無線測溫技術在高爐爐殼溫度檢測中的應用

安科瑞馮東鋮 17821170233

摘要:應用方便靈活的無線測溫和熱成像技術對高爐爐殼進行檢測，利用熱成像進行檢測，發(fā)現(xiàn)了溫度異常區(qū)域后對關注部位進行點的檢測，預防爐殼的燒穿，對溫度數(shù)據(jù)采集及存儲，通過查看歷史趨勢來對測溫點狀況進行預判，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，各層級全力推進本質(zhì)化安全管理實施，圍繞圍繞“無人則安、提效降險、危險隔離”的本質(zhì)化安全理念，在高危環(huán)節(jié)及事故易發(fā)的高風險點位推進本質(zhì)化安全改造，并持續(xù)改進，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場風險有效管控。為此煉鐵廠技術人員對熱成像和無線測溫技術進行應用研究，取得了好的效果。

1高爐爐缸爐底隱患及對策

高爐爐缸區(qū)域相鄰冷卻壁之間的“弱冷區(qū)”，冷卻壁水溫差熱負荷監(jiān)測屬于“面”監(jiān)測，而爐缸燒穿一般情況是在某一點燒穿的，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)，水溫差無法在及時預警。因此，除了通過冷卻壁間用水溫差進行“面”監(jiān)測外，還需通過爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行“點”監(jiān)測，才能實現(xiàn)爐缸安全狀態(tài)的監(jiān)測。

爐役中后期，僅靠測溫熱電偶無法監(jiān)測爐缸的溫度變化：當爐缸侵蝕較為嚴重時（特別是爐役中后期），隨著內(nèi)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(wěn)定性和準確性隨之降低，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，部分測溫熱電偶開始損壞，導致無法監(jiān)測爐缸的溫度。所以引入了無線測溫裝置。

2九號高爐檢測現(xiàn)狀

1）利用爐缸爐底磚襯內(nèi)埋設測溫熱電偶，共16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)測預警軟件”。

2）利用109個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“水溫差熱負荷監(jiān)測預警軟件”。

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)。

在此基礎上長鋼自主開發(fā)了無線高爐爐皮溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對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)測預警系統(tǒng)的特點

3.1網(wǎng)絡方面

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，大型設備的施工會導致信號的干擾，所以我們采用了無線加有線的模式，值班室離現(xiàn)場較遠，如果全靠無線傳輸距離遠且不可靠，我們在不同的三個方向的立柱上安裝了3個無線接收器，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長鋼的八串口服務器，把現(xiàn)場的3個無線接收器信號統(tǒng)一接到2樓配電室，在通過以太網(wǎng)傳到值班室終端，如同服務器一樣，每個接收器采用不同的頻段，可同時接收128個測溫探頭，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)測設備（爐皮溫度傳感器），并通過無線通信網(wǎng)絡將監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)實時發(fā)送到計算機系統(tǒng)的爐皮溫度監(jiān)測系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)24h不間斷地實時監(jiān)測各測溫點的溫度數(shù)據(jù)變化實況，并進行自動計算和分析，并根據(jù)設定的閾值進行預警，指導高爐操作人員進行針對性操作，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，測溫點可任意布放（同時，每個測溫點相對獨立，即使某個測溫點出現(xiàn)故障，也不會影響整個系統(tǒng)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(xiàn)消磁或震動導致傳感器脫落，對原傳感器進行了技術改造，并申請了實用新型專利，（ZL202022738420.3）。

通過對高爐爐缸2-3段、爐腰爐身7-9段部位監(jiān)測點進行監(jiān)測，結(jié)合生產(chǎn)驗證，本項目監(jiān)測功能完善、運行可靠，滿足高爐爐殼工藝監(jiān)測需求，同時該系統(tǒng)有1號、2號、11號—14號6個無線頻段，每個頻段可以安裝128個探頭，目前1號無線站使用8個點位，2號站使用18個點位、11號、12號均使用30個點位，13號使用8個點位、14號使用10個點位，目前監(jiān)測點和無線頻段冗余量大，可以借本項目進一步擴展至其他監(jiān)測區(qū)域，為此結(jié)合監(jiān)測點屬性特點，把本項目冗余量推廣應用到九號熱風爐爐殼、拱頂?shù)汝P鍵部位的溫度監(jiān)測，擴展本項目的使用效率。

在熱風爐熱風總管、熱風爐熱風支管、熱風爐爐殼、熱風爐拱頂?shù)汝P鍵部位安裝無線可移動測溫熱電阻8支，共104支。

3.3軟件方面

1）溫度準確監(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，充分利用WINCC工作平臺，實現(xiàn)運算、顯示等功能。

3）利用microsoft的免費文字轉(zhuǎn)語音開發(fā)包Interop.SpeechLibSDK5.1，自主開發(fā)語音朗讀功進行語音報警設置，豐富報警模式。

4）實現(xiàn)監(jiān)測源多點監(jiān)測、高爐使用了3個接收器統(tǒng)一接收、現(xiàn)場分屏循環(huán)顯示，避免重復增加接收器造成的費用浪費。

5）實現(xiàn)多監(jiān)測點溫度聲光和語音報警；運行趨勢獨立存儲，便于復盤分析，查根源。

6）利用CAD三維制圖技術，還原爐殼內(nèi)部結(jié)構，準確確定安裝位置，使測溫點與結(jié)構圖一一對應，并用不同的顏色標注不同溫度點，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）通過實時監(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，并設置了預警系統(tǒng)，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，崗位人員到預警點現(xiàn)場查看，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，堵風口等措施，確保安全。

8）該系統(tǒng)爐殼趨勢、熱風爐趨勢等操作畫面，方便監(jiān)控，對歷史數(shù)據(jù)有實時記錄，可以存儲3個月溫度變化數(shù)據(jù)，便于對歷史運行趨勢進行追溯，進行原因分析，查找問題，制定有效高爐操作、護爐方案。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1概述

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

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準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、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場所

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、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結(jié)構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構圖

4.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(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)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、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)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱	外形	型號	參數(shù)說明
系統(tǒng)組態(tài)軟件		Acrel-2000/T	硬件：內(nèi)存4G，硬盤500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows764位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規(guī)約
智能通信管理機		Anet-2E4SM	通用網(wǎng)關，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。
無線測溫集中采集設備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm）
		Acrel-2000T/B	硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
顯示終端		ATP007 ATP010	DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。
		ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接收60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
		ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
智能溫度巡檢儀		ARTM-8	開孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫；
		ARTM-24	35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫；
無線收發(fā)器		ATC450-C	可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
		ATC600	ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		ATE100M	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
		ATE200	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
		ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
CT取電型無線測溫傳感器		ATE400	CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
有線溫度傳感器		PT100	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯(lián)系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內(nèi)部預埋好Pt100
		NTC	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯(lián)系；

5實施后取得的效果

該項目在煉鐵廠九號高爐實施后，操作人員可以及時了解高爐危險區(qū)域的壁體溫度及其變化趨勢，及時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“爐殼溫度在線監(jiān)測預警體系”，無疑是一種有效手段。

該項目實施后借助局域網(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，可以方便及時地對無線溫度傳感器進行移位，實現(xiàn)監(jiān)護。

可以隨時查看溫度數(shù)據(jù)的歷史趨勢，對環(huán)境狀況做出預判，提前制定。

6結(jié)語

以上存在問題的復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行的生產(chǎn)組織和節(jié)奏，如何通過事前控制，借助先進的技術手段、技術措施，提前發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)點，運用先進的工業(yè)技術合理、科學地對癥結(jié)點存在的問題進行“微創(chuàng)”處理，把治理癥結(jié)點工作作為關注對象，杜絕癥結(jié)點問題控制擴大為“病灶面”，利用標桿原理實現(xiàn)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，為社會安全生產(chǎn)和環(huán)境保護工作的持續(xù)開展奠定堅實的基礎。

審核編輯 黃宇