炉膛火焰电视监视系统的应用.pdf

炉膛火焰电视显示系统是从炉壁上部总体 监视炉内燃料燃烧状态的彩色工业电视监视系 统, 通过此系统, 操作者可以从控制室监视器屏 幕上看到炉内火焰燃烧的真实图像, 能及时发现 和处理燃烧缺陷, 避免突发事故的发生。工业电 荷耦合器件 (c h a r g e c o u p l e d e v i c e,c c d) 是一种 动态或静态图像摄取器件, 它接受物体表面反射 出的或自身发出的光辐射能量, 记录物体的表面 视觉信息, 具有耐灼伤、 工作稳定可靠、 图像清晰 度高等优点。 1炉膛火焰电视监视系统工作原理 将潜望镜管安装在炉壁上, 摄取火焰信号通 过光学系统传递给c c d,通过c c d转换成电信 号送到控制室的监视器屏幕上, 从而使监控人员 在控制室内就能清晰的看到炉内火焰燃烧的真 实景象。由于工作环境温度高, 系统采用仪表风 对摄像机进行冷却保护。摄像机保护采用魔管制 冷器, 在魔管制冷器进口加入仪表风, 出口即产 生冷风, 用此冷风对摄像机环境进行冷却, 免维 护。 2炉膛火焰电视监视系统的构成 炉膛火焰监视系统如图1所示。 图1炉膛火焰监视系统 f i g . 1 s y s t e mc o n s t i t u t i o n a l d r a w i n g 2 . 1图像传感器 图像传感器包括光学系统和c c d摄像机。 光学系统实质为一内窥式光学潜望镜, 其核心部 分为石英玻璃透镜光学传像装置。它利用小孔成 像的原理获取火焰图像并经棱镜转向后直接投 射在c c d摄像机的靶面上。其作用是将c c d摄 像机的安装位置由炉内移到炉外, 从而大大改善 了摄像机的工作环境, 使摄像机长期运行成为可 能。 2 . 2 c c d摄像机 c c d摄像机是利用电荷传送方式获得图像 输出的固体摄像器件。它是一种固体图像传感 器,用电荷量表示信号并用耦合的方法传输信 号。 当光线射入c c d像感器,c c d势阱注入载流 王丽英, 刘佳 炉膛火焰电视监视系统的应用 * 第3 7卷第4期 2 0 0 8年8月 当代化工 c o n t e m p o r a r y c h e m i c a l i n d u s t r y v o 1 . 3 7,n o . 4 a u g u s t,2 0 0 8 摘要: 炉膛火焰电视监视系统在化工生产装置中, 用于监控炉内燃烧状况, 在保护锅炉的安 全运行方面发挥了一定的作用。介绍了炉膛火焰电视监视系统的组成、 结构、 特点和正确安装。 关键词: 炉膛火焰;火焰监视器;电视显示系统 中图分类号:t p 2 7 7文献标识码:a文章编号:1 6 7 1 - 0 4 6 0(2 0 0 8)0 4 - 0 4 4 6 - 0 3 *收稿日期:2 0 0 8 - 0 7 - 1 8修订日期:2 0 0 8 - 0 7 - 2 2 作者简介:王丽英 (1 9 6 7) , 女, 辽宁抚顺人, 工程师,1 9 9 0年毕业于石油大学自动化专业, 现从事自控设计。电话:0 4 1 3 - 7 5 9 3 8 5 6, e - m a i l:w a n g l i l i a o n i n g 1 6 3 . c o m。 (中国石油集团工程设计有限责任公司抚顺分公司,辽宁 抚顺1 1 3 0 0 6) 4 4 7王丽英, 等: 炉膛火焰电视监视系统的应用2 0 0 8年8月 子 (载流子的多少与入射光线的强弱和多少成比 例) ,然后通过载流子按规律在半导体表面层内 从浅势阱定向转移到深势阱就实现了图像的传 输,因此它同时具有光电变换和传送的功能。 c c d摄像机可经受强烈振动和冲击, 且工作电压 低、 体积小、 重量轻。这些突出的优点使c c d摄 像机优于电子束扫描摄像机, 成为炉膛火焰检测 系统的理想的摄像器材。 由于摄像机允许最高工作温度为5 0, 而 炉内火焰中心温度在1 6 0 0 以上,所以必须通 过可耐高温的光学系统将图像从炉内传输到距 炉壁一定距离的摄像机靶面上, 经图像采集卡实 现a/ d转换及信号放大等信号处理功能,再经 同轴电缆传给监视器, 从而实现远距离监视。因 炉内粉尘很多,潜入炉膛内的镜头极易污染, 所 以必须有相应的保护结构来保证光学系统的正 常工作。为保证摄像机可靠工作, 应设置摄像机 保护罩, 给摄像机提供一个适宜的工作环境。 2 . 3火焰图像监视系统 火焰图像监视系统包括监视器和视频采集 卡。为了让监控人员能同时看到所有监控点的情 况, 往往采用的多画面分割器使得多路图像同时 显示在一台监视器上。这样, 既减少了监视器的 数量, 又能使监控人员一目了然地监视各个部位 的情况。常用的画面分割器为4画面、9画面和 1 6画面。四画面分割器是最常用的设备之一, 其 性能价格比也较好, 图像的质量和连续性可以满 足大部分要求。大部分分割器除了可以同时显示 图像外, 也可以显示单幅画面, 可以叠加时间和 字符, 设置自动切换等。画面分割器的基本工作 原理是采用图像压缩和数字化处理的方法, 把几 个画面按同样的比例压缩在一个监视器的屏幕 上。有的还带有内置顺序切换器的功能, 此功能 可将各摄像机输入的全屏画面按顺序和间隔时 间轮流输出显示在监视器上 (如同切换主机轮流 切换画面那样) ,并可用录像机按上述的顺序和 时间间隔记录下来。其间隔时间一般是可调的。 火焰图像监视系统采用计算机对火焰图像 进行检测。图像探头采用移像式光学传像装置, 有较高的图像质量和较大的视场角度。探头安装 于火嘴的侧面, 可以完整地看到整个燃烧器火焰 全景。系统的总体构成采用了显示和处理分离原 则,在保证计算机处理任务正常完成的前提下, 基于网络和图像分割器实现灵活多样的显示方 式,能满足现场不同运行工况下的火焰监视任 务。另外, 系统出于火焰信号的重要性考虑, 可设 计双机冗余功能, 从根本上保证了系统工作的可 靠性, 把因处理计算机软硬件问题引发的故障误 发信号的可能性降到了最低。软件方面系统基于 wi n d o w s 2 0 0 0平台, 采用多线程并发机制实现各 自独立的处理任务,可与d c s系统进行通讯, 并 且为了方便存储数字图像文件的管理和事故追 忆功能, 系统设计一种方便灵活的分级文件管理 方案。系统采用基于火焰图像不同区域的颜色信 息的算法, 可以有效地对火焰图像的有无进行检 测, 并输出o n / o f f开关量信号。 2 . 4辅助系统 辅助系统是指完成光学系统冷却和吹扫功 能的装置。光学系统的冷却采用魔管制冷器。在 魔管制冷器进口加入仪表风,出口即产生冷风。 冷却风经镜头前端的外管出口吹入炉膛, 同时吹 扫保护罩以保持其清洁。另外, 吹扫风经吹扫风 管引至镜头下方形成一层气幕从而有效地防止 了烟尘撞击镜头或粘于镜头上, 保证光学系统成 像的质量。 3炉膛火焰电视监视系统的选型 根据安装环境和生产状况要求的不同, 可选 择不同形式的炉膛火焰电视监视系统。 根据退膛方式的不同可分为手动进退炉膛 火焰电视监视系统和电动进退炉膛火焰电视监 视系统。手动进退炉膛火焰电视监视系统具有手 动退出功能, 便于维护。整个输像系统可上下摆 角1 0 , 具有周向旋转功能, 旋转角1 3 5 , 可 看到炉内任何部位。电动进退炉膛火焰电视监视 系统其潜望管具有自动退出功能, 一旦潜望管失 去保护风或摄像机保护罩超温时, 输像系统可自 动退出炉膛,以保证输像系统不被污染或烧损。 操作者可在控制室通过显示箱或现场控制柜 (或 通过d c s控制) 将输像系统送入或退出炉膛。此 系统带有d c s接口。 防爆型炉膛火焰电视监视系 统具有防爆功能,可应用于石化系统易爆环境 中, 例如工作在要求防爆环境中的裂解炉、 加热 炉、 焚烧炉等。低压风冷耐高温火焰电视监视系 统利用鼓风机风源进行冷却保护, 由耐高温风套 管、 金属软管、 耐高温光学镜头及摄像机组成。系 4 4 8当代化工第3 7卷第4期 a p p l i c a t i o n o f f l a me f u r n a c e t e l e v i s i o n s u r v e i l l a n c e s y s t e m wa n gl i - y i n g l i uj i a (c h i n a p e t r o l e u me n g i n e e r i n g,f u s h u n c o m p a n y,l i a o n i n g f u s h u n 1 1 3 0 0 6,c h i n a) a b s t r a c t:f l a m e f u r n a c e t e l e v i s i o ns u r v e i l l a n c e s y s t e mi nt h e c h e m i c a l p r o d u c t i o nu n i t i s u s e df o r m o n i t o r i n gt h e s t a t u s o f t h e f u r n a c e c o m b u s t i o n t o p r o t e c t t h e s a f e o p e r a t i o n o f f u r n a c e s .t h i s p a p e r i n t r o d u c e s c o m p o s i t i o n,s t r u c - t u r e,c h a r a c t e r i s t i c s,a n d c o r r e c t i n s t a l l a t i o n o f t h e f u r n a c e f l a m e t e l e v i s i o n s u r v e i l l a n c e s y s t e m . k e y w o r d s:f l a m e m o n i t o r;s u r v e i l l a n c e s y s t e m;t e l e v i s i o n d i s p l a y s y s t e m 统具有手动退出功能, 也可配电动退出系统。适 用于无专用仪表风源的现场。 4炉膛火焰电视监视系统的安装 正确地选择设备安装的开孔位置和合适的 安装角度才能在现有条件下得到较理想的监视 效果。 4 . 1开孔位置 开孔位置应为火嘴上方, 高度不小于4 m, 同 时应考虑火焰的高度,开孔位置高于火焰高度, 从而避免火焰的遮挡。开孔直径为 9 0 m m, 开孔 中心线垂直炉体,接管法兰中心线向下倾斜5 安装 (炉体外侧开孔高于炉内侧) , 同时注意避开 炉膛内的炉管。 4 . 2安装平台 在开孔下方1 m处应设置一面积不小于1 .5 m 2 m的平台, 此平台允许承重应大于5 0 0 k g, 上方 1 . 7 m空间内应无较大障碍物 (便于人员工作) , 此平台应保证通风良好, 与步道连接, 平台上方 应有防雨措施。 4 . 3风源的准备 对于仪表风也有一定的要求。风压0 . 3 mp a ,风温4 0 ,流量1 8 m 3 / h,含油量1 0 m g / m 3 。应用镀锌管将仪表风源出口引到平台上, 接口处为截止阀, 阀前装有合适量程的压力表。 对于手动进退炉膛火焰监视装置, 在控制室 内,监视器附近应备有a c2 2 0 v、5 0 h z、2 0 0 w 的电源插座。对于自动进退炉膛火焰监视装置, 在安装平台上应备有a c3 8 0 v、5 0 h z、5 0 0 w三 相交流电源, 接口应设置开关, 装在开关箱内。系 统安装简图见图2。 图2系统安装简图 f i g . 2 s y s t e mi n s t a l l a t i o n d i a g r a m 5结束语 炉膛火焰是锅炉运行状况的重要表征内容, 它的监测成为保证锅炉正常运