Комплексное обследование и математическое моделирование тепло-аэродинамических процессов промпечей

Математическое моделирование с применением современных программных комплексов:

Характеристики процессов, происходящих при работе печных агрегатов, можно определить экспериментальным и расчетным путем. В первом случае инструментом исследователя являются измерительные приборы, во втором — математическая модель, реализуемая на персональном компьютере.

С помощью экспериментального исследования на полномасштабной установке можно определить поведение объекта в натурных условиях. Зачастую такие полномасштабные опыты в промышленных условиях либо чрезмерно дороги, либо просто невозможны. Альтернативой является физическое моделирование на лабораторной установке. Однако по ряду причин, например, неизотермичность среды в реальных объектах, не удается обеспечить полного подобия явлений на модели и в объекте, что снижает ценность полученных результатов и придает им приближенный характер.

В арсенале компании имеется современный комплекс программного обеспечения (на базе PHOENICS), позволяющий создать математическую модель технологического процесса термообработки изделий и предложить Заказчику оптимальную конструкцию теплового агрегата, отвечающую передовым веяниям печной теплотехники.

В основе комплекса лежит численная аппроксимация дифференциальных уравнений второго порядка в частных производных, выражающих законы сохранения массы смеси и составляющих ее компонентов, импульса, энергии, характеристик турбулентности. Для перехода к расчету геометрическое и временное пространство разбивается на конечное число объемов, путем создания сетки в декартовой, цилиндрической или криволинейной системе координат. PHOENICS автоматически переводит систему дифференциальных уравнений в консервативную систему алгебраических, в соответствии с выбранной сеткой (аппроксимация дифференциальных уравнений). «Консервативность» системы алгебраических уравнений означает, что при ее получении соблюдается физический смысл исходных дифференциальных уравнений.

Комплексное обследование промышленных печей

Целью обследования тепловых агрегатов является составление представления об их конструкции, назначении, состоянии, теплотехнических показателях для выявления и оценки объемов возможных работ по ремонту или модернизации.
В объем полного инструментального обследования входит: изучение и анализ состояния имеющейся проектной документации; обследование физического состояния и работоспособности систем печей: обследование металлокаркаса и механической части теплоагрегата; обследование футеровки печи с помощью тепловизора и/или пирометра, составление реального теплового баланса; обследование систем отопления, дымоудаления и воздухоснабжения печи; обследование систем КИПиА; обследование температурного режима нагрева изделий (термометрирование) в печах с помощью «черного ящика».
Работы выполняются поэтапно:

• Этап 1. Проведение комплексного инструментального обследования;
• Этап 2. Анализ теплового и температурного режимов работы, конструкции и оборудования теплоагрегата — подготовка и выдача рекомендаций по совершенствованию (разработка технико-коммерческого предложения на модернизацию);
• Этап 3. Проведение комплекса работ и внедрение мероприятий по совершенствованию тепловой работы.

Выполнение работ в данной последовательности позволит получить требуемые показатели работы теплового агрегата при минимальных затратах времени и средств на модернизацию.
Реализацию предложенных в ТКП мероприятий наша компания выполняет в полном комплексе — «под ключ», от разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) до строительно-монтажных работ и сдачи объекта в эксплуатацию. В объем работ по обследованию может входить:

• Тепловизионное обследование;
• Анализ состояния конструкций (футеровка, теплоизоляция, антикоррозийная и огнезащита) объекта;
• Обследование и диагностика горелотопочного, воздушного и вспомогательного оборудования;
• Инструментальное обследование методом «черного ящика»;
• Составление теплового баланса печи и определение «узких мест» технологии;
• Лабораторные испытания;
• Определение прочности огнеупоров футеровки и выдача заключения о ресурсе;
• Диагностика и анализ тепловой работы агрегата и др.

Данная работа проводится на «горячем режиме» без остановки основного производства, что позволяет Заказчику при эксплуатации агрегата заранее получить варианты (наши рекомендации) по улучшению технологических показателей работы установки.

Термометрирование методом «черного ящика»

Большое внимание при обследовании уделяется термометрированию с помощью «черного ящика». Данное устройство состоит из микропроцессорного запоминающего устройства и термопар, вмонтированных в изделие, в котором необходимо получить температурный график во времени. В процессе нагрева запоминающее устройство фиксирует поступающий от термопар сигнал с частотой 1–60 сек. и в результате разработанная методика позволяет получить достоверную информацию о температурных полях в изделиях и их изменении во времени.
Технология термометрирования с помощью «черного ящика» является достаточно гибкой и позволяет обследовать с ее помощью широкий круг нагревательных, термических и обжиговых печей как периодического, так и непрерывного действия.
Методика обследования с помощью «черного ящика» позволяет:
а) получить достоверные данные о поле температур в садке изделий, сделать вывод о влиянии конструкции печи на тепловой и температурный режимы работы агрегата;
б) определить соответствие реального температурного режима технологической инструкции;
в) выяснить причину неравномерности нагрева изделий, которая может являться возможной причиной брака;
в) составить тепловой баланс и определить качественные показатели работы теплового агрегата;
е) оптимизировать теплотехнические и технологические процессы путем выдачи рекомендаций по корректировке режимов, изменению конструкции и возможной замене оборудования печи и/или проведения работ по реконструкции.

Тепловизионное обследование теплоограждающих конструкций

Для оценки состояния и соответствия теплоограждающей способности конструкций печи проектным параметрам применяется методика ЗАО «Союзтеплострой» при помощи тепловизора ТН 5104 фирмы «NЕC» (Япония). Сущность данного метода заключается в выявлении участков поверхности теплоограждающих конструкций работающей печи с аномальной температурой по сравнению проектными данными и тепловыми расчетами, учитывающие все факторы эксплуатации печи.
Кроме расчетных данных при анализе термограммы печи принимается во внимание термограмма исходного состояния печи, снятая после пуска, если таковая имеется. Заготавливается по чертежам развертка поверхности печи с нанесением отметок высоты, отображеиями газоходов, колонн и прочих объектов, помогающих ориентироваться на изображении и дающих масштаб для определения геометрических размеров, выявленных на термограмме аномалий.
Основным документом обследования является термограмма поверхности печи с аномалиями температуры оконтуренными изотермой.
После математической обработки и анализа величин температур, указанных на термограммах с температурами, полученными расчетным путем при моделировании вероятных дефектов конструкций теплоограждения, определяются возможные ее дефекты, соответствующие аномальным температурам, и выдается заключение о состоянии.