劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:應用方便靈活的無(wú)線(xiàn)測溫和熱成像技術(shù)對高爐爐殼進(jìn)行檢測，利用熱成像進(jìn)行檢測，發(fā)現了溫度異常區域后對關(guān)注部位進(jìn)行點(diǎn)的檢測，預防爐殼的燒穿，對溫度數據采集及存儲，通過(guò)查看歷史趨勢來(lái)對測溫點(diǎn)狀況進(jìn)行預判，并采取相應的措施，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(wú)線(xiàn)測溫；爐殼；無(wú)線(xiàn)探頭；局域網(wǎng)；熱成像

0引言

2021年首鋼長(cháng)治鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)長(cháng)鋼）煉鐵廠(chǎng)貫徹長(cháng)鋼本質(zhì)化安全管理精神，各層級全力推進(jìn)本質(zhì)化安全管理實(shí)施，圍繞圍繞“無(wú)人則安、提效降險、危險隔離"的本質(zhì)化安全理念，在高危環(huán)節及事故易發(fā)的高風(fēng)險點(diǎn)位推進(jìn)本質(zhì)化安全改造，并持續改進(jìn)，實(shí)現作業(yè)現場(chǎng)風(fēng)險有效管控。為此煉鐵廠(chǎng)技術(shù)人員對熱成像和無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)進(jìn)行應用研究，取得了好的效果。

1高爐爐缸爐底隱患及對策

高爐爐缸區域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區"，冷卻壁水溫差熱負荷監測屬于“面"監測，而爐缸燒穿一般情況是在某一點(diǎn)燒穿的，因此，在爐缸區域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區"屬于監測區域。事實(shí)證明：一旦爐缸燒穿發(fā)生在此弱冷區，水溫差無(wú)法在及時(shí)預警。因此，除了通過(guò)冷卻壁間用水溫差進(jìn)行“面"監測外，還需通過(guò)爐皮溫度監測系統進(jìn)行“點(diǎn)"監測，才能實(shí)現爐缸安全狀態(tài)的監測。

爐役中后期，僅靠測溫熱電偶無(wú)法監測爐缸的溫度變化：當爐缸侵蝕較為嚴重時(shí)（特別是爐役中后期），隨著(zhù)內襯溫度的升高（大于800℃),測溫熱電偶自身的溫度檢測功能受高溫影響，測溫穩定性和準確性隨之降低，并有可能出現溫度檢測功能喪失。在爐役中后期，隨著(zhù)爐缸侵蝕的不斷加劇，部分測溫熱電偶開(kāi)始損壞，導致無(wú)法監測爐缸的溫度。所以引入了無(wú)線(xiàn)測溫裝置。

2九號高爐檢測現狀

1）利用爐缸爐底磚襯內埋設測溫熱電偶，共16層181根熱電偶監控高爐內襯，其中爐缸共有131根提供了溫度數據制作的“爐缸爐底侵蝕狀態(tài)監測預警軟件"。

2）利用109個(gè)測水溫差的測溫精密熱電阻給199塊冷板提供數據制作的“水溫差熱負荷監測預警軟件"。

3）爐內安裝了可以看到爐內溜槽和料面型狀的熱成像系統。

在此基礎上長(cháng)鋼自主開(kāi)發(fā)了無(wú)線(xiàn)高爐爐皮溫度在線(xiàn)監測預警系統，實(shí)現對爐缸及高爐本體的安全監控，避免惡性生產(chǎn)事故的發(fā)生。

3無(wú)線(xiàn)高爐爐皮溫度在線(xiàn)監測預警系統的特點(diǎn)

3.1網(wǎng)絡(luò )方面

雖然是無(wú)線(xiàn)傳輸，由于高爐生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境差，有蒸汽、水、高溫、煤氣、灰塵，大型設備的施工會(huì )導致信號的干擾，所以我們采用了無(wú)線(xiàn)加有線(xiàn)的模式，值班室離現場(chǎng)較遠，如果全靠無(wú)線(xiàn)傳輸距離遠且不可靠，我們在不同的三個(gè)方向的立柱上安裝了3個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器，立柱離本體有一定的距離，環(huán)境較好，適合走線(xiàn)，附近的測溫探頭就近接入。

采用了ZLAN長(cháng)鋼的八串口服務(wù)器，把現場(chǎng)的3個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器信號統一接到2樓配電室，在通過(guò)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(lèi)，低溫區0～+80℃采用吸附的安裝方式，高溫區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(wú)線(xiàn)溫度自動(dòng)監測是指在爐殼上安裝特制的接觸式爐皮溫度在線(xiàn)監測設備（爐皮溫度傳感器），并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )將監測點(diǎn)溫度數據實(shí)時(shí)發(fā)送到計算機系統的爐皮溫度監測系統，由計算機系統24h不間斷地實(shí)時(shí)監測各測溫點(diǎn)的溫度數據變化實(shí)況，并進(jìn)行自動(dòng)計算和分析，并根據設定的閾值進(jìn)行預警，指導高爐操作人員進(jìn)行針對性操作，提高護爐效果，預防高爐爐缸燒穿事故的發(fā)生。

3）無(wú)線(xiàn)通信爐皮溫度傳感器采用無(wú)線(xiàn)數字通信方式，擺脫了線(xiàn)纜的束縛，測溫點(diǎn)可任意布放（同時(shí)，每個(gè)測溫點(diǎn)相對獨立，即使某個(gè)測溫點(diǎn)出現故障，也不會(huì )影響整個(gè)系統的運行）。

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

通過(guò)對高爐爐缸2-3段、爐腰爐身7-9段部位監測點(diǎn)進(jìn)行監測，結合生產(chǎn)驗證，本項目監測功能完善、運行可靠，滿(mǎn)足高爐爐殼工藝監測需求，同時(shí)該系統有1號、2號、11號—14號6個(gè)無(wú)線(xiàn)頻段，每個(gè)頻段可以安裝128個(gè)探頭，目前1號無(wú)線(xiàn)站使用8個(gè)點(diǎn)位，2號站使用18個(gè)點(diǎn)位、11號、12號均使用30個(gè)點(diǎn)位，13號使用8個(gè)點(diǎn)位、14號使用10個(gè)點(diǎn)位，目前監測點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)頻段冗余量大，可以借本項目進(jìn)一步擴展至其他監測區域，為此結合監測點(diǎn)屬性特點(diǎn)，把本項目冗余量推廣應用到九號熱風(fēng)爐爐殼、拱頂等關(guān)鍵部位的溫度監測，擴展本項目的使用效率。

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)爐拱頂等關(guān)鍵部位安裝無(wú)線(xiàn)可移動(dòng)測溫熱電阻8支，共104支。

3.3軟件方面

1）溫度準確監測，無(wú)線(xiàn)發(fā)射，控制室集中顯示。

2）自主C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)采集單元，解析回采數據的轉換、顯示格式，并把采集的數據發(fā)回到WINCC系統平臺，充分利用WINCC工作平臺，實(shí)現運算、顯示等功能。

3）利用microsoft的免費文字轉語(yǔ)音開(kāi)發(fā)包Interop.SpeechLibSDK5.1，自主開(kāi)發(fā)語(yǔ)音朗讀功進(jìn)行語(yǔ)音報警設置，豐富報警模式。

4）實(shí)現監測源多點(diǎn)監測、高爐使用了3個(gè)接收器統一接收、現場(chǎng)分屏循環(huán)顯示，避免重復增加接收器造成的費用浪費。

5）實(shí)現多監測點(diǎn)溫度聲光和語(yǔ)音報警；運行趨勢獨立存儲，便于復盤(pán)分析，查根源。

6）利用CAD三維制圖技術(shù)，還原爐殼內部結構，準確確定安裝位置，使測溫點(diǎn)與結構圖一一對應，并用不同的顏色標注不同溫度點(diǎn)，根據不同的顯示顏色，區分判斷監測部位溫度，直觀(guān)明了，監測方便。

7）通過(guò)實(shí)時(shí)監控，確保高爐工藝需求及安全生產(chǎn)，通過(guò)監視畫(huà)面檢測，方便了查看，并設置了預警系統，比如：爐缸溫度小于50℃為安全運行狀態(tài)，溫度在50~55℃之間需黃色預警，崗位人員到預警點(diǎn)現場(chǎng)查看，巡查原因，溫度大于55℃紅色警報并警報響起，崗位人員需采取爐體噴水作業(yè)，改高壓水強化冷卻，控制冶煉強度，堵風(fēng)口等措施，確保安全。

8）該系統爐殼趨勢、熱風(fēng)爐趨勢等操作畫(huà)面，方便監控，對歷史數據有實(shí)時(shí)記錄，可以存儲3個(gè)月溫度變化數據，便于對歷史運行趨勢進(jìn)行追溯，進(jìn)行原因分析，查找問(wèn)題，制定有效高爐操作、護爐方案。

4安科瑞溫度在線(xiàn)監測系統解決方案

4.1概述

電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場(chǎng)所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

4.3系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.4系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

3）運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

4）實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)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(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

4.5系統硬件配置

溫度在線(xiàn)監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

5實(shí)施后取得的效果

該項目在煉鐵廠(chǎng)九號高爐實(shí)施后，操作人員可以及時(shí)了解高爐危險區域的壁體溫度及其變化趨勢，及時(shí)采取有效的護爐措施，預防安全事故的發(fā)生，借鑒該項目在高爐建立“爐殼溫度在線(xiàn)監測預警體系"，無(wú)疑是一種有效手段。

該項目實(shí)施后借助局域網(wǎng)拓寬了專(zhuān)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(guò)便攜式熱成像儀檢測到溫度高的區域后，可以方便及時(shí)地對無(wú)線(xiàn)溫度傳感器進(jìn)行移位，實(shí)現監護。

可以隨時(shí)查看溫度數據的歷史趨勢，對環(huán)境狀況做出預判，提前制定。

6結語(yǔ)

以上存在問(wèn)題的復雜性和解決問(wèn)題的困難性，有可能釀發(fā)惡劣生產(chǎn)和安全事故，問(wèn)題的存在也制約了高爐長(cháng)壽高效運行的生產(chǎn)組織和節奏，如何通過(guò)事前控制，借助先進(jìn)的技術(shù)手段、技術(shù)措施，提前發(fā)現問(wèn)題癥結點(diǎn)，運用先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)合理、科學(xué)地對癥結點(diǎn)存在的問(wèn)題進(jìn)行“微創(chuàng )"處理，把治理癥結點(diǎn)工作作為關(guān)注對象，杜絕癥結點(diǎn)問(wèn)題控制擴大為“病灶面"，利用原理實(shí)現以小博大，降低高爐本體生產(chǎn)維護成本，為高爐創(chuàng )造寬松的高效冶煉環(huán)境，創(chuàng )造經(jīng)濟效益，為社會(huì )安全生產(chǎn)和環(huán)境保護工作的持續開(kāi)展奠定堅實(shí)的基礎。

參考文獻

[1]紀小松.電氣設備無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的優(yōu)勢與應用[J].電工技術(shù)，2019（2）：25.

[2]龐會(huì )強.10kV、35kV封閉手車(chē)式高壓開(kāi)關(guān)柜接點(diǎn)溫度的在線(xiàn)監測[J].電世界，2010（8）：5.

[3]邊晉生,張建國,曹梁,趙晨暉,李朝.無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測中的應用實(shí)踐[J].山西冶金，2022（3）：163-164.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版