玻璃熔窑运行过程中的红外状态监测技术

沈洁 郭利波

（浮法玻璃新技术国家重点实验室 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司技术中心洛阳 471009）

0 引言

在玻璃生产过程中，熔窑运行的安全性极其重要。由于熔窑长期经受高温玻璃液及其气氛的影响，尤其池壁受玻璃液反复冲刷侵蚀会逐渐变薄出现孔洞或裂缝，一旦熔融玻璃液从池壁的孔洞和裂缝中泄漏出来，就会对熔窑周围的工作人员和设备造成重大损害，还可能会导致严重的生产中断。随着科学技术的进步，借助设备诊断技术应用于生产实践，在熔窑运行中，通过使用仪器监测手段，对设备实时进行故障判断，从而掌握熔窑的运行状态，找出故障的产生部位和生成原因，对熔窑下一步的维修提出建议，形成检测报告，参考历史数据，综合判断选择合适的维护方式，确保熔窑的运行安全可靠。

1 玻璃熔窑的红外技术状态监测

玻璃熔窑是玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的热工设备。在生产运行过程中，窑炉的抗侵蚀耐火池壁会退化。这种退化表现为内表面腐蚀、应力裂纹和材料侵入熔融玻璃液。玻璃生产工艺的不间断性决定了不可能在生产中停机检查熔窑的烧损情况。目前国内玻璃生产厂家都是凭借技术人员的经验，从池壁外观察发红或裂纹等现象，判断熔窑池壁是否需要维修。这样的检查方法不利于及时准确地发现熔窑存在的隐患，不利于玻璃熔窑的安全运行、不能满足玻璃行业节能减排的要求。为了解决以上问题，本文提出采用红外热成像技术对玻璃熔窑进行状态监测，通过监测熔窑池壁、大碹等关键部位的运行状态，快速判断熔窑存在的安全隐患级别，并把信息准确地传送给保窑技术人员，使得技术人员能够高效选取相应的保窑方案，从而达到延长熔窑寿命和节能减排等目的。

自然界任何物体都会向外辐射红外线。红外热成像系统通过红外辐射的红外光学系统将景物的红外辐射聚焦到探测器上，探测器将强弱不等的辐射信号转换成电信号，经过放大和视频处理，形成可供肉眼观察的视频图像。红外热成像技术是利用目标和背景或目标各部分之间的温度差或辐射差异形成的红外辐射特征图像来发现和识别目标，进行温度测量和故障检测。红外热成像监测技术是一种无损检测技术，基于红外辐射原理，扫描、记录、观察被探测表面温度变化，对被检测工件的表面及内部缺陷或结构进行分析，是一门跨学科、跨应用领域的通用型实用技术。

玻璃熔窑的红外技术状态监测主要是指通过红外热成像仪监测玻璃熔窑池壁和大碹的温度值来检测其运行状态是否正常。通过了解和掌握池壁和大碹的在线使用状态，结合历史数据，对可能要发生或者已经发生的故障进行预警、分析和判断，确定故障的性质、类别、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势，提出控制故障发展的措施，通过采取加大冷却风量、水包冷却或绑砖的对策消除隐患故障，最终使熔窑恢复正常运行。

2 红外技术状态监测预警系统的功能

（1）图片数据信息的处理功能。对图片本身的清晰度进行调整（如图像的平滑、锐化、增强和RGB的调整等），对图片进行旋转、放大缩小和文字、语音注释等。在红外图片上标注温度，一张图片上能够标注30个温度值及其以上。

（2）数据基础资料的管理和存储功能。对每次采集的数据进行命名，按不同部位进行保存，记录以往缺陷的处理方法和现有存在的缺陷隐患。

（3）数据录入功能。对采集的信息数据录入方便和快捷。

（4）数据的分析功能。同张图片信息可以设置不同的红外发射率，温度值要根据红外发射率的不同而合理地变化。对图片进行拼接，拼接后的图片可放大、缩小、注释说明。红外温度图片能够显示等温线（等温面），自动选取最大值，生成平均值、曲线图、柱状图等。对同一部位的监测数据制定相应的判定标准，系统自动对录入的信息进行加工处理，并结合历史数据与设定的标准进行比较。

（5）数据输出功能。每次采集的数据信息可自动保存在指定位置。可以把每张红外图片的温度值同时输出到EXCEL表格或WORD文件中，生成WORD或PDF格式的报告。系统定期对熔窑指定部位的运行状态和存在隐患需要择期维护的部位打印出报表，供保窑技术人员参考使用。

（6）报警功能。设定温度范围后，超温报警。生产工艺人员对数据信息进行研判，能够及时了解其运行状态，对下一步的维修工作提出建议，对熔窑的运行进行综合判断。

3 玻璃熔窑状态红外热成像监测技术

通过长期实践检验，玻璃熔窑状态红外热成像监测技术成为玻璃熔窑设备现代化管理的一种重要手段，为了达到监测诊断的预期效果，建立一套完整的监测方法，依靠计算机对历史数据形成数据库，建立玻璃熔窑的状态监测预警系统。

3.1 建立监测预知体系

明确玻璃熔窑状态监测的部位，如池壁、大碹、蓄热室保温、熔窑池底电偶孔等。应根据各部位的结构、功能、使用寿命、发生故障的概率以及对生产和安全影响程度的不同，进行分等级分重点监控管理。根据不同的监测诊断受控部位，实行ABC分级管理，A级为关键部位，B级为重要部位，C级为一般部位。依据各部位重要性的不同，建立相应的监测方式和管理办法。状态监测故障诊断是借助数据库技术，对采集的状态监测数据进行存储、加工和分析，并提出分析监测报告。

3.2 突出重点、落实监测计划

为了进一步提升玻璃熔窑的状态监测技术，需要制定《玻璃熔窑状态监测记录》，做到一部位一台账，并作为玻璃熔窑运行技术档案的一部分。明确测点管理，定部位、定标准、定周期对熔窑相应部位进行常规监测，及时掌握玻璃熔窑的运行状态。对状态良好的部位，可以适当放宽监测周期，而对状态异常的部位，增加其监测频次，以便查明原因，及时修复。

3.3 提高监测水平

玻璃熔窑状态监测工作深入和提高的关键是监测人员的技术水平。由于红外热成像仪是一种科技含量高的精密产品，在运用红外热成像仪进行玻璃熔窑相关部位的监测时，不同的监测人员可能会监测出不同的温度数据，主要因为红外热成像仪检测的温度值受多种因素影响，如技术人员的拍摄角度、环境温度、环境湿度、日照、风速、被拍摄物体的表面粗糙度以及与红外仪发射率的设定等。所以玻璃工厂一定要重视状态监测人员的专业培训。

4 玻璃熔窑状态监测效果

应用红外技术的状态监测诊断技术，对玻璃熔窑关键部位进行定期状态监测，对玻璃熔窑有安全隐患预兆的部位要进行跟踪监测，判断故障发生的概率和研究解决方案并实施，这样不仅能保障了熔窑的长期安全稳定运行，而且在节能减排方面效果显著。

4.1 红外技术状态监测在熔窑池壁的应用

图1是某浮法玻璃生产线熔窑澄清部池壁。池壁外侧顶部在无风冷却处温度最高点达598.4℃，其附近在冷却风的作用下池壁外侧顶部温度仅358 ℃。通过红外热成像检测，发现异常点，池壁相应位置所致。

图1 玻璃熔窑澄清部池壁液面线部位耐材状态

图2是某生产线熔窑4 小#炉漏玻璃液后的池壁。漏液处已外贴水包。可以看到，漏液部位不是在液面线部位，而是相对靠近熔窑池壁的部。经历这次事件后，红外热成像对池壁的监测开始不仅仅限于池壁液面线部位，而是对池壁进行网格化划分，全面监控。

图2 熔窑4 小炉漏玻璃液池壁

从图3可以明显看出，该小炉池壁第5根分管口位置温度异常，从色温图看该部位明显发亮，比其它部位温度高。与相关保窑技术人员排查未发现冷却风风量小等明显原因，考虑到应该是该部位池壁侵蚀严重，之后采取加大该部位分管冷却风风量的措施，改善局部高温，减缓池壁侵蚀速度。

图3 熔窑池壁形貌色温图

4.2 红外技术状态监测在熔窑大碹的应用

图4是技术人员用红外热成像仪对我司某生产线的熔窑大碹鼠洞红外可见光对照图。

图4 熔窑大碹鼠洞红外可见光对照

图4左图是窑炉大碹某区域红外图片，右图是该区域可见光图片。从图4右侧图片肉眼看到该部位烧损严重区域仅仅是很小的两个小洞，但从图4左侧的红外图片可以看出，烧损严重的区域面积远远大于可见光看到的面积。由此可见红外技术状态监测能够更早、更及时发现问题。术，还需在实践中进一步探讨和提高。

5 结语

借助红外热成像的状态监测诊断技术，能够方便、快捷和有效地把握玻璃熔窑相关部位的运行状态，提升了玻璃熔窑的保窑水平。该技术在玻璃熔窑的安全运行和节能降耗方面也起到一定作用，给企业带来明显的经济和社会效益。玻璃熔窑状态监测诊断技术是一门新兴的综合性技