摘要：采用方便靈活的無線測溫和熱成像技術(shù)對高爐外殼進(jìn)行檢測，利用熱成像進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域后，對關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行檢測，防止?fàn)t外殼燒穿，采集存儲溫度數(shù)據(jù)。通過查看歷史趨勢，可以預(yù)測測溫點(diǎn)的情況，并采取相應(yīng)措施，為高爐的安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好的環(huán)境，避免惡性事故的發(fā)生。

關(guān)鍵字：無線測溫；爐殼；無線探頭；局域網(wǎng)；熱成像

引言

2021年，首鋼長治鋼鐵有限公司(以下簡稱長鋼)煉鐵廠貫徹長鋼本質(zhì)化安全管理精神，全力推進(jìn)各級本質(zhì)化安全管理實(shí)施。圍繞“無人安全、提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)、隔離風(fēng)險(xiǎn)"的本質(zhì)化安全理念，推進(jìn)高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)和事故容易發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)本質(zhì)化安全改造，持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)有效控制操作現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)。因此，煉鐵廠的技術(shù)人員研究了熱成像和無線測溫技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的效果。

1高爐爐底隱患及對策

高爐缸區(qū)相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)"，冷卻壁的水溫差和熱負(fù)荷監(jiān)測屬于“面"監(jiān)測，而爐缸通常在某一點(diǎn)燃燒。因此，爐缸區(qū)相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)"屬于監(jiān)測區(qū)。事實(shí)證明，一旦在這個(gè)弱冷區(qū)燃燒，就不能及時(shí)預(yù)警水溫差。因此，除了通過冷卻壁之間的水溫差來監(jiān)測“面"外，還需要通過爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測“點(diǎn)"，從而實(shí)現(xiàn)對爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測。

爐灶中后期，僅靠測溫?zé)犭娕紵o法監(jiān)測氣缸的溫度變化:當(dāng)氣缸侵蝕嚴(yán)重(尤其是爐灶中后期)時(shí)，隨著內(nèi)襯溫度的升高(大于800℃)，測溫?zé)犭娕急旧淼臏囟葯z測功能受到高溫的影響，降低了測溫的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，可能導(dǎo)致溫度檢測功能喪失。爐灶中后期，隨著氣缸侵蝕的加劇，一些測溫?zé)犭娕奸_始損壞，無法監(jiān)測氣缸的溫度。因此，引入了無線測溫裝置。

2九號高爐檢測現(xiàn)狀

1）16層181個(gè)熱電偶用于監(jiān)測高爐內(nèi)襯，其中131個(gè)用于溫度數(shù)據(jù)制作的“爐底侵蝕狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警軟件"由爐底磚襯埋設(shè)測溫?zé)犭娕贾瞥伞?/span>

2）“水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測預(yù)警軟件"由109個(gè)測水溫差的測溫精密熱電阻為199個(gè)冷板提供數(shù)據(jù)。

3）爐內(nèi)安裝了能看到爐內(nèi)溜槽和料面形狀的熱成像系統(tǒng)。

4）在此基礎(chǔ)上，長鋼自主開發(fā)了無線高爐皮溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對爐缸和高爐本體的安全監(jiān)測，避免發(fā)生惡性生產(chǎn)事故。

3無線爐皮溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1網(wǎng)絡(luò)方面

雖然是無線傳輸，但是由于高爐生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境差，包括蒸汽、水、高溫、煤氣和灰塵，大型設(shè)備的施工會造成信號干擾，所以我們采用了無線加有線的模式，值班室離現(xiàn)場很遠(yuǎn)。如果無線傳輸距離很遠(yuǎn)，不可靠，我們在不同三個(gè)方向的柱子上安裝了三個(gè)無線接收器。柱子與本體有一定的距離，環(huán)境良好，適合接線。

采用ZLAN長鋼的八串口服務(wù)器，將現(xiàn)場三個(gè)無線接收器信號統(tǒng)一連接到2樓配電室，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街蛋嗍医K端。就像服務(wù)器一樣，每個(gè)接收器可以同時(shí)接收128個(gè)測溫探頭，如圖1所示。

3.2硬件方面

1)擴(kuò)展溫度探頭類型，低溫區(qū)0～+80℃采用吸附安裝方式，高溫區(qū)80℃～+用發(fā)射器吸附500℃，用熱電偶螺紋固定，延長傳感器的使用壽命。

2)無線溫度自動監(jiān)測是指將專門的接觸式爐皮溫度在線監(jiān)測設(shè)備(爐皮溫度傳感器)安裝在爐殼上，監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以24小時(shí)不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測各測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)變化情況，并進(jìn)行自動計(jì)算和分析，并根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行預(yù)警，引導(dǎo)高爐操作人員進(jìn)行針對性操作，提高保護(hù)效果，防止高爐缸燒穿事故。

3)無線通信爐皮溫度傳感器采用無線數(shù)字通信，擺脫了電纜的束縛，溫度測量點(diǎn)可以隨意布置(同時(shí)，每個(gè)溫度測量點(diǎn)都是相對獨(dú)立的，即使某個(gè)溫度測量點(diǎn)出現(xiàn)故障，也不會影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行)。

4)爐皮溫度傳感器采用磁吸式安裝方式，拆裝方便，5s即可拆裝傳感器。

5)原吸附式傳感器安裝后，傳感器可能會因后期消磁或振動而脫落，對原傳感器進(jìn)行了技術(shù)改造，并申請了實(shí)用新型(ZL2022738420.3)。

該項(xiàng)目的監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠，通過監(jiān)測高爐缸體2-3段、爐腰爐體7-9段的監(jiān)測點(diǎn)，滿足高爐殼技術(shù)監(jiān)測的需要。同時(shí)，該系統(tǒng)有6個(gè)無線頻段:1號、2號、11號-14號，每個(gè)頻段可安裝128個(gè)探頭。目前1號無線站使用8個(gè)點(diǎn)，2號站使用18個(gè)點(diǎn)，11號和12號使用30個(gè)點(diǎn)，13號使用8個(gè)點(diǎn)，14號使用10個(gè)點(diǎn)。目前監(jiān)測點(diǎn)和無線頻段的冗余量較大，可以通過該項(xiàng)目進(jìn)一步擴(kuò)展到其他結(jié)合區(qū)域。

無線可移動測溫?zé)犭娮?支安裝在熱風(fēng)爐熱風(fēng)總管、熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管、熱風(fēng)爐爐外殼、熱風(fēng)爐拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位，共104支。

3.3軟件方面

1)精確監(jiān)測溫度，無線發(fā)射，集中顯示控制室。

2)獨(dú)立開發(fā)C#語言采集單元，分析回收數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和顯示格式，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送回WINCC系統(tǒng)平臺，充分利用WINCC工作平臺，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、顯示等功能。

3)使用microsoft免費(fèi)文本轉(zhuǎn)語音開發(fā)包Interopp.SpeechLibSDK5.自主開發(fā)語音朗讀功，設(shè)置語音報(bào)警，豐富報(bào)警模式。

4)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控源多點(diǎn)監(jiān)控。高爐采用三個(gè)接收器統(tǒng)一接收，現(xiàn)場分屏循環(huán)顯示，避免了接收器反復(fù)增加造成的成本浪費(fèi)。

5)實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測點(diǎn)溫度聲光和語音報(bào)警；運(yùn)行趨勢獨(dú)立存儲，便于復(fù)盤分析，查根源。

6)利用CAD三維繪圖技術(shù)，恢復(fù)外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確確定安裝位置，使測溫點(diǎn)與結(jié)構(gòu)圖一一對應(yīng)，用不同的顏色標(biāo)注不同的溫度點(diǎn)，根據(jù)不同的顯示顏色區(qū)分判斷監(jiān)測部位的溫度，直觀明了，便于監(jiān)測。

7)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保高爐工藝需求和安全生產(chǎn)。通過監(jiān)控屏幕檢測，檢查方便，并設(shè)置了預(yù)警系統(tǒng)。例如，如果缸體溫度小于50℃，則需要在50~55℃之間進(jìn)行黃色預(yù)警。工作人員應(yīng)到預(yù)警點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場檢查。檢查原因，溫度大于55℃，紅色報(bào)警響起。工作人員應(yīng)采取爐體噴水作業(yè)，改變高壓水，加強(qiáng)冷卻，控制冶煉強(qiáng)度。

8)該系統(tǒng)的爐殼趨勢、熱風(fēng)爐趨勢等操作畫面，便于監(jiān)控，實(shí)時(shí)記錄歷史數(shù)據(jù)，可存儲3個(gè)月的溫度變化數(shù)據(jù)，便于追溯歷史運(yùn)行趨勢，分析原因，發(fā)現(xiàn)問題，制定有效的高爐操作和保護(hù)方案。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接觸在線溫度測量裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸點(diǎn)、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測。，防止接觸電阻過大，氧化、松動、灰塵等因素導(dǎo)致運(yùn)行過程中發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備，2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)直接通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus。-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)則大大提高了安全性、可靠性和開放性。該系統(tǒng)具有遙信、遙控、遙控、遙控、遙控、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，防止嚴(yán)重故障。

4.2應(yīng)用場所

適用于電力設(shè)備的溫度監(jiān)測，如泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

在值班監(jiān)控室安裝了測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T，可對系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行溫度狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示；溫度曲線；運(yùn)行報(bào)告實(shí)時(shí)報(bào)警；歷史事件查詢

4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元、通信層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和站控層的溫度測量系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部分的溫度在線監(jiān)測。

5實(shí)施后取得的效果

煉鐵廠9號高爐實(shí)施后，操作人員可以及時(shí)了解高爐危險(xiǎn)區(qū)的壁體溫度及其變化趨勢，及時(shí)采取有效的護(hù)爐措施，防止安全事故的發(fā)生。借鑒該項(xiàng)目，無疑是高爐建立“爐殼溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)"的有效手段。

項(xiàng)目實(shí)施后，借助局域網(wǎng)，拓寬了專業(yè)人員的參與度，研究了處理措施，消除了萌芽狀態(tài)的故障。無線溫度傳感器可以通過便攜式熱成像儀檢測到高溫區(qū)域后，方便及時(shí)移位，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

溫度數(shù)據(jù)的歷史趨勢可以隨時(shí)查看，預(yù)測環(huán)境狀況，提前制定。

6結(jié)語

上述問題的復(fù)雜性和解決問題的困難可能導(dǎo)致惡劣的生產(chǎn)和安全事故。問題的存在也限制了高爐長壽高效運(yùn)行的生產(chǎn)組織和節(jié)奏。如何利用先進(jìn)的技術(shù)手段和技術(shù)措施，提前發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，對癥結(jié)點(diǎn)存在的問題進(jìn)行合理科學(xué)的“微創(chuàng)"處理，以治理癥結(jié)點(diǎn)為重點(diǎn)，防止癥結(jié)點(diǎn)問題的控制擴(kuò)大到“病灶表面"，利用原理實(shí)現(xiàn)小而大，降低高爐本體的生產(chǎn)和維護(hù)成本，為高爐創(chuàng)造一個(gè)堅(jiān)實(shí)而有效的環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)。

采用方便靈活的無線測溫和熱成像技術(shù)對高爐外殼進(jìn)行檢測，利用熱成像進(jìn)行檢測。發(fā)現(xiàn)溫度異常區(qū)域后，對關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行檢測，防止?fàn)t外殼燒穿，采集存儲溫度數(shù)據(jù)。通過查看歷史趨勢，可以預(yù)測測溫點(diǎn)的情況，并采取相應(yīng)措施，為高爐的安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好的環(huán)境，避免惡性事故的發(fā)生。

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