Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 11 okladka

       11/2019

 

User Menu

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner szklo budowlane

 

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

budma 2020 - 480x120

 

Optymalizacja topienia w piecach szklarskich za pomocą peryskopu i termowizji
Data dodania: 17.06.15

Wprowadzenie

 

 

W celu realizacji skutecznego sterowania procesem technologicznym wytopu szkła niezbędne są odpowiednio dokładne i wiarygodne informacje o jego przebiegu. Otrzymanie dokładnych i wiarygodnych informacji o przebiegu procesu jest możliwe pod warunkiem, że przyjęte metody są właściwe z wykorzystaniem odpowiednich przyrządów i czujników pomiarowych. Pozornie wydaje się to być proste, jednak w przypadku gdy proces technologiczny jest dość złożony, a ilość informacji duża, zbieranie jej oraz interpretacja nastręcza operatorowi dużo problemów. Proces technologiczny prowadzenia wanny szklarskiej jest złożony i aby można go było kontrolować potrzeba co najmniej kilkudziesięciu jednoczesnych pomiarów. W związku z dużą bezwładnością wanny istnieje konieczność porównywania zapisanych informacji w czasie, by możliwe było przewidywanie ich przebiegu.

 

 

Peryskopowe i wizyjne obserwacje kamerami ułożenia zestawu na lustrze szkła w piecach szklarskich

 

 

Obserwacja topienia zestawu i jego ułożenia na lustrze szkła daje dobre efekty w dążeniu do optymalizacji procesów topienia w piecu. Obserwacja obrazów rejestrowanych z wnętrza pieca przez kamerę wizyjną zamontowaną w górnej części komory pieca, a także w obserwacjach wnętrza pieca przez otwory wziernikowe w różnych jego strefach, przy zastosowaniu metody endoskopowej z wykorzystaniem peryskopu piecowego i danych przesyłanych do sterowni daje na bieżąco informacje o procesach topienia zestawu. Badania peryskopowe mogą być wykorzystywane do kontroli ułożenia i topienia zestawu na lustrze szkła.

 

Badania te mogą być wykorzystywane do celów technologicznych, podczas których obserwuje się proces topienia zestawu i jego ułożenie na powierzchni (strefa zestawu i piany).

 

Obserwacje te i ich analiza pozwalają wykryć granice sięgania zestawu, piany i roztopionej masy szklanej. Oszacować wskaźnik procentowego pokrycia zestawem lustra szkła, określić symetrię bądź asymetrię rozmieszczenia zestawu.

 

Na rys. 1–2 przedstawiono przykładowe obrazy topienia zestawu w piecu szklarskim zarejestrowane za pomocą peryskopu piecowego, w czasie pracującego systemu opalania oraz podczas rewersji (rys. 2b).

 

 

2015 06 38 1

2015 06 38 2

Rys. 1. Obrazy peryskopowe wnętrza pieca, widoczny zestaw na lustrze szkła w obszarze przy kieszeni zasypowej i dalej w kierunku linii bubblingu

 

 

2015 06 38 3

 

2015 06 38 4

Rys. 2. Obrazy peryskopowe wnętrza pieca, widoczny zestaw na lustrze szkła w obszarze przy ścianie bocznej basenu: a) podczas pracującego systemu opalania, b)podczas rewersji

 

 

 

Badania procesu topienia szkła przy użyciu standardowej kamery wizyjnej lub peryskopu piecowego pracującego w obszarze widzialnym promieniowania, współpracującego z odpowiednim oprogramowaniem, daje możliwości określenia wartości temperatury w poszczególnych punktach na lustrze szkła na podstawie ich jasności. Większe możliwości dają jednak obrazy termalne zarejestrowane kamerą termowizyjną, pracującą w zakresie podczerwieni, zwłaszcza dla niższych temperatur.

 

(...)

 

Badania termowizyjne nowoczesną metodą pomiarową

 

 

Termografia i termowizja to metody badawcze polegające na zdalnej i bezdotykowej ocenie rozkładów temperatury na powierzchni badanych obiektów. Metody te oparte są na obserwacji i zapisie niewidzialnego promieniowania podczerwonego, wysyłanego przez każde ciało, którego moc zależna jest od temperatury – i przekształceniu tego promieniowania na światło widzialne. Współczesne systemy termowizyjne wyposażone są w najnowsze, dostępne dla użytkowników cywilnych kamery termowizyjne. Są to w pełni pomiarowe, zminiaturyzowane urządzenia, umożliwiające bezkontaktowy pomiar rozkładów temperatury na powierzchni obiektów, gwarantujący dużą dokładność. Zwiększa to znacznie możliwości wykorzystania tego sprzętu w wyjątkowo trudnych warunkach występujących w przemyśle szklarskim. Pomiary termowizyjne rozkładów temperatury można wykonać za pomocą jednego z najnowszych dostępnych dla cywilnych użytkowników systemu termowizyjnego serii FLIR P-620 amerykańskiej firmy FLIR SYSTEMS. Kamera termowizyjna FLIR P-620 jest to w pełni pomiarowy, zminiaturyzowany system, umożliwiający bezkontaktowy pomiar rozkładów temperatury na powierzchni obiektów gwarantujący dużą dokładność. Posiada ona pole widzenia (FOV) zależnie od obiektywu kamery:

  • obiektyw 45º – 45ºx34º
  • obiektyw 24º – 24ºx18º
  • obiektyw 12º – 12ºx 9º
  • obiektyw 7º – 7ºx5,3º

 

Dla obiektywu 24º:

  • minimalna ogniskowa 0,3 m,
  • długość ogniskowej 38 mm,
  • rozdzielczość przestrzenna (IFOV) 0,65 mrad,
  • identyfikacja obiektywu automatyczna, wartość F 1,1,
  • czułość cieplna /NETD 65 mK przy temperaturze +30oC,
  • częstotliwość obrazu 30 Hz,
  • regulacja ostrości: automatyczna i ręczna (elektryczna lub na obiektywie), 
  • powiększenie cyfrowe: 1-2x powiększenie ciągłe,
  • cyfrowa korekta obrazu – cyfrowa redukcja szumu,
  • dane detektora (typ) – mikrobolometr niechłodzony typu FPA (matryca pracująca w płaszczyźnie ogniskowej),
  • zakres widmowy 7,5–13 μm,
  • rozdzielczość obrazu 640x480 pikseli,
  • zakresy temperaturowe obiektu: od -40 do +120oC, od 0 do +500oC, od +300 do +1500oC. 
  • tryby obrazu:
    • termowizyjny – pełny obraz termowizyjny w wybranej skali kolorów,
    • wizyjny – pełnobarwny obraz w świetle widzialnym;
  • funkcje pomiarowe – punkty pomiarowe, obszary pomiarowe (prostokąt, koło) z wartościami maksimum/ minimum/średnia,
  • dokładność +/-2oC lub +/-2% odczytu.

 

Zakres mierzonych temperatur zawarty był w granicach 200 do 1500oC. dokładność pomiaru ±2%, maksymalnie ±2oC, zaś czułość temperaturowa do 0,1oC. Kamera pracuje w podczerwieni w zakresie widmowym 7,5–13 μm i rejestruje promieniowanie podczerwone zgodnie z zadanym poziomem i zakresem temperatury lub dobiera te parametry automatycznie. Wykonując pomiary wykorzystywano wymienny obiektyw 24º. Kamera umożliwia cyfrową rejestrację obrazów na karcie pamięci 1 GB, której zawartość następnie, może być za pomocą czytnika przeniesiona do pamięci komputera. Zapisane termogramy są następnie poddawane interpretacji i obróbce cyfrowej specjalnym pakietem programów. Posiadane oprogramowanie daje duże możliwości obróbki obrazów, gwarantujące szczegółową analizę obserwowanych zjawisk. Efektem tej obróbki są barwne obrazy (termogramy), otrzymane na monitorze komputera z wartościami temperatur przyporządkowanymi poszczególnym barwom.

 

Cyfrowa rejestracja obrazów daje możliwości ich łączenia, analizowania i przetwarzania. Obrazy termalne można sporządzić w formie barwnych wydruków tworząc obszerną dokumentację. Do każdej mapy termalnej może być dołączony fotogram (widzialny obraz optyczny), pozwalający dokładnie zlokalizować poszczególne fragmenty obiektu oraz skala temperaturowa obrazująca zakres występujących temperatur. Oprócz pomiarów temperatury w konkretnych punktach zadawać można dowolne obszary obserwacji i rejestracji rozkładów temperatury uzyskując informację o temperaturze średniej, maksymalnej, minimalnej w zadanym obszarze oraz o odchyleniu standardowym. Stosować można powiększanie lub zmniejszanie wybranych obrazów oraz łączyć pojedyncze obrazy w większe mapy temperaturowe, co w efekcie daje duże możliwości edycyjne. Pozwala to w sposób przejrzysty przedstawić wyniki badań w formie raportów z kolorowymi wydrukami komputerowymi. Posiadane oprogramowanie daje duże możliwości obróbki obrazów, gwarantujące szczegółową analizę obserwowanych zjawisk. Dodatkowo pokazane są liczbowe wartości temperatury w konkretnych punktach oznaczonych na mapach temperaturowych krzyżykami oraz w obszarach oznaczonych na termogramach w formie prostokątów i podających maksymalne lub średnie temperatury w obszarze. Wykonując termogramy można eksponować interesujące zjawiska, gdy występują anomalie temperaturowe. Porównać je można z prawidłowymi rozkładami, o właściwych temperaturze, jako odniesienie. Cyfrowa rejestracja obrazów daje możliwości ich łączenia, analizowania i przetwarzania, a termogram jest obrazem w barwach umownych. Obrazy termalne przedstawione mogą być w skali temperaturowej, np. żelaza, lub innej skwantowanej czy ciągłej, aby były najbardziej czytelne dla operatora oraz dla systemu komputerowego. Przedstawiono to na rys. 3–5.

 

 

2015 06 39 1

Rys. 3. Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła pieca U-płomiennego przez otwór wziernikowy od strony przepustu podczas rewersji układu opalania w tym samym momencie. Skala temperatury ciągła i skwantowana, paleta barw tzw. „żelaza”

 

 

2015 06 39 2

 

Rys. 4. Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła pieca U-płomiennego przez otwór wziernikowy od strony przepustu podczas rewersji układu opalania w odstępie 30 s. Skala temperatury skwantowana, paleta barw tzw. „tęczy”

 

 

2015 06 39 3

Rys. 5. Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła pieca U-płomiennego przez otwór wziernikowy od strony przepustu podczas rewersji układu opalania w tym samym momencie. Skale temperatury ciągłe i skwantowane, różne palety barw: tzw. „żółto-szara”, „żarzącego włókna”, „żelaza” i „tęczy”

 

 

Termowizyjne badania rozkładów temperatury na powierzchni lustra szkła topliwnego pieca U-płomiennego

 

 

Analizując możliwości badania rozkładów temperatury na powierzchni lustra szkła we wnętrzu pieca szklarskiego stwierdzono, że najłatwiej będzie to przeprowadzić dla pieców U-płomiennych. Opracowanie metodyki badań polegało na wyznaczeniu punktów pomiarowych oraz czasu i momentu rejestracji obserwowanych obrazów. Na pracującym obiekcie przeprowadzono pomiary termowizyjne rozkładów temperatury powierzchni lustra szkła w obszarze basenu topliwnego. Najpierw przeprowadzono próby aby wytypować otwory wziernikow w przestrzeni ogniowej pieca, które dają najlepsze możliwości obserwacji lustra szkła. Okazało się, że są to otwory od strony przepustu, gdzie kamera może obserwować znaczną część lustra szkła w kierunku ściany pod palnikami. Lepsze możliwości pomiarowe dały otwory wziernikowe niewysoko nad lustrem w stosunku do otworu pod sklepieniem w osi pieca. Pomiary rozkładów temperatury lustra szkła przeprowadzono z podestów przy basenie topliwnym pieca, przez otwory wziernikowe od strony przepustu po obu jego stronach, usytuowane około 1 m nad powierzchnią masy szklanej w piecu. Kamera termowizyjna została zabezpieczona specjalną osłoną wysokotemperaturową, której przepuszczalność promieniowania podczerwonego w zakresie długości fal pracy detektora została wyznaczona specjalnymi badaniami wzorcowymi.

 

Obserwowano i zapisywano rozkłady temperatury na lustrze szkła w piecu, w kierunku przelotów palnikowych po obu stronach basenu, podczas zmiany kierunku opalania w piecu (rewersji) oraz tuż przed i zaraz po jego zakończeniu, gdy podawała strona przeciwna. Dla każdej ze stron lustra szkła w basenie topliwnym pomiary wykonywano dwukrotnie podczas rewersji: raz, gdy wcześniej podawała strona lewa oraz drugi raz, gdy wcześniej podawała strona prawa. 

 

Wyniki pomiarów termowizyjnych przedstawiono w formie barwnych wydruków komputerowych poszczególnych, zarejestrowanych obrazów termalnych. Obrazują one rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła w basenie topliwnym podczas normalnej pracy pieca szklarskiego. Ze względu na trudności i zaburzenia pomiarowe podczas normalnej pracy systemu opalania, rozkłady temperatury rejestrowano tylko podczas rewersji oraz w okresach bezpośrednio przed i po niej. Dodatkowo zarejestrowano obrazy fragmentu lustra szkła w piecu, gdy podawała strona przeciwna. Przedstawiono obrazy pól temperaturowych występujących w tych samych obszarach lustra szkła.

 

Uszeregowano i analizowano je w następujący sposób:

  • Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła w piecu W-1, ze strony prawej basenu topliwego, przyległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony lewej, rys. 6).
  • Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła w piecu W-1, ze strony prawej basenu topliwego, przyległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony prawej, rys. 7).
  • Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła w piecu W-1, ze strony lewej basenu topliwego, przeciwległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony lewej).
  • Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła w piecu W-1, ze strony lewej basenu topliwego, przeciwległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony prawej).

 

 

2015 06 40 1jpg

Rys. 6. Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła pieca W-1 U-płomiennego, ze strony prawej basenu topliwego, przyległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony lewej). Skala temperatury kwantowana, paleta barw tzw. „żelaza”.
– temperatura oznaczona na niebiesko to średnia z oznaczonego obszaru kołowego,
– temperatura oznaczona na czerwono to maksymalna z oznaczonego obszaru kwadratowego,
– temperatura oznaczona na różowo to maksymalna temperatura wzdłuż oznaczonej linii prostej

 

 

2015 06 41 1

 

Rys. 7. Rozkłady temperatury na powierzchni lustra szkła pieca W-1 U-płomiennego, ze strony prawej basenu topliwego, przyległej do kieszeni zasypowej, przez otwór wziernikowy od strony przepustu, przed i podczas rewersji układu opalania (po podawaniu strony prawej). Skala temperatury kwantowana, paleta barw tzw. „żelaza”.
– temperatura oznaczona na niebiesko to średnia z oznaczonego obszaru kołowego,
– temperatura oznaczona na czerwono to maksymalna z oznaczonego obszaru kwadratowego,
– temperatura oznaczona na różowo to maksymalna temperatura wzdłuż oznaczonej linii prostej

 

 

Materiał pomiarowy zarejestrowany kamerą termowizyjną na obiekcie został następnie przeniesiony do komputera i opracowany specjalnym pakietem programów. Z pola widzenia kamery zostały wycięte mniej interesujące obszary, a w istotnych wyznaczono temperatury w pojedynczych punktach, temperaturę średnią i maksymalną w obszarach oraz temperaturę maksymalną wzdłuż zadanej prostej – oznaczone różnymi kolorami.

 

Wyniki badań termowizyjnych mogą być przedstawione w formie sekwencji pojedynczych termogramów dla różnych palet barwnych. Uznano, że najbardziej czytelne dla powierzchni lustra szkła we wnętrzu pieca będą obrazy przedstawione w skwantowanej skali tzw. „żelaza”.

 

W dotychczasowej praktyce badawczej wykorzystywano metody termowizyjne do rozwiązywania różnych problemów technologicznych. Zastosowanie badań termowizyjnych w podanych niżej przypadkach pozwoliło niejednokrotnie rozwiązywać zagadnienia, które tradycyjnymi metodami pomiaru temperatury były nierozwiązalne, a w innych przypadkach znacznie skróciło czas i poprawiło dokładność.

  • badania porównawcze typów pieców przez określanie temperatury na powierzchni lustra szkła w częściach topliwnych, wyrobowych i zasilaczach;
  • badanie jakości opalania przez określanie rozkładów temperatury w różnych obszarach lustra szkła części topliwnej pieca szklarskiego (podczas rewersji).

 

To ostatnie zagadnienie wydaje się ważne i przyszłościowe w optymalizowaniu procesu topienia szkła, w powiązaniu z systemami sterowania i regulacji. Istotne jest jednak, aby właściwe wytypować obszary wizowania na powierzchni lustra szkła, zagwarantować stabilność obszaru obserwacji, zminimalizować błędy metrologiczne wynikające z kąta obserwacji czy oddziaływania resztkowego płomienia w przestrzeni ogniowej pieca.

 

 

Podsumowanie i wnioski końcowe

 

 

Przeprowadzenie badań związanych z optymalizacją procesu topienia w piecu szklarskim realizowanego w ramach projektu „Nowa linia produkcyjna opakowań szklanych optymalizująca zastosowanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych” pozwoliła uzyskać wiele cennych informacji. Okazało się, że jest możliwa rejestracja obrazów termalnych za pomocą kamery termowizyjnej na powierzchni lustra szkła w basenie topliwnym pieca przez otwory wziernikowe, podczas normalnej jego eksploatacji. Najlepiej do tego celu dla pieca U-płomiennego nadają się otwory wziernikowe od strony przepustu. Pomiary rozkładów temperatury na lustrze szkła są najbardziej wiarygodne podczas rewersji systemu opalania, gdy brak jest oddziaływania płomienia. Obszary wizowania na lustrze szkła powinny być stabilne, dlatego też badania za pomocą przenośnej kamery powinny być wykonywane ze statywu, z wykorzystaniem specjalnej osłony wysokotemperaturowej.

 

Lepiej jest zastosować stacjonarne systemy termowizyjne (np. A-300 firmy FLIR). Istniejące oprogramowanie do kamer termowizyjnych daje duże możliwości obróbki zarejestrowanych obrazów i uzyskanie istotnych informacji. Rejestracja obrazów następuje w czasie rzeczywisty, stąd możliwy jest zapis pól temperaturowych nawet szybkozmiennych. Analiza informacji uzyskanych na obrazach stałych obszarów lustra pozwala stwierdzić, że najbardziej pewnym parametrem, który mógłby być wykorzystany do sterowania piecem, jest temperatura maksymalna w wizowanym kamerą obszarze, lub temperatura średnia w obszarze lustra szkła.

 

Ponieważ we wnętrzu pieca, również na lustrze szkła, panują bardzo wysokie temperatury, znacznie powyżej 600oC, to obrazy widoczne są nie tylko w zakresie podczerwieni lecz również w zakresie widzialnym. Można zatem rejestrować również obrazy widzialne za pomocą kamery wizyjnej wyposażonej w specjalny peryskop piecowy (np. SVA, Heat Up ltd).

 

Na obrazach tych, im jaśniejsze są poszczególne punkty, tym występują tam wyższe temperatury. Zastosowanie specjalistycznego oprogramowania daje możliwość przetworzenia obrazów wizyjnych na termalne. Otrzymywanie obrazów termalnych na lustrze szkła we wnętrzu pieca daje możliwość diagnozowania aktualnej sytuacji w piecu. Na tej podstawie można opracowywać wytyczne dla procesu prowadzenia pieca (topienie-opalanie, praca zasypnika, optymalizacja okresu między rewersjami, optymalizacja czasu rewersji). Cyfrowe obrazy wizyjne rejestrowane peryskopem piecowym z wnętrza pieca mają większą rozdzielczość niż obrazy termalne rejestrowane kamerą termowizyjna dlatego uwidaczniają więcej szczegółów. Jednak konieczna w tym przypadku jest metoda komputerowej analizy obrazów dla pieców szklarskich. Niebagatelne znaczenie ma też fakt, że stacjonarna kamera termowizyjna jest znacznie droższa niż stacjonarna kamera wizyjna z peryskopem piecowym.

 

 

Józef Osiadły

Firma Inżynieryjno-Techniczno-Badawcza „DIAGNOTERM”, Michałowice

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 6/2015

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik