Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Компания-заказчик специализируется на производстве окиси цинка, ключевого компонента в производстве цинка. Для обеспечения качественного продукта требуется точный контроль температурных режимов в печах вельцевания и прокалки.
Процесс вельцевания электростатической пыли (ЭСПЦ) проводится при температуре 1100-1200°C в реакционной зоне, что позволяет получить высококачественную окись цинка.
Процесс прокалки осуществляется при температуре 750-1100°C.
Для обеспечения контроля температурных режимов в обоих процессах, компания-заказчик приобрела термопары с верхним пределом измерения до +1600°C и беспроводной передатчик с фланцевым присоединением.
Данное оборудование обеспечивает:
• Точный контроль температурных режимов в печах;
• Повышение качества получаемой окиси цинка;
• Улучшение эффективности производственного процесса.
Содержание статьи
В процессе производства окиси цинка, опытно-промышленная печь играет ключевую роль в реализации технологических процессов и оптимизации режимов работы. Точный контроль температуры в этой печи является неотъемлемой частью обеспечения качества продукции, безопасности и эффективности производства.
Ключевые факторы, почему важно измерять температуру в печи:
Термопары — это наиболее распространенные датчики температуры, используемые в опытно-промышленных печах. Они отличаются высокой точностью и надежностью.
Для обеспечения точного контроля температурных режимов в печах на производстве оксида цинка была выбрана термопара типа TTSCC-22 производства ОЛИЛ.
Термопара TTSCC-22 обладает следующими характеристиками:
• Тип проволоки: S
• Изоляция: Керамические бусы
• Внешний чехол: Керамический, из корунда 799
• Верхний предел измерения: +1600°C
Дополнительная защита:
Термопара устанавливается в защитную гильзу, что обеспечивает дополнительную защиту от механических повреждений и агрессивных сред.
Двойная защита от высоких температур:
Термопара TTSCC-22 уже обладает двойной защитой от высоких температур:
• Внутренняя защита: Керамические бусы, обеспечивающие изоляцию проволоки.
• Внешняя защита: Керамический чехол из корунда 799, устойчивый к температурам до +1600°C.
Данное решение гарантирует:
• Долговечность и надежность термопары в условиях высоких температур;
• Точные и стабильные показания в течение длительного времени.
Но для увеличения срока службы термопару было решено защитить еще одним керамическим чехлом.
Фланцевая гильза разработана специально для установки термопары TTSCC-22 в печах вельцевания и прокалки. Она представляет собой керамический чехол с двумя фланцами:
Учет особенностей печи:
При проектировании гильзы была учтена особенность конструкции печи — вращение.
Расстояние от стенки печи до конца головы термопары: 459 мм, что обеспечивает необходимый зазор для предотвращения удара термопары о пол при вращении печи.
Преимущества фланцевой гильзы:
Рисунок иллюстрирует принцип монтажа термопары в защитном керамическом чехле с использованием фланцевой гильзы.
Ввиду вращающейся конструкции печи, стандартное проводное подключение термопары невозможно. Для решения этой проблемы предлагается использовать беспроводную систему сбора данных.
Ниже пример установленного беспроводного датчика с шлюзом GAIMC GTT230-G2.
Все сигналы от термопар через беспроводной датчик принимает интерфейсный модуль Ethernet G2 для дальнейшей визуализации значений в операторской.
Данное решение обеспечивает:
Несмотря на то, что термопара вынесена от печи на определенное расстояние, теплоотдача от стенки печи, нагретой до +1600°C, все равно присутствует. Для защиты беспроводного модуля GTT230, который рассчитан на температуру окружающей среды до +80°C, решено использовать термочехол.
Термочехол предназначен для защиты головы с электроникой от воздействия высоких температур. Он обладает следующими характеристиками:
Производство окиси цинка включает в себя несколько этапов, и температурный режим в каждой печи играет ключевую роль в обеспечении качества конечного продукта. Особое внимание следует уделить прокалочной печи и печи вельцевания, где температура определяет физические и химические свойства оксида цинка.
В обоих типах печей используют термопары, чтобы контролировать температуру в разных зонах. При этом термопары решили использовать бескорпусные (керамические бусы). Также, как и в УВ печах, был использован беспроводной передатчик со шлюзом GTT230-G2 для передачи данных с термопар на компьютер оператора.
Бескорпусные термопары (керамические бусы) — это тип термодатчиков, которые представляют собой небольшой шарик из керамики, внутри которого расположен термочувствительный элемент (термопара).
Основные характеристики бескорпусных термопар:
Для защиты бескорпусной термопары от агрессивной среды в печи были рассмотрены следующие варианты:
Причины отказа от стали:
• Низкая стойкость к агрессивным средам: Агрессивная среда в печи быстро разрушила защитную гильзу из стали ХН45Ю.
• Ограниченный срок службы: Необходимость частой замены защитной гильзы из стали приводит к значительным затратам на эксплуатацию.
Ввиду неудовлетворительных результатов с использованием стали, было принято решение рассмотреть карбид кремния. Этот материал устойчив к воздействию высоких температур и агрессивных сред в печи. Защитная гильза из карбида кремния обеспечивает длительный срок службы, что снижает затраты на ее замену.
В качестве альтернативы стали для защиты термопары в условиях высоких температур и агрессивной среды, рассматривается карбид кремния. Этот материал обладает множеством преимуществ, делающих его идеальным решением для данной задачи.
Преимущества карбида кремния:
Карбид кремния (SiC) является отличным материалом для защиты термопары в условиях высоких температур и агрессивных сред. Однако физико-механические характеристики карбида кремния могут варьировать в зависимости от конкретного типа и производителя материала.
Ниже приведены примерные значения для общего представления:
Сравнение защитных чехлов, колпачков и блоков из карбида кремния с аналогичными изделиями из металла включает в себя различные факторы, такие как термостойкость, химическая инертность, механическая прочность и другие. Давайте рассмотрим это сравнение:
| Характеристика | Карбид кремния | Металл |
| Термостойкость | Очень высокая, до 1600-1800°C | Ограничена температурой плавления металла (часто ниже 1000°C) |
| Химическая инертность | Высокая, устойчивость к кислотам, щелочам и реактивам | Может подвергаться коррозии и химическому воздействию |
| Механическая прочность | Высокая, твердый и прочный материал | Хорошая, но может снижаться при высоких температурах |
| Теплопроводность | Хорошая | Хорошая |
После тщательного анализа различных материалов, включая карбид кремния и различные марки стали, компания приняла решение использовать сталь AISI316L для защиты термопары от агрессивных сред в печи.
Причины выбора AISI316L:
• Устойчивость к агрессивным средам: AISI316L обладает высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к воздействию многих агрессивных сред, в том числе кислот и щелочей.
• Высокая температурная стойкость: AISI316L может выдерживать температуры до 800-900°C, что достаточно для условий работы в печи.
• Опыт эксплуатации: Представители подобных производств в Казахстане, Узбекистане и Китае поделились опытом работы с AISI316L в подобных условиях и порекомендовали использовать эту марку стали.
Конструкция закладной:
Для эффективной защиты термопары была разработана специальная закладная из AISI316L с следующими характеристиками:
• Внешний диаметр: 60 мм
• Внутренний диаметр: 30 мм
• Толщина стенки: 15 мм
Принцип работы закладной:
• Защита от агрессивных сред: Закладная из AISI316L принимает на себя все воздействие агрессивных сред, защищая термопару.
• Передача тепла: Закладная также служит для передачи тепла к термопаре, что обеспечивает точность измерений.
Использование закладной из AISI316L с определенными размерами обеспечит надежную защиту термопары от агрессивных сред и высоких температур, что повысит точность измерения и продлит срок службы термопары.
