安科瑞無(wú)線測(cè)溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測(cè)中的應(yīng)用

摘要：高爐作為煉鐵的主要設(shè)備之一，其運(yùn)行過程中的溫度監(jiān)控對(duì)于確保生產(chǎn)安全和提高效率具有重要意義。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法往往依賴于有線傳感器，但由于高爐環(huán)境的特殊性，有線測(cè)溫系統(tǒng)存在布線困難、維護(hù)成本高、易受干擾等問題。因此，無(wú)線測(cè)溫技術(shù)因其靈活性、便捷性和低成本等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在高爐爐殼溫度檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)溫；爐殼；無(wú)線探頭；局域網(wǎng)；熱成像；

0.引言

2021年，首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)鋼）煉鐵廠貫徹長(zhǎng)鋼本質(zhì)化安全管理精神，全力推進(jìn)各級(jí)本質(zhì)化安全管理的實(shí)施，圍繞“無(wú)人安全、提高效率、降低風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)隔離”的本質(zhì)化安全理念，推進(jìn)高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)和事故高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的本質(zhì)化安全改造，不斷改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的有效控制。為此，煉鐵廠技術(shù)人員對(duì)熱成像和無(wú)線溫度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，取得了良好的效果。

一、高爐爐底隱患及對(duì)策

在高爐缸區(qū)相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)”中，冷卻壁的水溫差熱負(fù)荷監(jiān)測(cè)屬于“表面”監(jiān)測(cè)，而爐缸的燃燒一般在某一點(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(cè)區(qū)。事實(shí)證明，一旦爐缸在弱冷區(qū)燃燒，水溫差就不能及時(shí)預(yù)警。因此，除了通過冷卻壁之間的水溫差進(jìn)行“表面”監(jiān)測(cè)外，還需要通過爐皮溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行“點(diǎn)”監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

爐中后期，僅靠測(cè)溫?zé)犭娕紵o(wú)法監(jiān)測(cè)爐缸的溫度變化:當(dāng)爐缸侵蝕嚴(yán)重時(shí)(尤其是爐中后期)，隨著內(nèi)襯溫度的升高(大于800℃)，測(cè)溫?zé)犭娕急旧淼臏囟葯z測(cè)功能受到高溫的影響，溫度檢測(cè)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性降低，溫度檢測(cè)功能可能喪失。在爐的中后期，隨著爐缸侵蝕的加劇，一些測(cè)溫?zé)犭娕奸_始損壞，導(dǎo)致無(wú)法監(jiān)測(cè)爐缸的溫度。因此引入了無(wú)線測(cè)溫裝置。

二、無(wú)線測(cè)溫技術(shù)概述

無(wú)線測(cè)溫技術(shù)基于無(wú)線通信技術(shù)，通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐爐殼溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常包括溫度傳感器、無(wú)線收發(fā)器和電源模塊等部分，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并無(wú)線傳輸溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可以實(shí)時(shí)顯示高爐爐殼的溫度分布和變化趨勢(shì)，為生產(chǎn)管理人員提供決策支持。

三、無(wú)線高爐爐皮溫在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1網(wǎng)絡(luò)方面

雖然是無(wú)線傳輸，由于高爐生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，有蒸汽、水、高溫、煤氣、灰塵，大型設(shè)備施工會(huì)導(dǎo)致信號(hào)干擾，所以我們采用無(wú)線有線模式，值班室遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，如果無(wú)線傳輸距離遠(yuǎn)且不可靠，我們?cè)谌齻€(gè)不同方向的柱上安裝了三個(gè)無(wú)線接收器，柱與本體有一定距離，環(huán)境良好，適合布線，附近的溫度測(cè)量探頭接近。

采用ZLAN長(zhǎng)鋼八串口服務(wù)器，將現(xiàn)場(chǎng)三個(gè)無(wú)線接收器信號(hào)連接到二樓配電室，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)街蛋嗍医K端。與服務(wù)器一樣，每個(gè)接收器采用不同的頻帶，可同時(shí)接收128個(gè)溫度測(cè)量探頭，如圖1所示。

3.2硬件方面

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

2）無(wú)線溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)是指在爐殼上安裝專用接觸式爐皮溫度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備（爐皮溫度傳感器），通過無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)變化，自動(dòng)計(jì)算分析，根據(jù)設(shè)定閾值進(jìn)行預(yù)警，指導(dǎo)高爐操作人員進(jìn)行有針對(duì)性的操作，提高爐膛保護(hù)效果，防止高爐缸燃燒事故的發(fā)生。

3)無(wú)線通信爐皮溫度傳感器采用無(wú)線數(shù)字通信，擺脫電纜約束，溫度測(cè)量點(diǎn)可任意布置（同時(shí)，每個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，即使溫度測(cè)量點(diǎn)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)原吸附傳感器安裝后，后期可能發(fā)生消磁或振動(dòng)，導(dǎo)致傳感器脫落，對(duì)原傳感器進(jìn)行技術(shù)改造，申請(qǐng)實(shí)用新型專利(ZL20202738420.3)。

通過對(duì)高爐爐缸2-3段、爐腰爐體7-9段監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，結(jié)合生產(chǎn)驗(yàn)證，項(xiàng)目監(jiān)測(cè)功能完善，運(yùn)行可靠，滿足高爐爐殼工藝監(jiān)測(cè)要求。同時(shí)，該系統(tǒng)有1、2、11-146個(gè)無(wú)線頻段，每個(gè)頻段可安裝128個(gè)探頭。目前，1號(hào)無(wú)線站使用8個(gè)點(diǎn)，2號(hào)站使用18個(gè)點(diǎn)，11號(hào)，12號(hào)使用30個(gè)點(diǎn)，13號(hào)使用8個(gè)點(diǎn)，14號(hào)使用10個(gè)點(diǎn)。目前，監(jiān)測(cè)點(diǎn)和無(wú)線頻段冗余量較大，項(xiàng)目可進(jìn)一步擴(kuò)展到其他監(jiān)測(cè)區(qū)域。因此，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)的屬性特點(diǎn)，將項(xiàng)目冗余推廣應(yīng)用于9號(hào)熱風(fēng)爐爐殼、拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測(cè)，擴(kuò)大項(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)爐殼、熱風(fēng)爐拱頂?shù)汝P(guān)鍵部位安裝8個(gè)無(wú)線可移動(dòng)測(cè)溫?zé)犭娮?，?04個(gè)。

3.3軟件方面

1)溫度監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，無(wú)線發(fā)射，控制室集中顯示。

2)獨(dú)立C#語(yǔ)言開發(fā)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)回WINCC系統(tǒng)平臺(tái)，充分利用WINCC工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算和顯示功能。

3)使用microsoft免費(fèi)文字轉(zhuǎn)語(yǔ)音開發(fā)包Interopp.SpeslibSDS.1、自主開發(fā)語(yǔ)音朗讀功設(shè)置語(yǔ)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(chǎng)分屏循環(huán)顯示，避免反復(fù)增加接收器造成的成本浪費(fèi)。

5)實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度聲光和語(yǔ)音報(bào)警；獨(dú)立存儲(chǔ)運(yùn)行趨勢(shì)，便于復(fù)盤分析，查根。

6)利用CAD三維繪圖技術(shù)恢復(fù)爐殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確確定安裝位置，使溫度測(cè)量點(diǎn)與結(jié)構(gòu)圖一一對(duì)應(yīng)，用不同顏色標(biāo)記不同溫度點(diǎn)，根據(jù)不同顯示顏色判斷監(jiān)測(cè)部位溫度，直觀清晰，監(jiān)測(cè)方便。

7)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保高爐工藝要求和安全生產(chǎn)，通過監(jiān)控圖片檢測(cè)，方便檢查，設(shè)置預(yù)警系統(tǒng)，如：氣缸溫度小于50℃安全運(yùn)行狀態(tài)，溫度在50~55℃黃色預(yù)警，人員到預(yù)警點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢查，檢查原因，溫度大于55℃紅色報(bào)警，報(bào)警響起，人員需要采取爐噴水作業(yè)，改善高壓水加強(qiáng)冷卻，控制冶煉強(qiáng)度、出風(fēng)口等措施，確保安全。

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

四、安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接觸在線溫度測(cè)量裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器接頭、閘門開關(guān)、高壓電纜中間頭、干變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，防止氧化、松動(dòng)、灰塵等因素導(dǎo)致接觸電阻過大，提高設(shè)備安全，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)-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)告和用戶管理功能，可監(jiān)控?zé)o線溫度測(cè)量系統(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(chǎng)所

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

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

測(cè)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(cè)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(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)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(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(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：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

五、典型組網(wǎng)方式

六、結(jié)論與展望

無(wú)線測(cè)溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測(cè)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析高爐爐殼的溫度數(shù)據(jù)，可以為生產(chǎn)管理人員提供決策支持，提高生產(chǎn)安全性和效率。然而，在實(shí)際應(yīng)用中仍需解決無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題。未來，隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，相信無(wú)線測(cè)溫技術(shù)將在高爐爐殼溫度檢測(cè)中發(fā)揮更大的作用。

審核編輯 黃宇