专利名称：实现多个取样点自动连续清洁度检测方法
技术领域：
本发明涉及冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及一种实现多个取样点自动连 续清洁度检测方法，用于中高档汽车、家电面板生产领域。
背景技术：
随着汽车、家电产业对高表面质量产品需求不断增加，对产品表面质量要求越来 越严格，促进了连续镀锌和连续退火生产线新技术发展，然而作为核心设备的连续退火炉 由于受到高温、密闭等等因素的影响，一些制约产品质量提高的关键问题仍然没有突破，连 续退火炉生产状态下炉内气体清洁度的检测就是其中之一。当前生产和技术人员已经清楚 的认识到炉内气氛清洁性对产品质量和炉内设备带来的不良影响，并把注意力放在采取措 施以减少危害上，例如增加了清洗工艺、采用喷涂抗结瘤炉辊、优化工艺操作、定期清扫炉 内设备等等，这些措施无疑对提高带钢表面质量起到极大的作用。但是，由于炉辊结瘤、辊 面积碳、带钢在炉内产生无规律硌痕、亮点等等缺陷的存在，制约了高质量产品合格率的进 一步提高。因此，对连续退火炉炉内气体清洁度的检测问题，引起了冷轧汽车板、家电板生 产企业的广泛关注。炉内有害类物质(简称有害物或者污染物)主要是悬浮在炉内或者沉降、粘覆在炉 内设备并且具有重新转变为悬浮物可能的固体颗粒、丝状物、絮状物、液滴态颗粒、液固混 合态颗�：脱跗�、超量的水蒸气等等。其中固体颗粒主要源自带钢在炉内高温和高速运行 状态下，通过摩擦、振动产生脱落的微小铁颗�：驼掣娇帕＃送饣褂欣醋月谏璞傅耐崖� 粉末和检修时从炉外进入的粉尘等。丝状物和絮状物主要来自于炉内保温材料的脱落和粉 化。液滴态颗粒成分主要为水蒸气液滴、乳化液挥发产生的液滴(包括杂油)、炉内机械设备 润滑油泄漏形成的液滴以及几种液滴碰撞形成的混合物液滴。有害物在炉内存留不但对产 品质量构成威胁和影响，同时对炉内设备造成损害。当前国内外并没有对这类有害物质的数量和�：Τ潭忍岢鲆恢止系呐卸ǚ椒ǎ� 更没有提出成熟的检测方法和装置。而在生产时，炉内仅能根据现有仪表指示和经验进行 判断，这大大增加了操作难度和判断失误的概率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为合理确定生产工艺，提高中高档汽车、家电产品 表面质量，提供连续退火炉炉气污染物的快速、可靠的实现多个取样点自动连续清洁度检 测方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案是控制主回路依照控制器的设定将退火 炉各个取样点的炉气抽出，并且按照设定顺序和流量，炉气依次通过各收集器，炉气中各种 颗粒物就被阻留在收集器中，直至全部收集器完成收集，从而实现多个收集器自动按照顺 序实现取样；然后根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，得到取样的每个炉区悬 浮颗粒物的总重量，从而求出各个取样炉区炉气中颗粒物的浓度；通过对各个炉区炉气清洁度总量检测评估炉内污染程度；将收集器中的污染物送到化学分析实验室进行检验，得 到取样炉区污染物的成分，通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，判断各个炉区有害物 是否出现异常。本发明基于以下情况而提出申请的由于连续退火机组和热镀锌机组核心设 备一一退火炉，采用高温、密闭生产状态，对炉内影响产品质量的因素检测非常困难。尽管 退火炉配置了氧气、氢气、露点含量的定量检测，仍无法全面反映炉内的变化情况。特别是 炉内气体中有害物的含量、分布以及变化对产品质量和炉内设备影响的监控基本上处于空 白。如果能够实现对各个炉气不同位置的炉气清洁度随时取样，进行定性和定量检测分析， 无疑对指导生产，设备维护，带来益处。本发明与未采用该技术的连续退火机组相比，具有以下的主要有益效果
1.为解决运行中的退火炉是否具备生产高表面质量要求产品的条件，提供更可靠的 判断依据。连续退火炉属于长期连续封闭运行的大型设备，停炉检修和炉内清扫一次往往 需要数日乃至数周，一般每年最少停炉2 — 3次。在机组连续长期的生产中，炉子若未采 用此检测技术时，炉子设备运行的状况，仅能根据常规的工业摄像画面(主要用于带钢位置 的监视)、有限的检测参数和操作工经验，判断当前的生产状态是否满足高质量产品要求。 由于炉内污染物的存留以及产生的影响无法检测，这大大增加了操作难度和判断失误的概 率，对高表面质量要求产品的生产构成很大威胁。通过对炉子运行中，炉气有害成分的检测 分析，可以准确、及时检测到炉内污染物，提高了操控水平，为提高产品质量，为降低或者杜 绝因炉内工况不明造成高质量产品降级或者不合格的概率，提供可能。
2.为炉内设备合理安排停炉检修、清炉提供参考依据。炉内设备出现问题通�：苣鸭� 测，特别是出现问题的初期监测更为困难，一旦造成影响，损失很大，甚至于无法生产高质 量产品。通过对炉气成分的检测和定量分析，可判断各个炉区污染物是否出现异常。并且 可以根据长期检测数据判断炉内污染物的堆积量和对炉内设备(如炉辊)的污染程度。这些 可以为检修和维护提供依据。3.连续自动取样，可免去手动操作的繁琐，降低操作错误发生的几率，提高污染 物检测效率。
图1是实现多个取样点自动连续清洁度检测系统的原理图。图2是图1中的污染物连续自动收集支路原理图。图3是吹扫氮气供应系统原理图。图4是冷却干燥系统及分配器原理图。图5是清洁度检测的数据采集与控制系统原理图
图中1.退火炉炉室(下文简称“炉室”)； 2.取样气体冷却器；3.气体分配器； 4.手动开关阀；5.压力检测仪表；6.压力信号转换显示仪表；7.气体温度检测仪； 8.自动开关阀；9.逆止阀；10.污染物总量收集器；11.分析收集器；12.分散 器；13.集水器；14.过滤器；15.取样计量泵；16.回送气体干燥器；17.减压阀； 18.氮气站；19.制冷机；20.不锈钢蛇形管；21.板式冷却片；22.自动快速切断阀； 23.水温检测器；24.液位计；25.控制器；26.显示与操作面板(下文简称“操作面板”)； 27.计算机；28.系统电源。
具体实施例方式本发明提供的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，具体是用取样计量泵 将退火炉炉室内气体抽出，控制连续自动收集支路中的自动开关阀选择收集器，并使炉气 按照设定的流量通过当前选用的收集器，炉气中各种颗粒物就被阻留在收集器中。控制器 按照设定顺序逐个打开收集器，实现连续自动的污染物收集。取样计量泵会自动测量出每 次取样时的采集炉气的体积，根据取样计量泵前的仪表测定的温度和压力，将该体积单位 折算为标准立方米。根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，可以得到取样的每个 炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出各个取样炉区炉气中颗粒物的浓度。通过对各个炉区 炉气清洁度总量检测，可以评估炉内污染程度；将分析收集器中的污染物送到化学分析实 验室进行检验，可以得到取样炉区污染物的成分，通过对各个炉区炉气成分的检测和分析， 可判断各个炉区有害物是否出现异常。本发明将连续退火炉内炉气的清洁度定义为炉气清洁度=单位体积炉气中液 体、固体、液固混合颗粒物的浓度，单位为毫克(或微克)每标准立方米。这种方式可以实现对多个炉区连续进行自动取样，提高取样速度快，减少收到更 换收集器的频次，自动化程度较高，适应年产量大于10万吨，以生产高质量家电产品为主 的各类连续退火炉。下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。本发明提供的方法是利用实现多个取样点自动连续清洁度检测系统来实现的。为 了利于描述本方法，首先说明该检测系统的组成。一 .实现多个取样点自动连续清洁度检测系统(简称检测系统)的组成
该检测系统的结构如图1所示主要由炉气取样主管，炉气污染物连续自动收集支路， 计量与气体回送主管三部分组成。第一部分为炉气取样主管，如图1所示沿气流方向依次由取样气体冷却器2、气 体分配器3、第一手动开关阀4、压力检测仪表5、压力信号转换显示仪表6、第一自动开关阀 8组成，后接气体污染物收集器支路的接入点d。此外设有a、b、c三个吹扫氮气接入点，用 于系统内管道的清洁吹扫。氮气接入点a位于气体分配器3的一路入口处，氮气接入点b 位于压力检测仪表5和第一自动开关阀8之间，氮气接入点c位于第一自动开关阀8之后， 收集器支路接点d之前。第二部分为炉气污染物连续自动收集支路，图1虚线框中的“自动收集支路”其详 图如图2所示。在收集器支路接入点d后，分为2组并联的收集支路。第一组为污染物总量 收集支路组，该支路在接入点d后共用一个逆止阀9，随后分为多个收集器支路，图2中以两 个收集器支路的情况为例，每个收集器支路均为前置自动开关阀8、前置手动开关阀4、污 染物总量收集器10、后置手动开关阀4、后置自动开关阀8组成。其中污染物收集器10为 一个过滤性收集装置，其滤芯最高可耐受70°C气温，能过滤1 μ m以上粒径的固体颗粒物， 用于完成炉气中固体颗粒物的收集。取样计量泵15的最大流量范围为15 - 60Nm3/h，最高 工作温度70°C。第二组为污染物分析收集支路组，该支路在接入点d后共用一个逆止阀9， 随后分为多个收集器支路，图2中以两个收集器支路的情况为例，每个收集器支路均为前 置自动开关阀8、前置手动开关阀4、气体分散器12、分析收集器11、后置手动开关阀4、后置自动开关阀8组成。分析收集器11中有溶液，可将污染物阻留其中，用于化学成分分析。 所有收集器支路最后会合至污染物收集器支路接点e处。炉气污染物连续自动收集支路还有一个旁路(简称“收集器旁路”)，从收集器支路 接点d直接经过一个自动开关阀8 (由于这个自动开关阀位于旁路上，下文简称“旁通阀”) 到收集器支路接点e，用于系统启动、停止、工作状态转换以及事故状态的操作。第三部分为计量与气体回送主管，从收集器支路接点e开始，由内部上方安装有 气体温度测量仪7的集水器13、过滤器14、压力检测仪表5、压力信号转换显示仪表6、取样 计量泵15、逆止阀9、第二自动开关阀8、第二手动开关阀4以及回送气体干燥器16组成。 集水器13处于整个系统的最低水平位置，用于收集管路中的凝结水和集中排放。气体温度 测量仪7和压力检测仪表5用于测量炉气的温度、压力，以修正抽样气体的体积流量。取样 计量泵15的最大流量范围为15 — 60Nm3/h，最高工作温度70°C，用于提供抽取炉气的负压， 同时精确计量炉气流量。逆止阀9可防止气体倒流。回送气体干燥器16主要作用是降低 分析后的气体的露点，防止回送后影响炉内气氛。为了叙述方便，图1可以分为两部分。虚线框内部分简称为自动收集支路，其它部 分称为主回路，这两部分组合一起简称为检测系统。若断开收集器支路，主回路与炉室构成 一个闭环回路，炉气沿图1箭头方向进入主回路，在取样计量泵的作用下沿箭头方向返回 炉室内。二.实现多个取样点自动连续清洁度检测方法 该方法包括以下步骤
第一步，检测前准备。1)先关闭自动收集支路中的全部手动开关阀4，然后安装多个污染物总量收集器 10和多个分析收集器11进行。2)接通控制系统电源28，打开电源开关，启动计算机27和控制器25，系统自动进 入检测和启动准备程序，包括检测制冷机19的启动状态、检测自动开关阀8是否处于关闭 状态、检测取样气体冷却器2的水温是否满足要求等等。当检测项目达到要求，操作面板26 上的启动按钮指示灯亮，操作画面出现允许启动的提示。3)将检测系统的手动开关阀4全部打到“开”的位置，按下操作面板26上的“启 动按钮”，控制系统将自动进入气密性检测程序，此时显示器出现气密性检测状态画面。检 测合格，气密性指示灯为绿色，控制系统自动转入吹扫程序，并在显示画面上显示出吹扫状 态。即使用氮气吹扫管道，将管道和设备中的空气排出，吹扫完成后，指示灯转变为绿色，并 且控制器25将关闭全部的自动开关阀8，为取样作准备，此时显示器出现设定画面。如果气 密性不合格，气密性指示灯为红色，并且发出报警声光信号，需要人工检查连接部位是否存 在泄漏。人工处理完泄露点后，须重新按下操作面板26上的“启动按钮”。重复上述工作， 直到气密性合格为止。气密性检测合格后，需要关闭部分手动阀门，如"N2接入点a”前的 手动开关阀4。第二步，取样设定。通过操作面板26上的键盘完成取样点选择、收集器选择和取样气体量设定。①根据污染物总量收集器10的数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取 样气体量设定。当污染物总量收集器10的数量大于或者等于取样点数量时选择和设定生效。否则不接受选择和设定。②根据分析收集器11的数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取样气体量设定。当分析收集器11的数量大于或者等于取样点数量时选择和设定生效。否则不接 受选择和设定。第三步，气体取样。
1)完成准备工作和取样设定后，按下操作面板26上的“取样启动”按钮，此时显示器出 现收集器显示画面；控制器25向主回路发出运行指令，即打开检测系统中的自动开关阀8， 气体分配器3按照控制器25的指令选择取样点。以设定为炉室1中的中间取样点为例
控制器25按照取样设定同时向炉气污染物连续自动收集支路(简称自动收集支路)中 的某个预备取样支路上的自动开关阀8发出打开指令，例如打开污染物总量收集器组第一 个收集器10支路上的全部自动开关阀8，其它自动收集支路自动开关阀8均处于关闭状态。 启动取样计量泵15将高温气体从微正压的退火炉炉室1内抽出，经过取样气体冷却器2，将 高温炉气的温度降低到50°C以下；此时，由于主回路旁通阀8处于打开状态，气体流动阻力 最�。⊙宀痪远占�(尽管污染物总量收集器组的第一个独立支路处于打 开状态，由于滤芯阻力作用，气体沿阻力最小通道流动)，沿主回路返回炉内。此时，控制器 25执行主回路检测程序，即主回路经过大于1分钟连续运行，该回路中压力检测仪表5和气 体温度检测器7传送给控制器25的连续检测值始终在允许范围内，表示系统正常可以执行 下部程序，否则，将延时检测5分钟，如果取样的炉气温度和压力达不到要求，控制器将停 止检测系统并且发出声光报警。如果取样的炉气温度和压力达到要求，控制器25向旁通阀8发出关闭指令，同时 向取样计量泵15发出开始计量指令，取样气体将通过自动收集支路中的污染物总量收集 器10形成的闭环回路，返回炉内。由于污染物总量收集器10中滤芯的过滤作用，炉气中各 种粒径大于1 μ m的颗粒物就被阻留在污染物总量收集器10内。当取样计量泵15的抽气 量达到设定值时，控制器25首先向旁通阀8发出打开指令，延时几秒后，控制器25将关闭 工作中的自动收集支路上的自动开关阀8，并且发出该收集器已经完成取样的信息，收集器 显示画面上对应的污染物总量收集器变成深色，表示完成取样。然后控制器25按照设定向气体分配器3发出更换取样点指令，经过几十秒的延 时后，主回路中的炉气，已经被另外一个取样点的新炉气所置换，这时控制器25按照取样 程序设定，向另外一个自动收集支路的自动开关阀8发出打开指令，例如打开分析收集器 组第一个支路上的全部自动开关阀8，其他收集器支路其它自动开关阀8均处于关闭状态。 此时，由于收集单元旁通阀8处于打开状态，气体流动阻力最�。⊙宀痪占髦� 路，通过旁路沿主回路返回炉内。当1分钟内主回路中压力检测仪表5和气体温度检测器7 传送给控制器的检测值始终在允许范围内，控制器25向旁通阀8发出关闭指令，同时向取 样计量泵15发出数值清零和新的计量指令，取样气体将通过收集器支路中的第一个分析 收集器11形成的闭环回路返回炉内。由于取样气体通过分散器12进入分析收集器11内 的溶液中，在其的阻留作用下，炉气中污染物就被阻留到分析收集器11内。当取样计量泵 15的抽气量达到设定值时，控制器25首先向旁通阀8发出打开指令，延时几秒后，控制器将 关闭该收集器支路中的自动开关阀8，并且发出此分析收集器已经完成取样的信息，收集器显示画面对应的分析收集器变成深色，该分析收集器完成取样。依照上述方法，依次对其他各路收集器完成取样工作。2)取样气体的体积校准
气体取样均采用标准立方米为单位，操作人员在操作面板26上设定取样气体量为标 准立方米，取样时由于气体的温度和压力不同，需要进行体积折算，校正取样计量泵的实际 值。因此，在取样计量泵15前的集水器13上部设置气体温度检测器7，在取样计量泵15前 有气体压力检测仪表5，将取样气体的实际温度和压力值，通过控制器25将信号传给计算 机27，计算机经过气体状态方程计算，给取样计量泵15 —个修正值，这样就可以获得标准 抽气量数值。取样气体的体积校准的过程是通过污染物总量收集器10和分析收集器11后的 炉气，经过手动开关阀4、压力检测仪表5进入计量与气体回送主管中的装有气体温度检测 器7的集水器13，此时控制器25将获得的气体的压力和温度信号传送给计算机27处理，用 于修正气体流量。然后，炉气再依次经过入计量与气体回送主管中的过滤器14、取样计量泵 15、逆止阀9和自动、手动开关阀进入回送气体干燥器16，炉气干燥后被送回退火炉内；当 取样计量泵15的抽气量达到设定值+修正值时，即完成取样气体的体积校准的过程，该取 样支路上的收集器也完成取样工作，控制器将按照设定打开旁通阀8，关闭完成取样工作的 收集器前后自动开关阀8，并且控制分配器改变取样点，进行下一个收集器的取样过程。当 全部收集器完成取样工作，显示器将出现气体取样完成和系统进入管道吹扫状态的提示。第四步，管道吹扫。系统通道吹扫的目的有两个方面一是将残存在通道中带有氢气的炉气使用氮气 进行置换，以保证更换收集器时的安全。此项吹扫称为安全性吹扫，是由系统自动完成的。 二是吹扫从炉内到清洁度检测仪之间的管道，以保证管道清洁，提高检测的精度和准确性。 此项吹扫称为清洁性吹扫，仅仅在停炉检修时，利用吹扫氮气供应系统(下文简称“氮气吹 扫系统”)的氮气站18供应的高压氮气，由操作人员控制对各个取样管道进行吹扫。安全性吹扫在清洁度检测系统完成气密性检测合格后，且操作面板26中的显示 器出现“取样完成，进入吹扫状态”的提示后，控制系统将执行如下吹扫程序控制器25首 先向分配器3发出指令，关闭全部自动快速切断阀22，打开检测系统的自动开关阀8，打开 氮气吹扫系统的自动开关阀8。吹扫氮气从机组管网或者氮气站18通过手动开关阀4、减 压阀17、逆止阀9、压力检测仪表5、自动开关阀8进入"N2接入点C”。由于污染物收集单 元的旁通阀8打开，因此首先吹扫检测系统主回路，氮气通过主回路进入退火炉内，每个取 样点支路吹扫时间不小于15秒，达到吹扫时间后控制器将关闭收集器旁路的旁通阀8，并 且按照顺序吹扫自动收集支路的各个收集器支路，吹扫氮气将通过收集器支路构成回路进 入退火炉内。当全部吹扫完成后，控制器25将发出指令，关闭氮气吹扫系统和检测系统的 全部自动开关阀8。操作面板26显示吹扫结束。安全性吹扫完成后，通过打开污染物总量 收集器10和分析收集器11的连接处，即可取下污染物总量收集器10和分析收集器11，送 分析室进行称重和成分分析，并更换新的收集器。清洁性吹扫在停炉检修期间，需要对从炉内取样点到取样气体冷却器2之间的 管道进行清洁性吹扫。操作人员首先关闭取样主管和气体回送主管的全部手动开关阀4，接 通系统电源28，启动控制系统，并进行自检。自检正�：螅迦⊙鞴艿淖远胤�8全部关闭，取样计量泵15和冷却系统中的制冷机19也处于关闭状态。关闭取样和气体回送 部分的全部手动开关阀4和氮气吹扫系统"N2接入点b”前的手动开关阀4 ；打开"N2接入 点a”前的手动开关阀4，并且通过操作面板26关闭"N2接入点C”前的自动开关阀，打开减 压阀17前的手动开关阀4，手动调节吹扫氮气压力。为了保证吹扫干净，专门为清洁性吹扫 设计的高压吹扫方式，通过监视压力检测仪表5和手动调整减压阀17，将氮气压力保持在 r2bar (10(T200kPa)之间。通过操作面板26选择气体分配器3通道，并打开氮气吹扫系 统"N2接入点a”前的自动开关阀8，即可对各个取样管道进行吹扫，氮气通过气体分配器3 逆向吹入炉内。按照相同方法选择气体分配器3各个通道，逐个对取样管道进行清洁性吹 扫。第五步，炉气中污染物的浓度和成分检测。污染物总量收集器10是一个固体过滤器，该过滤器的滤芯可方便拆卸与更换。工 作前，需要在高精度天平对滤芯进行称重，然后安装在收集器中的固定位置。取样完成后将 滤芯取出，放在高精度天平上进行二次称重，两次称重的重量差即为取样炉区本次取样的 总重量，该重量除以取样炉气的体积即可以得到炉气中颗粒物的浓度。分析收集器11是一个带有液位刻度的玻璃瓶，里面装有蒸馏水或者其他溶解液。 炉内气体通过分散器12均勻散射到蒸馏水或者溶解液里，炉气有害物被阻留、沉淀在液体 中。取样结束后，将装有液体的玻璃瓶取下，送化学检验室进行化学成分检验，将其有害物 成分和比例的检验结果除以取样炉气的体积，即可以得到炉气中有害物不同成分的浓度比 例。由于炉内有害物成分非常复杂，如带钢表面脱落的金属、油脂成分，炉内设备脱落的保 温材料和金属物质，对于镀锌连续退火炉还存在锌蒸气等等，所以这种分析可以对分析收 集器中的物质成分、比例进行全面分析，能够更全面的反映炉内的工艺状况。经过上述五个步骤，可以完成对连续退火炉炉内气体清洁度的检测。三.炉内气体污染程度的评估方法。通过研究发现炉内有害物具有如下特性
1.累积特性随着连续退火炉连续生产时间的增加，有害物在炉内囤积的总量增加。 炉内发生悬浮物“爆发”的可能性增加。如由于过快的进行速度调整或者温度变化，使囤积 和粘附在炉内设备表面的有害物重新悬�。斐删植柯廴疚锱ǘ缺⑹皆黾�。2.炉内迁移特性炉内有害物会随着炉气的流动或者粘附在带钢表面从一个炉 区迁移到其它炉区。在正常生产中有害物的迁移距离是比较小的，往往由于错误操作或者 原料表面清洁度差等因素造成迁移距离增加这是不正常的。3.有害物成分分布相对稳定性在正常生产情况下，炉内有害物成分分布是相对 稳定的。通过检测炉内有害物成分分布的变化，可以提前发现生产中存在的一些问题。4.化学变化特性如氧化铁还原为铁；
5.液态向固态转化特性如含油液滴碳化变成碳颗粒；
6.悬浮、聚结长大特性如小液固颗粒在悬浮中相互碰撞形成大颗粒，大颗粒聚集形 成颗粒团。7.粘附特性如粘附在辊面形成积碳或者结瘤。8.液态物囤积和再次挥发特性炉内颗粒物通常以液固混合态存在，这些物质粘 附在炉内设备表面或者聚集在炉底的某些区域，在低温状态下这些物质中的液态物保持原态，当温度升高时，液态物质会重新挥发形成新的液滴。9.粘附和沉降颗粒存在可逆特性粘附在炉内设备表面或者沉降在炉内高处设 备表面的颗粒，在振动或者气流等等因素的作用下重新成为悬浮颗粒。炉内气体清洁度受三个方面因素的影响，即入炉带钢表面清洁度的影响；炉子 设备因素(主要是设备的制造、安装和维护水平)的影响；操作和工艺因素的影响。生产不同表面质量等级的产品要求炉内气体清洁度到达不同要求的目标值，否则 无法保证批量生产。基于上述原因炉内污染程度的评估通常采用对比的方法进行。目标清洁度，是指生产不同等级质量产品需要到达清洁度的平均指标，即生产某 品种前一段时间内，各自炉区清洁度指标的平均值。该平均值是通过多次生产某一个质量 等级产品后确定的。通过对各个炉区炉气清洁度总量检测，对比目标清洁度指标，可以直接评估炉内 污染程度；而通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，可判断各个炉区有害物成分分布是 否出现异常，如果存在异常，可以结合工艺及时发现存在的问题。根据清洁度重量和成分分 布检测，可以确定当前退火炉具备生产什么质量等级产品的条件。为了取得的炉气样本更具有代表性，炉气取样点在选择时需要注意
1).对于新建连退机组，在退火炉预热段出口上下炉辊下方设置取样点；在加热段和 均热段上下炉辊下方设置取样点；在过时效入口和出口上下炉辊下方设置取样点。对于新 建的热镀锌机组，在退火炉的预热段出口上下炉辊下方设置取样点；在加热段和均热段上 下炉辊下方设置取样点；在均衡段和热张力辊区域设置取样点。2.)对于已经生产的炉子，可以利用露点检测管道或者利用临时取样点连接管 道进行取样。如果利用露点检测仪管道需要注意避开露点检测的周期，必须收集露点检测 仪的检测信号，防止出现同时在一个点取样问题。下面简述与本发明有关的其他辅助系统。(一).气体冷却及冷却水循环系统
为保护检测系统仪表安全，从炉内抽出的气体必须冷却至50°C以下，因此在清洁度检 测系统的入口处设置有取样气体冷却器2。由于炉内气体露点要求低于_3°C _45°C (不同 工艺段有差别)，回送气体(通常选择炉子入口某点集中回送)必须进行干燥处理，避免造成 对炉内工况产生影响，故在检测系统的出口处设有回送气体冷却干燥器16，以降低回送气 体的露点。气体冷却干燥及冷却水循环系统如图4所示。冷却水循环系统由压力检测仪表5、 制冷机19、水温检测器23、液位计24、回送气体干燥器16，以及取样气体冷却器2中的一组 板式冷却片21组成。取样气体冷却器2中装满脱盐水，补充点可以采用人工添加或者直接 与生产机组的脱盐水管道连接，由手动开关阀4直接向取样气体冷却器的水箱中补水。炉 气取样主管(以三处取样点为例)与炉中各取样点连接，由于炉气取样主管受气体分配器控 制，故每次取样仅仅有一个取样点的炉气通过取样气体冷却器2中的不锈钢蛇形管20，然 后进入炉气污染物连续自动收集支路。最后经过计量与气体回送主管进入回送气体干燥器 16后送回炉内。取样气体冷却器2是将板式冷却片21 (简称冷却片)设置在一个装满水的箱体里面，同时在箱体底部盘绕多根不锈钢蛇形管20，不锈钢蛇形管一端与来自炉子各个区域的 取样管连接，另一端与气体分配器3连接。取样气体冷却器的原理是冷却片中通入来自制 冷机19的低温制冷工质，冷却片冷却箱体中的水，水再冷却不锈钢蛇形管20中的高温气 体。取样气体冷却器中设置水温检测器23和液位计24，将水温和液位信号传送到控制器 25，控制器25将根据水温和炉气温度，调整制冷机的能力和补充水的通入。回送气体干燥器16是利用低温结露原理，在干燥器箱体内设置板式冷却片21，该 冷却片内通入来自制冷机19的低温制冷工质，当炉气通过冷却片时，回送气体中的水就会 在冷却片上结露，收集后将结露水存放在回送气体干燥器16自带的排放设备中，在检查系 统重新启动或者更换收集器时，控制器将控制排放设备在主回路启动吹扫状态时，利用吹 扫压力外排结露水和管道中的气体。上述的取样管水冷却器2和回送气体干燥器16具有相似的设备结构，仅仅在冷却 的温度参数上有差别。取样管水冷却器2仅将抽出的高温炉气冷却到50°C 60°C，以保护 分析管路的仪表设备；而冷却式干燥器16则是利用更低温((T20°C)的冷却工质，通过换热 方式降低气体温度，使气体中的水蒸气冷凝，以降低气体露点，防止送回炉室后影响炉内气氛。(二).吹扫氮气供应系统
吹扫氮气系统主要是对管道做气密性检查、管道清洁、管道安全吹扫用。氮气一般由工 厂内管网提供，亦可由专门氮气储罐或氮气站提供。以氮气站供气为例，从氮气站18出来 的高压氮气，由手动开关阀4控制通断，经减压阀17降低压力后，再经逆止阀9和压力检测 仪表5分为两路输送。第一路通过自动开关阀8后分两支，分别经两个手动开关阀4，通入"N2接入点a” 和"N2接入点b”。其中"N2接入点a”用于清洁性吹扫，接入点前的手动开关阀4始终处于 关闭状态，仅在停炉检修需要进行清洁性吹扫时才打开。"N2接入点b”用于检测气密性检 查，接入点前的手动开关阀4在清洁度检测系统工作时，始终处于打开状态，仅在停炉检修 需要进行清洁性吹扫时才关闭。第二路通过自动开关阀8后直接通入"N2接入点c”，用于检测系统的安全性吹扫。进行清洁性吹扫时，氮气压力为Ibar (IOOkPa) 2bar (200kPa)；进行气密性检 验、安全性吹扫时，氮气0. 7bar (70kPa) 0. 8bar (80kPa)。(三).控制系统
控制系统主要由操作面板26、计算机27、系统电源28、控制器25等组成。其中操作面 板26包括操作键盘、显示屏、标签打印机、指示灯、声光报警器、各种操作按钮等部件构成， 主要用于设定、状态显示、报警和标签打印等等。计算机27和控制器25是负责系统逻辑和 顺序控制、数据处理和计算、系统通讯等等内容。控制系统功能显示画面包括
①设定画面一一用于取样点选择、收集器选择、取样气体量设定等等。②吹扫状态画面一一用于吹扫状态的监控和清洁性吹扫时气体分配器取样管道 的选择。③气密性检测画面一一用于显示气密性检测状态。④故障报警显示画面一一用于显示系统在取样过程中是否出现过压情况。
⑤收集器显示画面一一用于各个收集器状态显示和收集器气体流量显示。⑥主画面一一显示系统整体工作状态。⑦标签显示画面一一全部收集器取样结束后显示器会自动出现标签显示画面，标 签显示画面将按照收集器的编号和取样顺序给出如下信息收集器编号、取样开始和结束 时间、取样点位置、取样气体量、取样气体检测温度。按动打印机按钮可以打印出标签，粘在 收集器上。
权利要求
实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是控制器依照设定控制主回路，按照顺序将退火炉各个取样点的炉气抽出，并且按照设定顺序和流量，炉气依次通过各收集器，炉气中各种颗粒物就被阻留在收集器中，直至全部收集器完成收集，从而实现多个收集器自动按照顺序实现取样；然后根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，得到取样的每个炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出各个取样炉区炉气中颗粒物的浓度；通过对各个炉区炉气清洁度总量检测评估炉内污染程度；将收集器中的污染物送到化学分析实验室进行检验，得到取样炉区污染物的成分，通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，判断各个炉区有害物是否出现异常。
2.根据权利要求1所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是该方法 是利用一种主要由炉气取样主管、炉气污染物连续自动收集支路、计量与气体回送主管组 成的实现多个取样点自动连续清洁度检测系统来实现的，该方法的步骤包括第一步，气体取样在完成准备工作和取样设定后，按下操作面板上的“取样启动”按钮，整个系统进入工 作状态，其主要内容包括控制器(25)按照设定，控制炉气取样主管完成各个取样点的转 换；控制炉气污染物连续自动收集支路按照程序完成各个收集器的转换；控制计量与气体 回送主管完成炉气的抽出、回送和计量；第二步，对抽出的高温气体冷却后进行过滤抽出的高温气体经过取样气体冷却器(2)后温度降低到< 50°C，然后通过气体分配器 (3)，经炉气取样主管的管道上的阀和压力检测仪表(5)进入炉气污染物连续自动收集支 路，在炉气污染物连续自动收集支路中的污染物总量收集器(10)中滤芯的过滤作用下，炉 气中各种粒径大于1 μ m的颗粒物就被阻留在污染物总量收集器内，在进入炉气污染物连续自动收集支路中的分析收集器(11)后，炉气通过分散器(12) 散射到该分析收集器里面所装的液体中，炉气有害物被溶解、阻留、沉淀在液体中；第三步，取样气体的体积校准通过污染物总量收集器(10)和分析收集器(11)后的炉气，经过手动开关阀(4)、压力 检测仪表(5)进入计量与气体回送主管中的装有气体温度检测器(7)的集水器(13)，此时 控制器(25)将获得的气体的压力和温度信号传送给计算机(27)，计算机处理后给取样计 量泵(15)—个修正量，用于修正气体流量，保证通过每个收集器的炉气通过量达到设定的 标准立方米数值，然后，炉气依次进入计量与气体回送主管中的过滤器(14)、取样计量泵(15)、逆止阀 (9)和自动、手动开关阀，进入回送气体干燥器(16)，炉气干燥后被送回退火炉内，当全部收集器完成取样后，控制器(25)关闭取样计量泵(15)，显示器出现取样完成和 系统进入管道安全性吹扫状态的提示；第四步，管道安全性吹扫取样完成后，所述检测系统自动进入安全性吹扫状态控制器(25)首先向气体分配器(3)发出指令，关闭全部自动快速切断阀(22)，打开所 有支路的自动开关阀(8)；高于炉内压力的氮气从机组管网或者氮气站(18)通过手动开关 阀(4)、减压阀(17)、逆止阀(9)、压力检测仪表(5)、自动开关阀(8)进入所有支路的管道进行吹扫；吹扫过程是控制器(25)按照吹扫程序，控制炉气污染物连续自动收集支路、计量 与气体回送主管的自动开关阀(8)，对每一个支路按顺序进行吹扫，每个支路管道吹扫时间 ^ 15秒，吹扫氮气通过计量与气体回送主管通入炉内，吹扫完成后，控制器(25)发出指令，使全部自动开关阀(8)关闭，显示器出现吹扫完 成，以及更换或取下污染物总量收集器(10)、分析收集器(11)的提示；第五步，炉气中颗粒物的浓度和成分检测炉气中颗粒物浓度的检测将污染物总量收集器(10)的滤芯取出，放在天平上进行二 次称重，两次称重的重量差即为取样炉区本次取样的总重量，该重量除以取样炉气的体积， 得到炉气中颗粒物的浓度，炉气中污染物成分的检测分析收集器(11)是一个带有液位刻度的玻璃瓶，气体取样 结束后，将装有液体的玻璃瓶取下送化学检验室进行化学成分检验，将液体中有害物成分 和比例的检验结果除以取样炉气的体积，即得到炉气中有害物不同成分的浓度比例；经过上述五个步骤，实现对连续退火炉炉内气体清洁度的检测。
3.根据权利要求1所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是第一步 所述的准备工作包括以下步骤第一步，先关闭收集器支路中的手动开关阀(4)，然后安装污染物总量收集器(10)和 分析收集器(11);第二步，启动计算机(27)和控制器(25)，控制系统自动进入检测和启动准备程序，包 括检测制冷机(19)的启动状态、检测自动开关阀(8)是否处于关闭状态、检测取样气体冷 却器(2)的水温是否满足要求；当检测项目达到要求，操作面板上的“启动按钮”指示灯亮， 显示器出现允许启动的提示；第三步，将检测系统的手动开关阀(4)全部打到“开”的位置，按下“启动按钮”，系统 将自动进入气密性检测程序，此时控制面板(26)的显示器出现气密性检测状态画面，若检 测合格，气密性指示灯为绿色，控制系统自动转入吹扫程序，并在显示画面上显示出吹扫状 态，即使用氮气吹扫管道，将管道和设备中的空气排出，吹扫完成后，指示灯转变为绿色， 并且控制器(25)将关闭全部的自动开关阀(8)，为取样作准备，此时显示器出现设定画面； 如果气密性不合格，气密性指示灯为红色，并且发出报警声光信号，需要人工检查连接部位 是否存在泄漏，人工处理完泄露点后，须重新按下“启动按钮”。
4.根据权利要求2所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是第一步 所述的取样设定是通过操作面板(26)上的键盘完成取样点选择、收集器选择和取样气体量 设定，具体是按照下述方法进行A.根据污染物总量收集器(10)的数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取样 气体量设定；当污染物总量收集器(10)的数量大于或者等于取样点数量时选择和设定生 效，否则控制器(25)不接受选择和设定；B.根据分析收集器(11)的数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取样气体量 设定；当分析收集器(11)的数量大于或者等于取样点数量时选择和设定生效，否则控制器 (25)不接受选择和设定。
5.根据权利要求2所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是第一步 所述的设定是由操作人员在操作面板(26)的键盘上完成，具体是根据污染物总量收集器(10)的数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取样气体量设定；当污染物总量收集 器(10)的数量大于或者等于取样点数量时选择和设定生效，否则不接受选择和设定。
6.根据权利要求2所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是第一步 所述的设定是由操作人员在操作面板(26)的键盘上完成，具体是根据分析收集器(11)的 数量，对取样点、取样点顺序进行选择，并且对取样气体量设定；当分析收集器(11)的数量 大于或者等于取样点数量时选择和设定生效，否则不接受选择和设定。
7.根据权利要求2所述的实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其特征是第四步 所述管道吹扫还包括以下步骤在停炉检修期间，需要对从炉内取样点到取样气体冷却器(2)之间的管道进行清洁性 吹扫操作人员首先关闭炉气取样主管和计量与气体回送主管的手动开关阀(4)及自动开关 阀(8)，然后打开氮气吹扫系统，通过与气体分配器(3)连接管道上的手动开关阀(4)，这是 专门为清洁性吹扫设计的高压吹扫支路，手动调节减压阀(17)提高管道压力，通过操作面 板(26)上的键盘选择气体分配器(3)通道，并且打开吹扫系统中的自动开关阀(8)，即可对 从炉内取样点到取样气体冷却器之间的管道进行清洁性吹扫，清洁性吹扫完毕后，吹扫氮气通过气体分配器(3)经取样气体冷却器(2)逆向吹入炉 室(1)内。
全文摘要
本发明涉及实现多个取样点自动连续清洁度检测方法，其步骤是用取样计量泵将退火炉炉室内气体抽出，控制主回路中的自动开关阀选择收集器，并使炉气按照设定流量通过当前选用的收集器，炉气中各种颗粒物就被阻留在收集器中；控制器按照设定顺序逐个打开收集器，实现连续自动的污染物收集；根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差求出各个取样炉区炉气中颗粒物的浓度；根据对取样后污染物分析收集器中的物质成分进行分析，可以得到各个炉气污染物不同成分分布比例；通过对各个炉区炉气清洁度的检测，评估炉内污染程度和判断各个炉区有害物是否出现异常。本发明可以准确检测到炉内污染物，为提高产品质量、合理安排停炉检修及清炉提供参考依据。
文档编号G01N15/06GK101988888SQ201010268310
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者吕军, 廖慧, 郑剑辉 申请人:吕军;中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司
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