淺談無線測溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測中的應(yīng)用

摘要:應(yīng)用方便靈活的無線測溫和熱成像技術(shù)對(duì)高爐爐殼進(jìn)行檢測，利用熱成像進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)了溫度異常區(qū)域后對(duì)關(guān)注部位進(jìn)行點(diǎn)的檢測，預(yù)防爐殼的燒穿，對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)，通過查看歷史趨勢來對(duì)測溫點(diǎn)狀況進(jìn)行預(yù)判，并采取相應(yīng)的措施，為高爐的安全生產(chǎn)創(chuàng)造好的環(huán)境，避免惡性事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞:無線測溫；爐殼；無線探頭；局域網(wǎng)；熱成像

0 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，各層級(jí)全力推進(jìn)本質(zhì)化安全管理實(shí)施，圍繞圍繞“無人則安、提效降險(xiǎn)、危險(xiǎn)隔離"的本質(zhì)化安全理念，在高危環(huán)節(jié)及事故易發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位推進(jìn)本質(zhì)化安全改造，并持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)有效管控。為此煉鐵廠技術(shù)人員對(duì)熱成像和無線測溫技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，取得了好的效果。

1 高爐爐缸爐底隱患及對(duì)策

高爐爐缸區(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)"，冷卻壁水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測屬于“面"監(jiān)測，而爐缸燒穿一般情況是在某一點(diǎn)燒穿的，因此，在爐缸區(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)"屬于監(jiān)測區(qū)域。事實(shí)證明：一旦爐缸燒穿發(fā)生在此弱冷區(qū)，水溫差無法在及時(shí)預(yù)警。因此，除了通過冷卻壁間用水溫差進(jìn)行“面"監(jiān)測外，還需通過爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行“點(diǎn)"監(jiān)測，才能實(shí)現(xiàn)爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測。

爐役中后期，僅靠測溫?zé)犭娕紵o法監(jiān)測爐缸的溫度變化：當(dāng)爐缸侵蝕較為嚴(yán)重時(shí)（特別是爐役中后期），隨著內(nèi)襯溫度的升高（大于800℃),測溫?zé)犭娕甲陨淼臏囟葯z測功能受高溫影響，測溫穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性隨之降低，并有可能出現(xiàn)溫度檢測功能喪失。在爐役中后期，隨著爐缸侵蝕的不斷加劇，部分測溫?zé)犭娕奸_始損壞，導(dǎo)致無法監(jiān)測爐缸的溫度。所以引入了無線測溫裝置。

2 九號(hào)高爐檢測現(xiàn)狀

1）利用爐缸爐底磚襯內(nèi)埋設(shè)測溫?zé)犭娕迹?6層181根熱電偶監(jiān)控高爐內(nèi)襯，其中爐缸共有131根提供了溫度數(shù)據(jù)制作的“爐缸爐底侵蝕狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警軟件"。

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

3）爐內(nèi)安裝了可以看到爐內(nèi)溜槽和料面型狀的熱成像系統(tǒng)。

在此基礎(chǔ)上長鋼自主開發(fā)了無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐缸及高爐本體的安全監(jiān)控，避免惡性生產(chǎn)事故的發(fā)生。

3 無線高爐爐皮溫度在線監(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，由于高爐生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境差，有蒸汽、水、高溫、煤氣、灰塵，大型設(shè)備的施工會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的干擾，所以我們采用了無線加有線的模式，值班室離現(xiàn)場較遠(yuǎn)，如果全靠無線傳輸距離遠(yuǎn)且不可靠，我們在不同的三個(gè)方向的立柱上安裝了3個(gè)無線接收器，立柱離本體有一定的距離，環(huán)境較好，適合走線，附近的測溫探頭就近接入。

采用了ZLAN長鋼的八串口服務(wù)器，把現(xiàn)場的3個(gè)無線接收器信號(hào)統(tǒng)一接到2樓配電室，在通過以太網(wǎng)傳到值班室終端，如同服務(wù)器一樣，每個(gè)接收器采用不同的頻段，可同時(shí)接收128個(gè)測溫探頭，如圖1所示。

3.2硬件方面

1）拓展溫度探頭種類，低溫區(qū)0～+80℃采用吸附的安裝方式，高溫區(qū)80～+500℃采用發(fā)射器吸附配合熱電偶螺紋固定，提高傳感器使用壽命。

2）無線溫度自動(dòng)監(jiān)測是指在爐殼上安裝特制的接觸式爐皮溫度在線監(jiān)測設(shè)備（爐皮溫度傳感器），并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)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)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)24h不間斷地實(shí)時(shí)監(jiān)測各測溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)變化實(shí)況，并進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算和分析，并根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行預(yù)警，指導(dǎo)高爐操作人員進(jìn)行針對(duì)性操作，提高護(hù)爐效果，預(yù)防高爐爐缸燒穿事故的發(fā)生。

3）無線通信爐皮溫度傳感器采用無線數(shù)字通信方式，擺脫了線纜的束縛，測溫點(diǎn)可任意布放（同時(shí)，每個(gè)測溫點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，即使某個(gè)測溫點(diǎn)出現(xiàn)故障，也不會(huì)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即可完成一個(gè)傳感器的拆裝。

5）針對(duì)原吸附式傳感器安裝后，在后期可能出現(xiàn)消磁或震動(dòng)導(dǎo)致傳感器脫落，對(duì)原傳感器進(jìn)行了技術(shù)改造，并申請(qǐng)了實(shí)用新型，（ZL202022738420.3）。

通過對(duì)高爐爐缸2-3段、爐腰爐身7-9段部位監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合生產(chǎn)驗(yàn)證，本項(xiàng)目監(jiān)測功能完善、運(yùn)行可靠，滿足高爐爐殼工藝監(jiān)測需求，同時(shí)該系統(tǒng)有1號(hào)、2號(hào)、11號(hào)—14號(hào)6個(gè)無線頻段，每個(gè)頻段可以安裝128個(gè)探頭，目前1號(hào)無線站使用8個(gè)點(diǎn)位，2號(hào)站使用18個(gè)點(diǎn)位、11號(hào)、12號(hào)均使用30個(gè)點(diǎn)位，13號(hào)使用8個(gè)點(diǎn)位、14號(hào)使用10個(gè)點(diǎn)位，目前監(jiān)測點(diǎn)和無線頻段冗余量大，可以借本項(xiàng)目進(jìn)一步擴(kuò)展至其他監(jiān)測區(qū)域，為此結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)屬性特點(diǎn)，把本項(xiàng)目冗余量推廣應(yīng)用到九號(hào)熱風(fēng)爐爐殼、拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測，擴(kuò)展本項(xiàng)目的使用效率。

在熱風(fēng)爐熱風(fēng)總管、熱風(fēng)爐熱風(fēng)支管、熱風(fēng)爐爐殼、熱風(fēng)爐拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位安裝無線可移動(dòng)測溫?zé)犭娮?支，共104支。

3.3軟件方面

1）溫度準(zhǔn)確監(jiān)測，無線發(fā)射，控制室集中顯示。

2）自主C#語言開發(fā)采集單元，解析回采數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、顯示格式，并把采集的數(shù)據(jù)發(fā)回到WINCC系統(tǒng)平臺(tái)，充分利用WINCC工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、顯示等功能。

3）利用microsoft的免費(fèi)文字轉(zhuǎn)語音開發(fā)包Interop.SpeechLibSDK5.1，自主開發(fā)語音朗讀功進(jìn)行語音報(bào)警設(shè)置，豐富報(bào)警模式。

4）實(shí)現(xiàn)監(jiān)測源多點(diǎn)監(jiān)測、高爐使用了3個(gè)接收器統(tǒng)一接收、現(xiàn)場分屏循環(huán)顯示，避免重復(fù)增加接收器造成的費(fèi)用浪費(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(chǔ)，便于復(fù)盤分析，查根源。

6）利用CAD三維制圖技術(shù)，還原爐殼內(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(duì)應(yīng)，并用不同的顏色標(biāo)注不同溫度點(diǎn)，根據(jù)不同的顯示顏色，區(qū)分判斷監(jiān)測部位溫度，直觀明了，監(jiān)測方便。

7）通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保高爐工藝需求及安全生產(chǎn)，通過監(jiān)視畫面檢測，方便了查看，并設(shè)置了預(yù)警系統(tǒng)，比如：爐缸溫度小于50℃為安全運(yùn)行狀態(tài)，溫度在50~55℃之間需黃色預(yù)警，崗位人員到預(yù)警點(diǎn)現(xiàn)場查看，巡查原因，溫度大于55℃紅色警報(bào)并警報(bào)響起，崗位人員需采取爐體噴水作業(yè)，改高壓水強(qiáng)化冷卻，控制冶煉強(qiáng)度，堵風(fēng)口等措施，確保安全。

8）該系統(tǒng)爐殼趨勢、熱風(fēng)爐趨勢等操作畫面，方便監(jiān)控，對(duì)歷史數(shù)據(jù)有實(shí)時(shí)記錄，可以存儲(chǔ)3個(gè)月溫度變化數(shù)據(jù)，便于對(duì)歷史運(yùn)行趨勢進(jìn)行追溯，進(jìn)行原因分析，查找問題，制定有效高爐操作、護(hù)爐方案。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接點(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、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，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(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-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

4.2應(yīng)用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

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

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

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，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5 實(shí)施后取得的效果

該項(xiàng)目在煉鐵廠九號(hào)高爐實(shí)施后，操作人員可以及時(shí)了解高爐危險(xiǎn)區(qū)域的壁體溫度及其變化趨勢，及時(shí)采取有效的護(hù)爐措施，預(yù)防安全事故的發(fā)生，借鑒該項(xiàng)目在高爐建立“爐殼溫度在線監(jiān)測預(yù)警體系"，無疑是一種有效手段。

該項(xiàng)目實(shí)施后借助局域網(wǎng)拓寬了專業(yè)人員群體參與度，研究處理措施，消除故障于萌芽狀態(tài)。通過便攜式熱成像儀檢測到溫度高的區(qū)域后，可以方便及時(shí)地對(duì)無線溫度傳感器進(jìn)行移位，實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)。

可以隨時(shí)查看溫度數(shù)據(jù)的歷史趨勢，對(duì)環(huán)境狀況做出預(yù)判，提前制定。

6 結(jié)語

以上存在問題的復(fù)雜性和解決問題的困難性，有可能釀發(fā)惡劣生產(chǎn)和安全事故，問題的存在也制約了高爐長壽高效運(yùn)行的生產(chǎn)組織和節(jié)奏，如何通過事前控制，借助先進(jìn)的技術(shù)手段、技術(shù)措施，提前發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)合理、科學(xué)地對(duì)癥結(jié)點(diǎn)存在的問題進(jìn)行“微創(chuàng)"處理，把治理癥結(jié)點(diǎn)工作作為關(guān)注對(duì)象，杜絕癥結(jié)點(diǎn)問題控制擴(kuò)大為“病灶面"，降低高爐本體生產(chǎn)維護(hù)成本，為高爐創(chuàng)造寬松的高效冶煉環(huán)境，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，為社會(huì)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)工作的持續(xù)開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作者介紹：

安躍強(qiáng)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)闉橹悄茈娋W(wǎng)供配電。