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技術(shù)文章

淺談無線測溫技術(shù)在高爐爐殼溫度檢測中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-05-06 瀏覽次數(shù):203

摘要:應(yīng)用方便靈活的無線測溫和熱成像技術(shù)對高爐爐殼進(jìn)行檢測,利用熱成像進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)了溫度異常區(qū)域后對關(guān)注部位進(jìn)行點(diǎn)的檢測,預(yù)防爐殼的燒穿,對溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ),通過查看歷史趨勢來對測溫點(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?,?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。

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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)。

通過對高爐爐缸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。

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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。

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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。

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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。

名稱

外形

型號(hào)

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(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約

智能通信管理機(jī)

XSX03121

Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關(guān),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(kuò)展。

無線測溫集中采集設(shè)備

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Acrel-2000T/A

壁掛式安裝

標(biāo)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)

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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(tái)/APP服務(wù)器

柜體尺寸為480*420*200(單位mm)

顯示終端

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ATP007

ATP010

DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;

可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。

HG9A9394

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(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

HG9A5394

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(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

智能溫度巡檢儀

HG9A9393

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(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場合的測溫;

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ARTM-24

35MM導(dǎo)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(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場所測溫;

無線收發(fā)器

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ATC450-C

可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。

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ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個(gè)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

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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)。

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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)。

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ATE200P

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護(hù)等級(jí)IP68;35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

CT取電型無線測溫傳感器

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ATE400

CT感應(yīng)取電,啟動(dòng)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

PT100

用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí),建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100

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NTC

用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

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)注對象,杜絕癥結(jié)點(diǎn)問題控制擴(kuò)大為“病灶面",利用原理實(shí)現(xiàn)以小博大,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)。

參考文獻(xiàn)

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022年05版


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