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Verfahrenstechnik 11/2016

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Verfahrenstechnik 11/2016

MESSE-SPECIAL I SPS IPC

MESSE-SPECIAL I SPS IPC DRIVES Halle 3A, Stand 460 Wenn es heiß hergeht Wärmebildkameras überwachen Drehrohröfen in der Zementindustrie Markus Moltkau, Frank Liebelt Drehrohröfen sind wichtige Betriebsmittel einer Zementproduktionsanlage, in denen die zu mischenden Stoffe auf Temperaturen von bis zu 1500 °C erhitzt werden. Dabei kann es jedoch zu einer Überhitzung kommen, durch die die äußere Hülle der Öfen unter Umständen ernsthaft beschädigt wird. Zur Überwachung werden Wärmebildkameras eingesetzt. Der IRT Kiln-Monitor ist ein System, mit dem Maschinenbediener bei der Zementproduktion die Daten mehrerer Öfen gleichzeitig überwachen, verarbeiten und nachverfolgen können. Es besteht aus Kameras der Flir A-Serie, die die Temperatur des Drehrohrofens in Echtzeit überwachen, einem Visualisierungsmodul (2-D/3-D) und einem Modul für die thermografische Analyse. Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Markus Moltkau, Sales Manager Automation DACH Industrial Automation, Flir Systems GmbH, Frankfurt; Frank Liebelt, freier Journalist, Frankfurt Für die Zementherstellung werden die Rohstoffe als Schüttgut angeliefert, zerkleinert und in eine homogenen Mischung verwandelt, die einem Drehrohrofen zugeführt wird. Dieser gigantische Ofen wird von einer 1500 °C heißen Flamme im Inneren des Rohrs beheizt. Die homogen vermischten Rohstoffe verbinden sich miteinander, wenn sie von der Flamme auf eine Temperatur von etwa 1450 °C erhitzt werden. Im Inneren des Drehrohrofens befindet sich eine feuerfeste Auskleidung, die den Stahlmantel gegenüber den heißen Temperaturen im Ofen isoliert und ihn vor den korrosiven Eigenschaften der verarbeiteten Stoffe schützt. Die Auskleidung besteht aus feuerfesten Steinen oder gegossenem Feuerbeton und muss in regelmäßigen Zeitabständen ausgetauscht werden. Die Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung kann verlängert werden, wenn eine Schicht des verarbeiteten Zementmaterials auf seiner Oberfläche verbleibt. Die Stärke der Auskleidung liegt normalerweise zwischen 80 und 300 mm. Eine typische Feuerfestauskleidung ist in der Lage, einem Temperaturabfall von 1000 °C oder mehr zwischen der heißen und kalten Seite standzuhalten. Die Temperatur des Mantels muss unter etwa 350 °C gehalten werden, damit der Stahl vor Schäden geschützt ist. Hier kommt die Wärmebildtechnik ins Spiel. Dank der Wärmebildkameras lässt sich der Mantel des Drehrohrofens kontinuierlich überwachen, und bei Bedarf können frühzeitige Warnungen zu „heißen Stellen“ erfolgen, die Anzeichen für eine schadhafte Feuerfestauskleidung sind. Schutz der äußeren Hülle Die äußere Hülle ist für die Leistungsfähigkeit des Drehrohrofens entscheidend. Wär- 44 VERFAHRENSTECHNIK 11/2016

SPS IPC DRIVES I MESSE-SPECIAL mebildkameras können mindestens zwei unterschiedliche Arten von Problemen im Bereich dieser Hülle entdecken. Erstens lagert sich während des Betriebs ein aus einer Zementschicht bestehender Ring im Innern des Mantels auf der Oberfläche der Feuerfestauskleidung an. Einerseits ist dies vorteilhaft, da dadurch die Temperatur des Mantels sinkt, geringere Wärmeverluste entstehen und die feuerfeste Auskleidung geschützt wird. Andererseits müssen die für die Überwachung des Ofens verantwortlichen Mitarbeiter darauf achten, dass diese Beschichtung nicht zu dick wird. Denn dadurch nimmt der nutzbare Innendurchmesser ab, und die Produktionsleistung des Drehrohrofens sinkt. Durch die Entdeckung niedriger Temperaturen auf der äußeren Hülle des Ofens können Wärmebildkameras die Maschinenbediener auf dieses Problem aufmerksam machen. Eine instabile Zementschicht oder das plötzliche Ablösen des Beschichtungsmaterials haben häufig Probleme mit der Feuerfestauskleidung zur Folge und können dazu führen, dass feuerfeste Steine herausfallen. Da dies die Schutzschicht beschädigt und ihre Stärke verringert, bilden sich heiße Stellen auf der Innenseite des Mantels. Die Konsequenz ist ein Verlust an Energie und ein gestörter Betrieb des Drehrohrofens. Um den Stahlmantel vor Schäden zu schützen, sollte seine Temperatur unter 350 °C bleiben – eine Überwachungsaufgabe, die Wärmebildkameras problemlos übernehmen können. Der IRT Kiln-Monitor arbeitet mit drei A315- Kameras, die jeweils ein Drittel des 60 m langen Ofens überwachen. Diese Infrarot-Videostreams werden an ein Visualisierungssystem im zentralen Kontrollraum übertragen und versorgen die Bediener rund um die Uhr mit Echtzeit-Ansichten zu Betrieb und Leistung des Drehrohrofens. Die Rotationszeit des Ofens beträgt rund 30 s, und der IRT Kiln-Monitor wird beim Aufbau eines Wärmebilds auf diese für eine Umdrehung erforderliche Zeit synchronisiert. Immer wenn der Mantel des Drehrohrofens eine nicht gewünschte Temperatur erreicht, erhalten die Bediener spezielle Software-Warnungen, anhand derer sie geeignete Instandsetzungsmaßnahmen veranlassen können. Kostengünstige Methode Roberto Ricca von Inprotec IRT vergleicht Kameras mit Wärmebildscannern, einer weiteren häufig eingesetzten Technologie Der IRT Kiln-Monitor versorgt die Bediener rund um die Uhr mit Echtzeit-Ansichten zu Betrieb und Leistung des Drehrohrofens zur Überwachung der äußeren Hülle von Drehrohröfen: „Beim Einsatz von Scannern kann theoretisch eine Scanner-Einheit für die Überwachung eines kompletten, 60 m langen Drehrohrofens ausreichen“, erläutert er. „Die Scanner-Einheit muss jedoch in einer bestimmten Entfernung aufgestellt werden, und der Drehrohrofen sollte vollständig sichtbar sein. In der Praxis ist dies nicht immer möglich. Wärmebildscanner können recht sperrig sein und sind in puncto Installation nicht sehr flexibel.“ Viele Anlagen mit Drehrohröfen besitzen beispielsweise eine Sekundärluftleitung, die heiße Luft aus dem Ofen als Energiequelle für andere Prozesse entnimmt. Diese Rohrleitung stellt häufig ein Sichthindernis dar. „Im Gegensatz zu Scannern sind Wärmebildkameras erheblich kleiner, wesentlich leichter und deutlich flexibler, was ihre Positionierung und Montage betrifft“, so Roberto Ricca. „Für Anlagen mit eingeschränkten Platzverhältnissen sind sie eindeutig die bevorzugte Lösung. Bei unserem Systemdesign haben wir eine Flir A315 mit einem 90°-Objektiv eingesetzt. In diesem Fall benötigt man drei Wärmebildkameras, um die Gesamtlänge des Ofens von 60 m abzudecken, und dies ist immer noch billiger als ein Wärmebildscanner.“ Details sichtbar machen Flir A315 und A615 sind kompakte Wärmebildkameras, die vollständig über einen PC gesteuert werden können. Mit einer thermischen Empfindlichkeit von unter 50 mK erfassen sie kleinste Bilddetails und Temperaturunterschiede. „Wir brauchen die hohe Auflösung in jedem Fall“, ergänzt Roberto Ricca. „Bei einer idealen Installation entscheiden wir uns häufig für ein 90°-Objektiv, denn dann sind nur zwei oder drei Kameras erforderlich, um die gesamte Länge des Drehrohrofens abzudecken. Für einen Kunden haben wir die Flir A315 mit 90°-Objektiv integriert, und sie hat die Erwartungen erfüllt: sehr hohe Bildqualität und sehr exakte Details!“ „Zukünftige Installationen des IRT Kiln- Monitor Systems werden wir möglicherweise mit der Flir A615 realisieren, denn damit erreichen wir eine noch höhere Auflösung der Bilder. Die Flir A615 hat eine Auflösung von 640 × 480 Pixel, die bei größeren Entfernungen mehr Genauigkeit und größere Detailtreue bietet. Wenn wir diese Auflösung auf einen 60 m langen Drehrohrofen umrechnen, erhalten wir ein Bild, bei dem jeder Pixel 10 cm des Ofens darstellt.“ www.flir.de OBERFLÄCHENTECHNIK • KORROSIONSSCHUTZ Weltneuheit Nie mehr ROST ! über 6.000 Std. Salzsprühtest, Chemiebeständig Oberflächentechnik: Garantie bis 50 Jahre die bunte Alternative zu Zink Korrosionsschutz OR 6000® - Weltrekord www.OR6000.de BOT.indd 1 19.01.2016 15:29:40 VERFAHRENSTECHNIK 11/2016 45

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