных материалов наточность определения толщины футеровкитеплового, агрегата, что повышает точностьспособа.Одновременно, поскольку определяютфункцию запаздывания распространенияэкстремума температурного поля по длинетеплоотводящего элемента, по которой определяют место расположения рабочей поверхности футеровки, становитсявозможным с приемлемой степенью точности проводить измерения и в случае медленного изменения температурного режима. теплового агрегата,Сравнение заявляемого техническогорешения с. прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна",При изучении других известных технических решений в данной области техникипризнаки, отличающиезалвляемое изобретение от прототипа, не были выявлены ипоэтому они обеспечивают заявленномутехническому решению соответствие признаку "изобретательский уровень",Проверка работоспособности способапозволяет считать, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "промышленнаяя применимость".На фиг.1 приведена тепловая схема ус-.тройства для реализации .предложенногоспособа; на фиг.2 - графическая зависимость, поясняющая определение границы футеровки; на фиг.1 и 2 обозначено: 1 - начальное положение внутренней (тепло- воспринимающей) поверхности контролируемого участка футеровки; 2 - текущее положение границы футеровки; 3 - футеровка; 4 - теплоотьодящий элемент; 5 - термодатчики; 6 - кожух теплового агрегата; х - координата установки 1-го термодатчика.10 Способ поясняется конкретным примером его реализации на: КМК "Криворожсталь" при диагностировании состояния футеровки фурменных каналов доменной печи ДПс построением функции запаздывания тз 3 = 1(х) распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента и определения толщинь 1 футеровкы,В футеровке 3 канала перпендикулярноее поверхности, как это показано на фиг.1,устанавливали теплоотводящий элемент 4, снабженный ХА термопарами 5, В качестве теплоотводящего элемента использовался стержень из графитового материала, коэффициент теплапроводности которого Л = 70Вт/м К (коэффициент теплопроводности шамотного материала футеровки канала = 2 - 8 Вт/мК).Для измерения температуры по сечениям теплоотводящего элемента использовались четыре ХА термопары, расстояние установки которых от тепловоспринимающей поверхности составляло: х 1 = 75 мм; х 2 = 150 мм; хз = 200 мм; х 4 = 225 мм, Таким образом, шаг установки термопар составлял75 мм; 50 мм; 25 мм.Такие условия вводят с целью обеспечения возможности одновременного измерения температур в заданных сочетаниях футеровки 3 и использования этих результатов для вычисления ее износа; выравнивания интенсивности износа теплоотводящих элементов 4 и футеровки 3 (эа счет установки теплоотводящих элементов, изготовленных из материалов, теплостойкость которых соответствует теплосгойкости футеровки); снижения интенсивности перерегулируемого теплообмена с боковых поверхностей теплоотводящих элементов 4 (за счет того, что коэффициент теплопроводности материала теплоотводящих элементов не менее чем в 10 раз превышает коэффициент теплопроводности футеровки0,1 обеспечивается близкой к одномерному тепловой поток через теплоотводящие элементы); повышения точности определения толщины футеровки по мере приближения текущего положения границы футеровки к предель 2003021т(т, 0) =Асанах,(1)20 где Т - температура;дамплитуда;м - частота;время; .Возмущающий сигнал, представляю щнй собой температурное изменение в тепловом агрегате, распространяется в глубину футероеки 3, а реакция на такое возмущение в каждой точке измерения х йо сечению футеровки выражается в изменении темпе ратуры Т через определенное время у (время запаздывания), зависящее от расположения точки измерения относительно внутренней поверхности стенки футеровки 3. При этом профиль температуры на 35 футероеке 3 описывается следующим уравнением теплопроводности дТ дТ 2(2) 40 где Т - температура футеровки на расстоянии х от внутренней поверхности футеровки;а = - коэффициент температуропрорсводности;А - коэффициент теплопроводности;0 - удельная плотность;С - удельная теплоемкость.50При условии (1) решение уравнения (2) имеет вид Т (г, х) = Авр( - х) О:6(вт - Х 2 а 2 а55Время запаздывания, характеризующее приход максимума сигнала в точку Х, получим из условия ет - х=О2 а ной допустимой при .ее эксплуатации (за счет уменьшения шага Лх установки термодатчиков в направлении. распространения теплового потока ц до сечения с координатой хдоп, соответствующего значению пре дельно допустимой толщине эксплуатации футеровки),При подаче газа, а также изменении парэме 1 ров подачи на границе футеровки проходило тепловое возмущение. При этом не 10 ,ребуется обеспечивать резкое (скачкообразное) изменение температурного режима агрегата, Достаточно Формирование медленно периодического возмущения. В этом случае на внутренней поверхности Футеров ки 3 формируются граничные условия, которые имеют ьид(3) Соотношение (3) показывает зависимость времени запаздывания от параметров, его определяющих.При подаче газа, а также изменении параметров подачи на границе футероеки проходило тепловое возмущение,Измеряют температуру не менее чем втрех точках по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремуматемпературного поля т, = т(х) по длине теплоотводящего элемента и путем экстраполяции, как это показано на Фиг.2, находят хп,при котором т, = т(х = О, что соответствуетположению поверхности футеровки.Результаты термометрирования длярассматриваемого случая реализации представлены на фиг,3.В качестве критерия для регистрациивремени распространения температурногополя принималось изменение темпеУатурыв месте установки термопары на 1,5 К, чтопревышает погрешность проводимых термопарных измерений. Определяя, как этопоказано выше, координаты точки Хп, длякоторой время запаздывания равно т(Х = О,получено, что износ футеровки составилЬ(=26 мм,Для определения достоверности результатов измерений, полученных предложенным способом, в футеровке каналаодновременно проводились измерения подлине теплоотводящего элемента из полуграфитового материала, снабженного термопарами с шагом установки Лх = 5 мм, Вэтом случае износ футеровки контролировали на основании данных о прогаре и выходеиз строя температурных датчиков при известных координатах их расположения. На основании полученных данных установлено,что износ футероеки составил Лх = 25 мм.Таким образом, различие результатовнепосредственных измерений и результатов определения. толщины Футеровки предложенным способом составляет д = 1 мм.Таким образом становится возможнымнепрерывный оперативный контроль одновременно теплового состояния футеровки иположения границы ее износа.Одновременно,. поскольку становитсявозможным исключить влияние погрешности температурных измерений в среде материала Футероеки на точность получаемыхрезультатов, повышается точность способа,2003021 10 Кроме того, поскольку определяют время запаздывания т, распространения экстремума температурного возмущения по длине х теплоотводящих элементов, становится возможным устранить погрешности измере ний, характерные для медленно меняющихся процессов распространения теплового возмущения по толщине футеровки.Предлагаемый способ, устраняющий влияние таких неопределенностей, позво ляет снизить погрешность получаемых результатов до уровня погрешности непосредственных измерений температуры =5%)15 Ф о р мул а и зоб ретен ия1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ФУТЕРОВКИ ТЕПЛОВОГО АГРЕГАТА, 20 включающий измерение температуры в нескольких точках по сечению футеровки агрегата, определение промежутка времени между изменением температурного режима агрегата и изменением температур в контролируемых точках футеровки, оценку толщины футеровки агрегата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, устанавливают в футеровке перпендикулярно к ее поверхности теплоотводящий элемент, измеряют температуры.не менее чем в трех сечениях по длине теплоотводящего элемента, по которым определяют функцию запаздывания распространения экстремума температурного поля по длине теплоотводящего элемента, по которой опПредлагаемый экономический эффект от предложенного способа. позволяющего с вцсокой точностью проводить непрерывные оперативные измерения толщины футеровки теплового агрегата, выражается в увеличении срока службы ,теравки, межремонтного пробега теплового агрегата (нагревательных, обжиговых, плавильных, роторнцх печей), снйжения затрат на их обслуживание и ремонт,56) Авторское свидетельство ГССРВ 282363, кл, Р 27 О 1,/16, 1971. ределяют место расположения рабочей поверхности футеровки,2, Способ по п.1, отличающийся тем. что теплоотводящий элемент выполняют из материала, теплостойкость которого соответствует теплостойкости футеровки, а коэффициент теплопроводности превышает коэффициент теплопроводности футеровки не менее чем в 10 раз.3. Способ по пп, 1,и 2, отличающийся тем, что координаты точек измерения температуры по длине 1 в сечениях теплоотво, Ъдящего элемента устанавливают по математическому выражениюа=Хлоп е "; х Е РХлсп).где Хлл - координаты. сечения, соответстсвующего значению предельно допустимой толщины эксплуатации футеровки.2003021 Составитель. В,Замцева Текред М,Моргентал Корректор М.Ливрин дактор Т,См Заказ 3227 Тираж Подписное НПО " Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизэодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,