Способ определения неплотностей в системе охлаждения воздушных фурм доменной печи

 

Изобретение относится к способам контроля и автоматизации технологических процессов. Способ включает измерение расходов охлаждающей воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы, определение разности расходов, ее анализ и выдачу сигнала о неплотности. Определяют разность мгновенных значений расходов в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы и непрерывно анализируют спектр частот этой разности, а сигнал о появлении неплотности выдают при достижении значениями величин составляющих спектра разности расходов для контролируемой фурмы, хранящихся в технических средствах, значений величин составляющих спектра частот разности расходов для неисправной фурмы. Предложенный способ обеспечивает высокую достоверность обнаружения неплотностей, поскольку сигнал о повреждении фурмы выдается при достижении пороговых значений одновременно несколькими параметрами. 1 ил.

Изобретение относится к способам контроля и автоматизации технологических процессов.

Известен способ определения неплотностей в системе охлаждения воздушных фурм доменной печи по разности расходов охлаждающей воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы [1] Известный способ заключается в следующем. Измеряют расходы охлаждающей воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы. Полученные значения расходов усредняют по времени (сглаживают) и вычисляют разность усредненных расходов.

Названная разность для исправной фурмы должна иметь нулевое значение. С появлением и развитием неплотности в системе охлаждения контролируемой фурмы значение разности возрастает.

Непрерывно анализируют эту разность, сравнивая ее величину с пороговым значением, хранящимся в технических средствах, например в памяти управляющего компьютера, используемого для реализации способа. С достижением разности расходов заданного порогового значения обслуживающему персоналу выдается сигнал о неплотности в системе охлаждения контролируемой фурмы.

Известный способ имеет недостаточную чувствительность и низкую достоверность, обусловленную следующими причинами.

Для обеспечения его достаточной чувствительности пороговое значение разности расходов устанавливают в пределах одной сотой части номинального расхода охлаждающей воды, что сопоставимо с погрешностями используемых средств измерений. Поэтому, вследствии влияния дестабилизирующих факторов, разность усредненных расходов, находящихся в пределах измерений, будет изменяться произвольным образом.

Названная выше разность, обусловленная только нестабильностью средств измерений, часто имеет параметры, неотличимые анализирующими техническими средствами от параметров разности, вызванной появлением и развитием неплотности. Поэтому использование известного способа не обеспечивает достаточной чувствительности и приводит к многочисленным ложным сигналам о повреждении фурм, что дезориентирует персонал и снижает эффективность его работы.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Измеряют расходы воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы. Вычисляют разность мгновенных (неусредненных) значений этих расходов. Непрерывно анализируют спектр частот названной выше разности, измеряя его параметры, такие как уровни составляющих в узких фиксированных областях частот, на которые делят весь анализируемый частотный интервал. Периодически сравнивают уровни составляющих спектра частот для контролируемой фурмы с хранящимися в технических средствах (например, в памяти управляющего компьютера, используемого для реализации способа) значениями названных параметров для неисправной фурмы. При достижении этими параметрами хранящихся контрольных значений выдается сигнал о повреждении фурмы.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит сливной и напорный трубопроводы 1 и 2 соответственно с установленными на них преобразователями 4 и 5 расхода охлаждающей воды, фурму 3. Выводы преобразователей 4 и 5 соединены с входами блока разности 6, выход которого соединен с входом усилителя разности 7. Выход усилителя разности 7 соединен с входами электрических фильтров 8-1, 8-2, 8-n. Выходы фильтров соединены с входами двухполупериодных выпрямителей 9-1, 9-2, 9-n электрических сигналов, выходы которых соединены с сигнальными входами управляемых интеграторов 10-1, 10-2, 10-n электрических сигналов. Управляющие входы интеграторов соединены с выходами управляющего компьютера 11. Выходы интеграторов соединены с первыми входами схем сравнения 12-1, 12-2, 12-n. Вторые входы схем сравнения соединены с выходами блоков задания 13-1, 13-2, 13-n. Выходы схем сравнения соединены с входами управляющего компьютера 11. Входы блоков задания и вход блока сигнализации 14 соединены с выходами управляющего компьютера 11.

Устройство работает следующим образом.

Нагнетаемая насосами охлаждающая вода через напорный коллектор домны (на схеме не показан) поступает в напорный трубопровод 2 и через него в охлаждающую полость контролируемой фурмы 3. Через сливной трубопровод 1 вода стекает в сливной колодец домны.

Преобразователи 4 и 5 расхода выдают электрические сигналы постоянного напряжения, величина которых пропорциональна расходам воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы. Эти сигналы поступают на входы блока разности 6, с выхода которого напряжение, пропорциональное разности расходов, поступает на вход усилителя разности 7. Разностное напряжение содержит постоянную составляющую, пропорциональную разности усредненных значений расходов воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы, и переменные составляющие, обусловленные внутренними шумами преобразователей расходов и пульсациями расходов воды в трубопроводах. При равенстве усредненных значений расходов входное напряжение усилителя разности содержит только переменные составляющие.

Выходное напряжение усилителя разности 7 поступает на входы электрических фильтров 8-1, 8-2, 8-n. Фильтры выделяют составляющие спектра частот разности расходов, которые после выпрямления двухполупериодными выпрямителями 9-1, 9-2, 9-n подаются на сигнальные входы управляемых интеграторов электрических сигналов 10-1, 10-2, 10-n.

Время интегрирования выбирается из условия достаточности уровней напряжения на входах схем сравнения для правильной работы названных схем. Это время задается управляющим компьютером 11 путем подачи команд на управляющие входы интеграторов. Циклы интегрирования повторяются непрерывно. Выходное напряжение интеграторов, пропорциональное вольт-секундным площадям входных сигналов, подается на первые входы схем сравнения 12-1, 12-2, 12-n. На вторые входы названных схем с выходов блоков задания 13-1, 13-2, 13-n подаются постоянные напряжения, уровни которых равны вольт-секундным площадям составляющих спектра частот разности расходов для неисправной фурмы.

При исправной контролируемой фурме на первых входах схем сравнения имеются некоторые уровни напряжения, обусловленные шумовыми помехами в измерительных цепях. Названные уровни напряжения значительно ниже уровней, устанавливаемых управляющим компьютером на вторых входах названных схем. Поэтому сигналы сравнения при исправной контролируемой фурме не выдаются.

С появлением и развитием неплотности в системе охлаждения контролируемой фурмы уровни составляющих спектра частот разности расходов увеличиваются. Соответственно увеличиваются выходные напряжения интеграторов. С достижением этими напряжениями значений, установленных управляющим компьютером на вторых входах схем сравнения, на выходах этих схем появляются сигналы сравнения. Названные сигналы выдаются на входы управляющего компьютера. После приема и обработки сигналов сравнения управляющий компьютер выдает команду на включение сигнализации. Обслуживающему персоналу выдается сообщение о повреждении контролируемой фурмы.

Чувствительность предлагаемого способа, выраженная как минимальное значение обнаруживаемой утечки охлаждающей воды, определяется уровнем и спектральным составом помех, приведенных к входу усилителя разности расходов и имеющих место при исправной контролируемой фурме.

Для достоверного обнаружения неплотности необходимо, чтобы напряжение на выходе интеграторов, вследствие появления пульсирующей утечки воды увеличилось не менее чем в 2 раза. Для этого необходимо, чтобы уровень пульсаций утечки, приведенный к входу усилителя разности расходов, был равен уровню помех, существующих на входе названного усилителя при исправной фурме. При этом уровень помех и уровень пульсаций утечки воды должны сопоставляться в полосах частот равной ширины.

Уровень помех на входе усилителя разности при исправной контролируемой фурме определяется внутренними шумами преобразователей расхода, неидентичностью статических и динамических параметров названных преобразователей, динамическим запаздыванием, обусловленным конечной жесткостью конструкции фурмы, внутренними шумами усилителя и помехами, наведенными от посторонних источников. Чем ниже суммарный уровень названных помех, тем выше чувствительность предложенного способа.

Например, расход воды, протекающий через охлаждающую полость фурмы, может составлять 10 л/с. Скорость воды в напорном и сливном трубопроводах при их проходном сечении 10 см² составит 10 м/с. Уровень напряжения на выходе преобразователей расхода должен составлять не менее 0,1 В. Суммарный уровень помех, приведенный к входу усилителя разности расходов, в полосе частот (1-40) Гц может составить, например, 1·10^-5 В. Тогда для увеличения уровня напряжения на выходе интеграторов в 2 раза уровень пульсаций утечки воды, приведенный к входу усилителя в той же полосе частот, при одинаковом распределении этих частот должен составить 1·10^-5 В, что соответствует пульсации утечки относительно ее среднего уровня ± 1·10^-3 литров/с.

Для определения среднего значения утечки воды через неплотность по значению пульсаций названной утечки, должно быть известно соотношение между этими величинами. Это соотношение определяется разностью давления воды в месте утечки и давления дутья в этом же месте.

В связи с вихреобразным движением воды в охлаждающей полости фурмы поступающей в нее с большой скоростью, давление воды внутри названной полости будет иметь пульсирующий характер с отклонениями от него среднего значения до 20 30% Поток дутья, поступающий с большой скоростью через фурму в печь, также приведет к вихреобразному движению воздуха возле фурмы и пульсациям давления дутья. Уровень пульсаций давления дутья около фурмы может достигать 20 30% от его среднего значения. Поэтому пульсации утечки воды в зависимости от соотношения средних уровней давления воды и давления дутья в месте повреждения могут быть в пределах 50 100% от средних значений названных утечек. Поэтому минимально обнаруживаемое среднее значение утечек воды при использовании предложенного способа и при названных выше гидродинамических и электрических параметрах режима работы может достигать (1-2)·10^-3 л/с. или 3,6 7,2 л/ч, что в 14 50 раз меньше, чем при использовании известного способа.

Предложенный способ обеспечивает высокую (по сравнению с известным) достоверность обнаружения неплотностей, поскольку сигнал о повреждении фурмы выдается при достижении пороговых значений одновременно несколькими параметрами, а не одним, как принято в известном способе.

Количество сравниваемых значений параметров при реализации предложенного способа определяется количеством используемых электрических фильтров, выделяющих составляющие спектра частот разности расходов. Количество названных фильтров и значения их частотных диапазонов (узких фиксированных областей частот) определяется при наладке устройства, реализующего способ, с учетом конкретных параметров конструкций контролируемых фурм, а также с учетом гидродинамических и аэродинамических режимов.

Формула изобретения

Способ определения неплотностей в системе охлаждения воздушных фурм доменной печи, включающий измерение расходов охлаждающей воды в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы, определение разности расходов, ее анализ и выдачу сигнала о неплотности, отличающийся тем, что определяют разность мгновенных значений расходов в напорном и сливном трубопроводах контролируемой фурмы и непрерывно анализируют спектр частот этой разности, а сигнал о появлении неплотности выдают при достижении значениями величин составляющих спектра частот разности расходов для контролируемой фурмы, значений величин составляющих спектра частот разности расходов для неисправной фурмы, хранящихся в технических средствах.

РИСУНКИ

Рисунок 1