专利名称：在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及一种在线检测连续退 火炉炉内气体中油含量的检测装置，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、液固混合态颗粒和氧气、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粒，此外还有来自炉 内设备的脱落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危害程度提出一种公认的判定方 法，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。
发明内容本实用新型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、 家电面板等产品的质量，提供在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的快速、可靠的检 测装置。本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案主要由分析主回路和分析支 路两部分组成。其中所述分析主回路按照气流方向依次由取样气体冷却器、气体分配 器、手动开关阀、逆止阀、集水器、自动开关阀、大颗粒过滤器、压力检测表、压力信 号转换显示仪表、气体循环泵、自动开关阀、逆止阀、手动开关阀和回送气体干燥器组 成，并且在所述回路上设有多个氮气接入点。所述分析支路按照气流方向依次由色谱分析仪、手动开关阀、排废隔离器和分散器组成，该分析支路接点i位于分析主回路的气体 循环泵与自动开关阀之间。本实用新型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 设备一一连续退火炉(简称“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机油等有害物的含量、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 的炉气有机油含量随时取样，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。本实用新型利用色谱分析仪测定气体中油含量，一般是通过分析C-H有机物质 含量。并且通过气相或液相色谱的定量分析法，配合清洁度检测，可对炉内的气体污染 情况和炉内设备的漏油情况，有更为及时和准确的了解，特别是为观察生产工艺过渡过 程中炉内污染物的变化提供可能。本实用新型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常 很难监测，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。4.可实现炉内气体油含量在线检测。通过色谱分析仪，对炉气成分的检测和定 量分析，可以及时准确的判断各个炉区气体中的有机油脂含量，在炉况正常情况下通过 检测炉子加热段前部区域的油脂含量可以直接判断清洗段的清洗质量。当炉内某区域油 脂含量出现成倍增加这种异常情况，基本可以确定该区域设备存在漏油，还可以进一步 判断炉体是否存在轻微泄漏以及泄漏的程度。这为制定不同表面质量产品的生产计划、 制定检修计划、开展预防性检修提供依据。
图1是在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置原理图。[0016]图2是图1中实现多个取样点自动连续清洁度检测装置的原理图。图3是图1中吹扫氮气供应系统原理图。图4是图1中冷却干燥系统及分配器原理图。图5是图1和图2所示的数据采集与控制系统原理图。图6是图2中污染物连续自动收集支路原理图。图中1.退火炉炉室(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(简称“操作面 板”)；27.计算机；28.系统电源；29.气体循环泵；30.色谱分析仪；31.大颗粒过 滤器；32.排废隔离器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置(下文简 称“分析系统”)，主要由分析主回路和分析支路两部分组成。所述分析主回路如图1虚线框外部分所示按照气流方向，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、逆止阀9、集水器13、第一自动开关阀8、大 颗粒过滤器31、压力检测仪表5、压力信号转换显示仪表6、气体循环泵29、第二自动开 关阀8、逆止阀9、第二手动开关阀4和回送气体干燥器16组成，并且在所述回路上设有 多个氮气接入点。其中氮气接入点a位于气体分配器的一路接口处。氮气接入点d位 于第一手动开关阀4和逆止阀9之间。分析主回路的作用是从不同取样点抽取炉气，又送回炉内，其特点是能够进行 不同取样点的转换，为色谱分析仪提前准备好取样气体，节省取样时间；同时使炉气始 终处于流动状态，以保证炉气的“新鲜”程度，提高检测精度；为了减少污染和消耗， 炉气被回送炉内。该分析主回路的工作过程是经过管道吹扫和气密性检查，且气密性 合格后，启动气体循环泵29，将高温炉气从炉室1中抽出，经过取样气体冷却器将炉气 温度降低至50°C以下，取样气体经过闭环的分析主回路返回炉内，当主回路中压力检测 仪表5和集水器13上方的温度检测仪7测定的数值稳定在允许值范围内的时间大于1分 钟，即可启动分析支路的色谱分析仪30进行取样。所述分析支路如图1虚线框内部分所示从分析主回路上的分析支路接点i引 出，按照气流方向依次由色谱分析仪30、第三手动开关阀4、分散器122和排废隔离器3 组成；该分析支路接点i位于气体循环泵29与第二自动开关阀8之间。还设有氮气接入 点e，其位于排废隔离器32的另一支路接口处。取样炉气进入分析支路的过程是从分析主回路上的分析支路接点i引出，取样 炉气经色谱分析仪30，手动开关阀4到分散器12，进入排废隔离器32，最后排入大气。气体循环泵29的最大流量通常不小于100-500ml/min，一般为色谱分析仪取样量的5-10倍，最高工作温度不低于70°C。色谱分析仪30中样品气体流量约为20-50ml/ min0本实用新型分析系统可以实现炉内气体中油含量的在线检测分析，其步骤包 括第一步，检测前准备。1).接通控制系统打开系统电源28的电源开关，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，包括检查制冷机19是否启动、检查所有的自动开关阀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。2).气密性检测将分析系统的手动开关阀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进入设定画面中的分析系统设定画面。设定画面出现以下设定模式1).单周期检测一一即对选择的全部取样点检测一次后停止检测。2).多周期检测一一即对选择的全部取样点检测按照设定周期数量进行检测，到 达周期数量后停止检测。上述两种方式每次仅能选择一种。单取样点选择一一即按照需求选择一个取样点。多取样点选择一一即按照需求选择多个取样点，计算机将按照取样点设计编 号，对选择的多个取样点从小到大进行排序。上述两种方式每次仅能选择一种。如果不进行设定，控制系统将执行全部取样点按顺序重复检测。第三步，气体取样。完成准备工作和取样设定后，色谱分析仪30已经处于待命状态。按下操作面板 26上的“分析仪启动”按钮，此时显示器出现分析仪显示画面；控制器25发出主回路 运行指令，即打开分析系统中的自动开关阀8。分析系统的气体分配器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)。启动气体循环泵29，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后使高温炉气的温度降低 到50°C以下，取样气体通过闭环的分析系统主回路返回炉内。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 测仪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，如果达不到要求，控制器将停止该系统，并且发出声光报警。如果到达压力和温度要求，控制器25同时向氮气吹扫系统中的氮气接入点e前 的自动开关阀8发出打开指令；向色谱分析仪30发出取样指令，色谱分析仪30将打开 入、出口阀门，启动自身取样泵，从主回路中抽取气体通过手动开关阀4、进入排废隔离 器11，炉气与氮气混合后排入大气。色谱分析仪30通过外排方式置换上次取样气体， 完成置换后，色谱分析仪30将停止取样泵运转，关闭出入口阀门，向控制器25发出取样 完成信号，并且进行样品检验。通常色谱分析仪在几分钟至十几分钟内，即可以完成对 该通道内取样气体样品的成分、含量的检测。控制器25接到分析仪30 “取样完成”的 信号后，向氮气吹扫单元氮气接入点e前的自动开关阀8发出关闭指令，并且根据程序设 定，向分析系统的气体分配器3发出转换取样点指令。经过一段时间后，分析系统主回 路中的炉气，已经被另外一个取样点的新炉气所置换。此时，分析系统已经为色谱分析 仪30下次取样做好了准备。分析仪18完成本次检验后，向控制器25发出完成本次检验 信号，将色谱分析结果传送给控制器25，并且显示在分析仪画面中。控制器25根据设定 再次向氮气吹扫单元氮气接入点c前的自动开关阀8发出打开指令；向色谱分析仪30发 出取样指令，色谱分析仪30将打开入、出口阀门，启动自身取样泵，从主回路中抽取气 体通过手动开关阀4、进入排废隔离器11，炉气与氮气混合后排入大气。色谱分析仪30 通过外排方式置换前一次的取样气体，完成置换后，色谱分析仪30将停止取样泵，关闭 出入口阀门，向控制器25发出取样完成的信号，并且进行样品检验。控制器25接到色 谱分析仪30取样完成信号后，向氮气吹扫单元氮气接入点e前的自动开关阀8发出关闭 指令，并且根据程序设定，向气体分配器3发出转换取样点指令。经过一段时间后，分 析系统主回路中的炉气，已经被另外一个取样点的新炉气所置换。此时，主回路已经为 色谱分析仪30下次取样做好了准备。……如此反复。直到完成设定任务为止。第四步，吹扫。在气密性检测合格后和操作面板26中的显示器出现分析仪检测完成状态，进入 吹扫状态提示后，分析系统将执行如下吹扫程序控制器25首先关闭气体循环泵29，向分析系统的气体分配器3发出指令，关闭 全部自动快速切断阀22，打开分析系统的自动开关阀8和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依次通过手动开关阀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d”，首先吹扫分析系统主回路，氮气通过主 回路进入退火炉1内。主回路吹扫15秒后，控制器25向色谱分析仪30发出吹扫指令， 分析仪30将打开入、出口阀门，启动自身取样泵，从主回路中抽取氮气通过手动开关阀 4、进入排废隔离器11后排入大气。分析仪30吹扫5秒后将自动停止取样泵关闭入、出 口阀门，并且向控制器25发出吹扫完成信号。控制器25将发出指令，关闭氮气吹扫系 统和分析系统的全部自动开关阀8，操作面板显示吹扫结束。经过以上四个步骤，本实用新型分析系统就完成了对炉内炉气中有机油含量的 在线检测。[0052]本实用新型分析系统基本上是一个相对独立的系统，它可以与下述的实现多个 取样点自动连续清洁度检测系统同时对同一个取样点或者不同取样点进行取样，互相没 有影响。实现多个取样点自动连续清洁度检测装置(简称“清洁度检测系统”)主要由 炉气取样主管、气体污染物连续自动收集支路、收集器旁路和计量与气体回送主管组成
(图 2)。第一部分为炉气取样主管，沿气流方向依次由两个系统共用的取样气体冷却器 2、清洁度检测系统的气体分配器3、手动开关阀4、压力检测仪表5、压力信号转换显示 仪表6、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，用于系统内管道的气密性检验和清洁吹扫。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和自动开关阀8之间，氮气 接入点c位于自动开关阀8之后，收集器支路接点g之前。第二部分为炉气污染物连续自动收集支路，其详图如图6所示。在收集器支路 接入点g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g后共用一个逆止阀9，随后分为多个收集器支路，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Iym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g后共用一个逆止阀9，随后分为多个 收集器支路，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h处。收集器支路还有一个旁路(简称“收集器旁路”)，从收集器支路接点g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h，用于系统启动、停止、工作状态转换以及故障状态的操作。第三部分为计量与气体回送主管，从收集器支路接点h出来，沿气流方向，依 次由内部上方安装有气体温度检测仪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、自动开关阀8、手动开关阀4以及两个系 统共用回送气体干燥器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 路中的凝结水并集中排放。气体温度检测仪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主要作用是降低取样后的气体的露点，防止回送后影响 炉内气氛。所述清洁度检测系统采用包括以下步骤方法实现气体清洁度的连续自动检测。为了叙述方便，将图2虚线框外的炉气取样主管、收集器旁路和计量与气体回 送主管共同构成的闭环回路，称为清洁度检测系统主回路(下文简称“检测主回路”)。虚线框内部分简称为“自动收集支路”。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。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；控制器发出主回路运行指令，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自动收集支路中的某个预备取样支路自动开关阀 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，由于收集单元旁通阀8处于打开状态，气体流动阻力最小，取样气体不经过自动 收集支路(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和气体温度检测仪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。如果到达要求，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Iym 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，向另外一个收集器支路的自动开关阀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，气体流动阻力最小，取样气体不经过收集 器支路，通过旁路沿主回路返回炉内。当5分钟内主回路中压力检测仪表5和气体温度检 测仪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，炉气中各种颗粒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。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 体温度检测仪7，在集水器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 测仪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。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
10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。自检正常后，气体取样主管的自动 开关阀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1 2bar (100 200kPa)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，炉气中颗粒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.对炉内气体油污污染程度评估将上述有机油含量色谱分析结果与连续退火炉炉内气体清洁度检测结果结合， 可以对炉内气体油污污染程度评估。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浮，造成局部炉区污染物浓度爆发 式增加。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。从上述特性可见，炉气中的油扮演非常重要的角色。油具有比水高的粘附 力，成为污染物聚集长大的媒介，并且还是将污染物粘附到带钢和炉内设备表面的“帮 手”；其转化特性使油即可以呈液态又可以呈固态，无论以什么状态均成为影响带钢质 量的“天敌”；油还可以渗透到一些固体颗粒物中，形成囤积，在条件适合的情况下重 新挥发，并且随炉气和带钢运动实现迁移，污染炉内设备和带钢等等。这些对高质量产 品的生产，构成极大的威胁。在高档次家电和汽车板生产中，对炉气中油含量的关注已 经成为共识。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，炉内油污染程度的评估通常采用对比的方法进行。目标油含量是指生产不同等级质量产品时，需要达到炉气油含量的平均指标，即生产某品种前一段时间内各自炉区油含量指标的平均值。该平均值是通过多次生产某 一个质量等级产品后确定的。进入炉内的油总量是由两部分构成。一部分来自带钢表面部分，另一部分是来 自炉内设备泄漏部分。来自带钢表面的油主要是残留乳化液(包括轧机泄漏到乳化液中的润滑油，这 部分油称为杂油)，乳化液在420°c以下处于挥发状态，当温度超过420°C以后就发生碳 化，杂油的碳化温度通常在550°C以上。连续退火炉预热段和加热段入口区域的带钢温 度通常在420°C以下，在这个区域设置的取样点检测到的油含量通常为带钢表面油挥发 量的85%左右，进入加热段中部区域，带温通常在500°C左右，带钢表面剩余的约15% 左右的油脂中的乳化液几乎挥发后被碳化，而杂油大部分处于挥发后形成液滴，其中很 少量的杂油在继续加热过程中碳化在带钢表面。带钢进入炉子均热段时，带钢温度达到 700°C以上，炉气温度达到900°C左右，由带钢带入炉内的油脂在均热段以前就完成了碳 化过程。来自炉内泄漏的油脂情况比较复杂，首先这部分油脂均为耐高温润滑油，碳化 温度与杂油相近，并且在炉子各个区域均可能出现漏油。对于连退炉子冷却段、过时效 段和热镀锌炉子的冷却段均衡段的带钢和炉气温度通常在500°C以下，这个区域在没有 炉内漏油的情况下，几乎炉气中没有油，如果检测到油脂的存在，90%的原因是炉内泄 漏。在高温区通过设置在辊室内的取样点(对于大型立式连续退火炉高温区，为了保护 炉辊均采用辊室设计，在炉辊部位设置防辐射屏等等装置，使辊室内的炉气平均温度在 600°C左右)可以实现对炉内泄漏的检测。这就是说在连续退火炉加热段中部以前检测到的主要来自带钢表面的油脂，色 普分析仪通过检测这部分区域，可以检测到来自带钢表面约90%的油脂，剩余约10%的 油脂，需要通过分析收集器对炉子预热段、加热段、均热段取样点成分分析来确定。其 方法是带钢表面带入炉内的油脂全部转化为碳颗粒，即悬浮在炉子预热段、加热段、均 热段区域(主要集中在预热段、加热段，均热段很少)，通过分析收集器收集预热段、 加热段、均热段的污染物，在实验室中确定碳含量，即可以得到总量，根据化学公式可 以折算成油脂量，这个量减去色普分析仪的检测值，就得到剩余油脂的数量，并且可以 确定其比例。采用这种方法就可以确定目标油含量的指标。在生产正常情况下，色普分 析仪的检测值主要与带钢表面油脂带入量成正比。通过对几种典型生产工艺状态下使用 分析收集器来确定剩余油脂的比例，就可以按照比例进行计算。分析收集器的作用主要 是检测各个炉区的污染物成分的分布，并且可以对剩余油脂的比例进行修正。这是由于 成分分析需要4 - 5小时或者更长时间。对于炉内油脂泄漏的检测比较简单，从冷却段到炉子出口区域，正常油脂含量 很少，某个区域出现异常即可以确定存在问题。配合设备人员的检查，可以最终确定问 题部位。对于从炉子入口到均热段，主要通过对辊室部位油脂含量变化进行分析。上述内容可知，采用色普分析仪可以快速对炉气油含量进行检测，若得到准确 的检测值需要使用分析收集器采样方法进行比例确定和修正。并且要求选择合理的取样 点ο通过对各个炉区炉气油含量检测，对比目标油含量指标，可以直接评估炉内油污污染程度；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。特别是对炉子预 热段和加热段前部炉气中含油量的变化情况进行分析，可以直接判断清洗段的工作状态 是否满足工艺要求，例如该部位炉气中含油量高于时期平均值时，说明清洗质量下降， 需要对清洗段设备进行检查处理；还可以通过对炉内出现突发性含油量异常的区域进行 分析，判断炉内是否存在油脂泄漏；由于炉内气体中的油脂在高温情况下将全部转化为 碳，故此，通过对检测结果的累积评估，可以估算出炉内碳颗粒污染物的堆积程度。这 都为制定检修计划、开展预防性检修提供依据。控制系统配备储存和分析功能，将分析 仪检测数值以图表形式给出，并且可以提供历史最好检测值，时期平均检测值，供操作 人员对比分析。下面简述与本实用新型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。取样气体回路(以三处取样点为例)与炉中各取样点连接，由于取样支路受 气体分配器3控制，每次取样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，然后进入气体检测或分析回路。经过油含量分析系统和清洁度检测系统的气体 会合于接点f后，进入共用的回送气体干燥器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21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19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具有相似的工作原理和设备结 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；而回送式气体干燥器16则是利用更低温
14(0-20°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如图3所示，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16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分为三路输送给炉气油含量分析系统和清洁度检测系 统。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，接"N2接入点a” 与"N2接入点b”。 "N2接入点a”用于两个系统的清洁性吹扫，"N2接入点b”用 于清洁度检测系统的气密性检查。接入点a和b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。第二路通过自动开关阀8后直接通入另一个"N2接入点C”，用于清洁度检测系 统的安全性吹扫。第三路用于油含量检测分析系统，各经过一个自动开关阀8通入"N2接入点d” 和"N2接入点e”。其中"N2接入点d”用于油含量分析系统气密性检查和安全性吹 扫；"N2接入点e”用于稀释排废隔离器32中的氢气和放散多余氮气。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。在线炉气油含量分析系统的控制系统功能显示画面是在实现多个取样点自动连 续清洁度检测系统的基础上增加分析仪显示画面，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分析仪显示画面一一显示分析仪状态和检测数值。⑧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1.在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置，其特征是主要由分析主回路 和分析支路两部分组成，其中所述分析主回路按照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)、逆止阀(9)、集水器(13)、第 一自动开关阀(8)、大颗粒过滤器(31)、压力检测仪表(5)、压力信号转换显示仪 表(6)、气体循环泵(29)、第二自动开关阀(8)、逆止阀(9)、第二手动开关阀 (4)和回送气体干燥器(16)组成，并且在所述回路上设有多个氮气接入点；所述分 析支路按照气流方向依次由色谱分析仪(30)、第三手动开关阀(4)、分散器(12) 和排废隔离器(32)组成，该分析支路接点i位于分析主回路的气体循环泵(29)与第 二自动开关阀(8)之间。
2.根据权利要求1所述的在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置，其特征 是气体循环泵(29)的最大流量为色谱分析仪(30)取样量的5-10倍，最高工作温度 >70°C。
3.根据权利要求2所述的在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置，其特征 是色谱分析仪(30)中样品气体流量为20-50ml/min。
专利摘要本实用新型涉及在线检测连续退火炉炉内气体中油含量的检测装置，该装置主要由分析主回路和分析支路构成。分析主回路由取样气体冷却器、气体分配器、自动、手动开关阀、逆止阀、集水器、大颗粒过滤器、压力检测表、压力信号转换显示仪表、气体循环泵和回送气体干燥器组成，并且与退火炉形成闭环回路，用于炉气采集与回送；分析支路由色谱分析仪、手动开关阀、分散器和排废隔离器组成的，主要用于色谱分析仪的取样和废气排放。本实用新型可及时和准确了解炉内的气体污染情况和炉内设备的漏油情况，从而为观察生产工艺过渡过程中炉内污染物的变化提供可能。
文档编号G01N30/04GK201803992SQ20102051123
公开日2011年4月20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:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司, 吕军